Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungselement, insbesondere als Be standteil einer Bipolarplatte einer elektrochemischen Einrichtung, beispiels weise einer Brennstoffzelleneinrichtung.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines Strö mungselementes, eine Bipolarplatte mit mindestens einem Strömungselement und Verfahren zum Herstellen eines Strömungselementes.

Ausführungsformen von Strömungselementen sind in der US 6,586,128 B2, der US 8,367,270 B2 und in der DE 10 2014 112 607 Al beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strömungselement bereitzustel len, welches eine robuste Ausgestaltung und vorteilhafte Strömungseigen schaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Strömungselement gelöst, insbesondere als Bestandteil einer Bipolarplatte einer elektrochemischen Ein richtung, umfassend einen plattenförmigen Grundkörper, der in zwei im Winkel zueinander ausgerichteten Haupterstreckungsrichtungen erstreckt ist und ei ner quer und insbesondere senkrecht dazu ausgerichteten Höhenrichtung eine Erstreckung aufweist, wobei der Grundkörper eine Kanalstruktur mit einer Mehrzahl von Kanälen aufweist, die seitlich nebeneinander angeordnet sind, wobei die Kanäle durch Vertiefungen des Grundkörpers gebildet sind und durch zwischen den Vertiefungen angeordnete Erhöhungen des Grundkörpers voneinander getrennt sind, wobei Bereiche mit einer in der Höhenrichtung de- finierten Normalniveaudifferenz als Höhenunterschied zwischen einer Erhö hung und einer angrenzenden Vertiefung vorgesehen sind sowie Bereiche mit einer im Verhältnis zur Normalniveaudifferenz reduzierten Niveaudifferenz als Höhenunterschied zwischen einer Erhöhung und einer angrenzenden Vertie fung, wobei in Verlaufsrichtung der Kanäle zumindest abschnittsweise sich wiederholend Bereiche mit Normalniveaudifferenz und Bereiche mit reduzierter Niveaudifferenz vorgesehen sind und Bereiche mit reduzierter Niveaudifferenz benachbarter Kanäle bezogen auf deren jeweilige Verlaufsrichtung gegenei nander verschoben sind, wobei die Bereiche mit reduzierter Niveaudifferenz mittels Sattelbereichen an dem Grundkörper gebildet sind und die Bereiche mit Normalniveaudifferenz mittels dazwischen angeordneter Talbereiche, und wobei den Sattelbereichen ein jeweiliger Talbereich eines benachbarten Kanals gegenüberliegt.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale des Strömungselementes kann dieses vorzugsweise mit einer robusten Ausgestaltung versehen werden. Ein Sattel bereich kann insbesondere in Verlaufsrichtung eines Kanals durch einen an steigenden Kanalboden und dadurch eine reduzierte Niveaudifferenz gebildet werden, verglichen mit dem Talbereich, und quer dazu durch ansteigende Flanken der Erhöhungen begrenzt sein, die den Kanal von benachbarten Kanä len trennen. Durch Vorsehen der Sattelbereiche und in Verlaufsrichtung des Kanals daneben angeordneter Talbereiche und/oder durch Positionierung des Talbereich eines benachbarten Kanals seitlich daneben kann vorzugsweise eine unerwünscht starke Spannung des zur Fertigung des Strömungselementes ein gesetzten Materials vermieden werden, zum Beispiel bei Fertigung durch Um formung. Rissbildung kann bevorzugt entgegengewirkt werden. Dies erweist sich beispielsweise bei Verwendung des Strömungselementes als Bestand ei ner Bipolarplatte einer elektrochemischen Einrichtung mit Stapelaufbau, insbe sondere eines Brennstoffzellenstacks, im Hinblick auf die dabei in Stapelrich tung wirkenden Kräfte und Drücke als vorteilhaft.

Zugleich werden vorzugsweise vorteilhafte Strömungseigenschaften mit dem Strömungselement erzielt. Durch die Sattelbereiche und Talbereiche entstehen innerhalb des jeweiligen Kanals vorzugsweise Druckschwankungen des dyna mischen und/oder statischen Druckes des strömenden Fluids. In den Nachbar kanälen erfolgen vorzugsweise ebensolche Druckschwankungen. Den Sattelbe reichen liegt ein jeweiliger Talbereich eines benachbarten Kanals gegenüber. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass ausgehend vom Sattel bereich quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung des Kanals nach Überqueren der die Kanäle trennenden Erhöhung ein Talbereich vorgesehen ist. Infolgedessen kann sich bei Verwendung des Strömungselementes in einer elektrochemischen Einrichtung, wobei das Strömungselement an eine poröse Gasdiffusionslage (GDL, gas diffusion layer) grenzt, eine Überströmung zwi schen den Kanälen durch die GDL auch im Bereich der Erhöhungen ergeben. Werden die Kanäle zum Zuführen eines Reaktionsfluids genutzt, beispielsweise Luft oder Wasserstoffgas, kann vorteilhafterweise eine wirksame Versorgung mit Reaktionsgas auch im Bereich der GDL gewährleistet werden. Zugleich kann über die Art der Ausbildung der Bereiche mit reduzierter Niveaudifferenz mittels Sattelbereichen ein Druckverlust innerhalb des jeweiligen Kanals gering gehalten werden.

Es versteht sich, dass ein jeweiliger Kanal, wie erwähnt, zumindest abschnitts weise sich wiederholend Sattelbereiche und Talbereiche aufweist. Eine derar tige Ausgestaltung kann über die gesamte Länge eines Kanals vorgesehen sein. Zum vereinfachten Verständnis der Erfindung und zur Erleichterung der Lesbarkeit wird nachfolgend angenommen, dass eine derartige Ausgestaltung über zumindest einen Abschnitt eines jeweiligen Kanals vorliegt, auch wenn dies nicht jeweils im Einzelnen erwähnt ist.

Eine Verlaufsrichtung des Kanals definiert insbesondere eine Strömungsrich tung durch den Kanal.

Vorzugsweise sind die Sattelbereiche und Talbereiche jeweils benachbarter Ka näle derart "auf Lücke" angeordnet, dass einem jeweiligen Sattelbereich ein jeweiliger Talbereich eines benachbarten Kanals gegenüberliegt. Sattelberei che und Talbereiche sind in benachbarten Kanälen gegenläufig gebildet, wodurch sich über die Erhöhungen besonders vorteilhafte Überströmungen er geben können.

Mittels der Sattelbereiche und der Talbereiche ist vorzugsweise eine Modula tion einer durchströmbaren Querschnittsfläche des jeweiligen Kanals gebildet. Hierbei kann der Kanal insbesondere mit einer Tiefenmodulation und infolge dessen Querschnittsmodulation gebildet werden.

Die Sattelbereiche können beispielsweise als konvexe Bereiche des Grundkör pers ausgestaltet sein, in denen der Grundkörper, in Blickrichtung auf die Ka näle, "hervortritt".

Die Talbereiche können beispielsweise als konkave Bereiche des Grundkörpers ausgestaltet sein, in denen der Grundkörper, in Blickrichtung auf die Kanäle, "zurückweicht".

Günstig ist es, wenn an den Sattelbereichen eine Krümmung des Grundkör pers in Verlaufsrichtung des Kanals geringer ist als quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung, insbesondere an einem Scheitel des Sattelbe reiches. In der Verlaufsrichtung des Kanals ist die Krümmung des Grundkör pers infolge der sattelförmigen Erhebung des Kanalbodens vorzugsweise gerin ger als quer zur Verlaufsrichtung, wo der Kanalboden in Flanken der Erhöhun gen übergeht.

Als Krümmung wird vorliegend insbesondere der Betrag der Änderung der Ka naltiefe entlang der Verlaufsrichtung infolge der Sattelbereiche und der Talbe reiche angesehen bzw. der Betrag der Änderung der Kanaltiefe quer zur Ver laufsrichtung infolge der Erhöhungen zwischen den Kanälen. Ein Vorzeichen der Krümmung ergibt sich durch die Richtung der Ausformung des Grundkör pers, insbesondere beim Talbereich nach oben ("positiv") und beim Sattelbe reich nach unten ("negativ"). Eine sich durch Kanaltiefenänderung ergebende Krümmung kann zum Beispiel diskret oder kontinuierlich sein. In ersterem Fall kann beispielsweise kann der Sattelbereich und/oder der Talbereich in der Verlaufsrichtung im Winkel anei nander grenzende jeweils geradlinige Abschnitte aufweisen (ähnlich wie bei ei nem Polygonzug). Dementsprechend kann zum Beispiel der Scheitel des Sat telbereichs und/oder eine Talsohle des Sattelbereichs ungekrümmt sein, aber der Sattelbereich und/oder der Talbereich in seiner Gesamterstreckung erge ben sich durch eine Krümmung des Grundkörpers.

Vorgesehen sein kann, dass eine Krümmung des Grundkörpers in Verlaufsrich tung des Kanals an den Sattelbereichen und an den Talbereichen gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß ist. Die Krümmungsrichtung kann an den Talbereichen und an den Sattelbereichen weist indessen verschiedenartige Vorzeichen auf. An den Talbereichen kann der Grundkörper nach oben ge krümmt sein, an den Sattelbereichen nach unten.

Vorgesehen sein kann, dass an den Talbereichen eine Krümmung des Grund körpers in Verlaufsrichtung des Kanals geringer ist als quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung, insbesondere an einer Talsohle des Talberei ches. In der Verlaufsrichtung kann der Grundkörper eine weniger starke Krüm mung aufweisen als quer dazu, wo die Talsohle in Flanken der Erhöhungen übergeht.

Vorgesehen sein kann, dass die Erstreckung der Talbereiche und der Sattelbe reiche in Verlaufsrichtung des Kanals gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß ist.

Günstig ist es, wenn die Talbereiche und die Sattelbereiche innerhalb eines je weiligen Kanals sich periodisch wiederholend gebildet sind. Dadurch können dem Strömungselement besonders vorteilhafte Strömungseigenschaften ver liehen werden, indem statische und/oder dynamische Druckvariationen perio disch wiederholt werden können. Eine Periodenlänge der Wiederholung der Talbereiche und der Sattelbereiche der Kanäle kann gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß sein. Hierunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass die Kanäle identische oder im Wesentlichen identische Periodenlängen aufweisen. Wie vorstehend erläutert können Talbereiche und Sattelbereiche benachbarter Kanäle dadurch gewissermaßen "auf Lücke" positioniert werden.

Günstig ist es, wenn der Grundkörper Sattelbereiche und Talbereiche in regel mäßiger Anordnung aufweist, insbesondere bezogen auf eine Draufsicht auf den Grundkörper entlang der Höhenrichtung.

Eine Periodenlänge der Periode der Sattelbereiche und Talbereiche beträgt vorteilhafterweise ungefähr 2 mm bis 50 mm, vorzugsweise ungefähr 4 mm bis 20 mm.

Eine Länge eines jeweiligen Sattelbereiches in der Kanalrichtung kann vor zugsweise ungefähr 1 mm bis 25 mm betragen, vorteilhafterweise ungefähr 2 mm bis 10 mm. Entsprechendes kann günstigerweise für einen jeweiligen Talbereich gelten.

Vorgesehen sein kann, dass die Sattelbereiche und/oder die Talbereiche durch in Verlaufsrichtung des Kanals im Winkel aneinandergrenzende Abschnitte des Grundkörpers umgesetzt sind. Diese Abschnitte können, wie oben erwähnt, beispielsweise geradlinig sein.

Vorgesehen sein kann, dass die Sattelbereiche und/oder die Talbereiche ab schnittsweise planar ausgestaltet sind. Beispielsweise weist der Sattelbereich einen planaren Scheitel und/oder der Talbereich eine planare Talsohle auf.

Vorgesehen sein kann, dass die Sattelbereiche und/oder die Talbereiche durch in Verlaufsrichtung des Kanals kontinuierlich gekrümmte Kanalabschnitte um gesetzt sind. Beispielsweise sind im Wesentlichen sinusförmige Sattelbereiche und/oder Talbereiche vorgesehen. Vorgesehen sein kann, dass die Sattelbereiche und die Talbereiche in Verlaufs richtung des Kanals ineinander übergehen oder unmittelbar aneinander gren zen.

Die Sattelbereiche und/oder die Talbereiche können jeweils in sich symmet risch gebildet sein, insbesondere in Bezug auf eine Kanalmittelebene und/oder in Bezug auf eine quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung des Kanals ausgerichtete Kanalquerebene.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Sattelbereiche und/oder die Talbe reiche asymmetrisch in Bezug auf die Kanalmittelebene und/oder die Kanal querebene ausgestaltet sind.

Ein Anstellwinkel eines Sattelbereiches bezüglich einer von den Talbereichen gebildeten Bezugsebene kann insbesondere ungefähr 2° bis 60° betragen, be vorzugt ungefähr 2° bis 40°. Unter dem Anstellwinkel kann insbesondere ein Winkel einer in Verlaufsrichtung des Kanals ansteigenden oder abfallenden Schräge des Sattelbereiches verstanden werden, über welche Schräge der Sattelbereich mit einem Talbereich verbunden sein kann oder an diesen grenzt.

Eine Material stärke des Grundkörpers, insbesondere bei einem Umformteil vor der Umformung, kann beispielsweise ungefähr 40 pm bis ungefähr 500 pm be tragen, bevorzugt ungefähr 50pm bis 120 pm.

Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Tiefe der Kanäle an einem Bereich mit Nor malniveaudifferenz und/oder an einen Bereich mit reduzierter Niveaudifferenz abhängig von einer Materialstärke des Grundkörpers ist.

Im vorliegenden Fall werden Maßangaben, die sich auf die Kanäle beziehen, vorzugsweise als lichte Angaben ohne Einrechnung einer Materialstärke des Grundkörpers angegeben. Eine Tiefe der Kanäle an einem Bereich mit Normalniveaudifferenz kann vor zugsweise ungefähr von 0,15 mm bis 1,0 mm betragen, bevorzugt ungefähr von 0,2 mm bis 0,6 mm.

Ein Verhältnis der Materialstärke des Grundkörpers zur Tiefe der Kanäle kann im letztgenannten Fall beispielsweise ungefähr von 0,05 bis 0,8 betragen, be vorzugt ungefähr von 0,15 bis 0,4.

An einem Bereich mit reduzierter Niveaudifferenz kann eine Tiefe der Kanäle vorzugsweise ungefähr von 0,05 mm bis 0,6 mm betragen, bevorzugt unge fähr von 0,1 mm bis 0,5 mm.

In letzterem Fall kann ein Verhältnis der Materialstärke des Grundkörpers zur Tiefe der Kanäle vorzugsweise ungefähr von 0,05 bis 3 betragen, bevorzugt ungefähr von 0,1 bis 1,2.

Als günstig kann es sich erweisen, wenn ein Verhältnis der Tiefe der Kanäle an einem Bereich mit reduzierter Niveaudifferenz zur Tiefe an einem Bereich mit Normalniveaudifferenz von ungefähr 0,1 bis 0,9 beträgt, vorzugsweise unge fähr 0,3 bis 0,7.

Von Vorteil ist es, wenn die Kanäle in deren Verlaufsrichtung sich wiederholend Verschmälerungsbereiche aufweisen, an denen eine Breite der Kanäle quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung geringer ist als an zwischen den Verschmälerungsbereichen angeordneten Normalbreitenbereichen.

Eine Breite des jeweiligen Kanals kann beispielsweise ungefähr auf halber Höhe der Flanke der den Kanal begrenzenden Erhöhungen gemessen werden. Da die Höhe der Flanken der Erhöhungen zwischen Sattelbereichen und den Talbereichen variiert, kann alternativ vorgesehen sein, dass eine Breite des Kanals in einer Ebene gemessen wird, welche beispielsweise parallel zu einer Ebene ausgerichtet ist, die von einer Anlageebene des Grundkörpers oder von den Talbereichen definiert wird und die den Wert einer halben Tiefe des Berei ches mit Normalniveaudifferenz von dieser Ebene beabstandet ist.

Es versteht sich, dass alternativ zur obigen Formulierung mit Verschmäle rungsbereichen und Normalbreitenbereichen vorgesehen sein kann, dass die Kanäle in deren Verlaufsrichtung sich wiederholend Normalbreitenbereiche und Verbreiterungsbereiche aufweisen. In diesem Fall können zum Beispiel die Verschmälerungsbereiche den Normalbreitenbereichen entsprechen und die Normalbreitenbereiche den Verbreiterungsbereichen.

Optional kann bei einem Strömungselement umfassend einen plattenförmigen Grundkörper, der in zwei im Winkel zueinander ausgerichteten Haupterstre ckungsrichtungen erstreckt ist und einer quer und insbesondere senkrecht dazu ausgerichteten Höhenrichtung eine Erstreckung aufweist, wobei der Grundkörper eine Kanalstruktur mit einer Mehrzahl von Kanälen aufweist, die seitlich nebeneinander angeordnet sind, wobei die Kanäle durch Vertiefungen des Grundkörpers gebildet sind und durch zwischen den Vertiefungen angeord nete Erhöhungen des Grundkörpers voneinander getrennt sind, vorgesehen sein, dass die Kanäle in deren Verlaufsrichtung sich wiederholend Verschmäle rungsbereiche aufweisen, an denen eine Breite der Kanäle quer und insbeson dere senkrecht zur Verlaufsrichtung geringer ist als an den zwischen den Ver schmälerungsbereichen angeordneten Normalbreitenbereichen.

Ein derartiges Strömungselement kann eine eigenständige Erfindung definie ren und optional weitere der hier offenbarten Merkmale für sich allein oder in Kombination miteinander umfassen, wobei insbesondere Bereiche mit Normal niveaudifferenz und Bereiche mit reduzierter Niveaudifferenz vorgesehen sein können.

Die Verschmälerungsbereiche sind vorteilhafterweise Querschnittsreduktions bereiche, an denen eine durchströmbare Querschnittsfläche der Kanäle im Verhältnis zu derjenigen der Normalbreitenbereiche verringert ist. Dies gibt die Möglichkeit, die Kanalbreite zu modulieren. Auf diese Weise können Modulatio nen des statischen und/oder dynamischen Druckes in den Kanälen erzielt wer den. Dadurch können Druckschwankungen zwischen benachbarten Kanälen verursacht werden, um eine Überströmung zwischen benachbarten Kanälen zu ermöglichen.

Vorzugsweise liegt den Verschmälerungsbereichen ein jeweiliger Normalbrei tenbereich eines benachbarten Kanals gegenüber. Dies begünstigt die Über strömung des Fluids über die Erhöhungen zum Nachbarkanal.

Vorteilhaft kann es sein, wenn die Verschmälerungsbereiche, in Verlaufsrich tung der Kanäle, an den Sattelbereichen und die Normalbreitenbereiche an den Talbereichen angeordnet oder gebildet sind. Auf diese Weise kann eine besonders wirkungsvolle Modulation der freien Querschnittsfläche eines jewei ligen Kanals erzielt werden. An den Sattelbereichen sind die Kanäle weniger tief und schmaler, an den Talbereichen demgegenüber tiefer und breiter. Be sonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die jeweils benachbarten Kanäle Sattel bereiche, Talbereiche, Verschmälerungsbereiche und Normalbreitenbereiche aufweisen, die bezüglich der des erstgenannten Kanals verschoben und insbe sondere um eine halbe Periodenlänge verschoben sind.

Durch die Tiefenmodulation und/oder die Breitenmodulation der Kanäle kön nen Modulationen des statischen und/oder dynamischen Druckes im Hinblick auf eine verbesserte Überströmung über die Erhöhung erzielt werden.

Vorgesehen sein kann, dass, in Verlaufsrichtung der Kanäle, Flanken der Erhö hungen an den Verschmälerungsbereichen aufeinander zu und anschließend voneinander weg verlaufen. An den Verschmälerungsbereichen können dem entsprechend "Einschnürungen" der Kanäle vorgesehen sein.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass Flanken der Erhöhun gen, in Verlaufsrichtung der Kanäle, an den Normalbreitenbereichen voneinan- der weg verlaufen und anschließend aufeinander zu verlaufen. Dementspre chend können "Aufweitungen" an den Normalbreitenbereichen vorgesehen sein.

Die Erstreckung der Verschmälerungsbereiche und der Normalbreitenbereiche in Verlaufsrichtung des Kanals kann vorzugsweise gleich groß oder im Wesent lichen gleich groß sein.

Innerhalb eines jeweiligen Kanals sind die Verschmälerungsbereiche und die Normalbreitenbereiche vorzugsweise sich periodisch wiederholend gebildet.

Eine Periodenlänge der Wiederholung der Verschmälerungsbereiche und der Normalbreitenbereiche der Kanäle ist vorteilhafterweise gleich groß oder im Wesentlichen gleich groß. Hierunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass die Kanäle identische Periodenlängen für die Verschmälerungs bereiche und die Normalbreitenbereiche aufweisen, ebenso wie dies bevorzugt für die Sattelbereiche und die Talbereiche gilt.

Eine Verlaufslinie der Flanken der Verschmälerungsbereiche und der Normal breitenbereiche in Draufsicht auf den Grundkörper entlang der Höhenrichtung kann unterschiedlich ausfallen. Beispielsweise ist die Verlaufslinie sinusförmig, zickzackförmig oder in Form aneinandergesetzter Kreisbögen.

Vorgesehen sein kann, dass die Verschmälerungsbereiche und die Normalbrei tenbereiche in Verlaufsrichtung des Kanals ineinander übergehen oder unmit telbar aneinander grenzen.

Vorgesehen sein kann, dass die Verschmälerungsbereiche und/oder die Nor malbreitenbereiche in sich symmetrisch bezüglich einer Kanalmittelebene aus gestaltet sind. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Verschmälerungs bereiche und/oder die Normalbreitenbereiche in sich symmetrisch bezüglich ei ner Kanalquerebene senkrecht zur Verlaufsrichtung der Kanäle ausgestaltet sind.

Eine Breite des Kanals am Verschmälerungsbereich, gemessen insbesondere an halber Höhe einer Flanke der Erhöhung, kann beispielsweise ungefähr von 0,2 mm bis 2 mm betragen, vorzugsweise ungefähr von 0,3 mm bis 1 mm.

In letzterem Fall beträgt ein Verhältnis der Materialstärke des Grundkörpers zur Breite der Kanäle bevorzugt ungefähr von 0,05 bis 0,5, bevorzugt unge fähr von 0,1 bis 0,3.

Eine Breite des Kanals am Normalbreitenbereich, gemessen insbesondere an halber Höhe einer Flanke der Erhöhung, beträgt beispielsweise ungefähr von 0,3 mm bis 3 mm, vorzugsweise ungefähr von 0,4 mm bis 2 mm.

Im letzteren Fall beträgt ein Verhältnis der Materialstärke des Grundkörpers zur Breite der Kanäle vorzugsweise ungefähr von 0,05 bis 1,25, bevorzugt un gefähr von 0,1 bis 1,0.

Ein Verhältnis einer Breite der Kanäle an einem Verschmälerungsbereich zu ei ner Breite an einem Normalbreitenbereich beträgt vorzugsweise ungefähr von 0,1 bis 1,0, vorzugsweise ungefähr 0,4 bis 0,85.

Von Vorteil ist es, wenn ein Bereich eines jeweiligen Kanals, in dem eine un veränderte freie Querschnittsfläche vorliegt, kurz im Vergleich zur Länge ist, auf der der Druckausgleich infolge einer Querschnittsänderung erfolgt.

Um entlang eines jeweiligen Kanals einen möglichst geringen Druckverlust als Folge der Querschnittsmodulation umzusetzen, sind kontinuierliche Übergänge zwischen Sattelbereichen und Talbereichen und/oder zwischen Verschmäle- rungsbereichen und Normalbreitenbereichen bevorzugt. Abrupte, beispiels weise stufenartige Querschnittsänderungen werden als weniger vorteilhaft an gesehen.

Eine Breite der Erhöhungen, gemessen insbesondere an halber Höhe der Flanke der Erhöhung, beträgt beispielsweise ungefähr von 0,2 mm bis 1,5 mm, bevorzugt ungefähr 0,3 mm bis 0,8 mm.

In letzterem Fall beträgt ein Verhältnis der Materialstärke des Grundkörpers zur Breite der Kanäle vorzugsweise ungefähr von 0,05 bis 0,7, bevorzugt un gefähr von 0,1 bis 0,4.

Vorgesehen sein kann, dass, in Verlaufsrichtung eines jeweiligen Kanals, Be reiche mit Querschnittserweiterung und sich daran anschließend Bereiche mit Querschnittsverringerung vorgesehen sind. Ein Bereich mit Querschnittserwei terung kann insbesondere als Diffusor bezeichnet werden. Ein Bereich mit Querschnittsverringerung kann insbesondere als Konfusor bezeichnet werden.

Vorteilhafterweise sind die Bereiche mit Querschnittserweiterung und Quer schnittsverringerung periodisch sich wiederholend an dem jeweiligen Kanal vorgesehen.

Günstig ist es, wenn die Erhöhungen an den Bereichen mit Querschnittserwei terung und an den Bereichen mit Querschnittsverringerung unterschiedliche Breiten quer und insbesondere senkrecht zu der Verlaufsrichtung des Kanals aufweisen.

Bereiche mit Querschnittserweiterung und Bereiche mit Querschnittsverringe rung sind vorzugsweise asymmetrisch relativ zueinander ausgebildet. In Verlaufsrichtung des jeweiligen Kanals ist vorzugsweise die Erstreckung der Bereiche mit Querschnittsverringerung geringer als die Erstreckung der Berei che mit Querschnittserweiterung, insbesondere um die vorstehend genannte Asymmetrie zu erzielen.

Als günstig kann es sich erweisen, wenn sich ein Kanal unter einem Öffnungs winkel an einem Bereich mit Querschnittserweiterung erweitert. Alternativ oder ergänzend kann sich ein Kanal unter einem Reduktionswinkel an einem Bereich mit Querschnittsverringerung verringern. Der Öffnungswinkel und/oder der Reduktionswinkel können insbesondere entlang Flanken der Er höhungen, die den Kanal begrenzen, verlaufende Schenkel aufweisen.

Im Hinblick auf eine Asymmetrie der Bereiche mit Querschnittserweiterung ei nerseits und Querschnittsverringerung andererseits kann es vorteilhaft sein, wenn der Öffnungswinkel und der Reduktionswinkel unterschiedlich groß sind.

Insbesondere kann der Reduktionswinkel größer sein als der Öffnungswinkel.

Der Öffnungswinkel kann zum Beispiel ungefähr von 0,5° bis 20° betragen, bevorzugt ungefähr 1° bis 5°.

Der Reduktionswinkel kann zum Beispiel ungefähr von 0,5° bis 20° betragen, bevorzugt ungefähr 1° bis 10°.

Vorgesehen sein kann vorteilhafterweise, dass die Erhöhungen Anlageele mente des Grundkörpers zum Anlegen insbesondere an eine Gasdiffusions schicht (GDL) einer elektrochemischen Einrichtung ausbilden. Die Anlageele mente können beispielsweise eine Anlageseite oder Oberseite des Strömungs elementes definieren. Über die Anlageelemente kann die Gasdiffusionsschicht zuverlässig am Grundkörper anliegen.

Vorzugsweise sind die Anlageelemente jeweils planar ausgestaltet, um ein flä chiges Anliegen zu ermöglichen. Die Anlageelemente können bei einer bevorzugten Ausführungsform eine ge meinsame Anlageebene ausbilden oder definieren.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Anlageelemente in einer gedachten gekrümmten Fläche angeordnet sind. Beispielsweise kann der Grundkörper ei nen verhältnismäßig großen Radius aufweisen, der mit einem Radius einer Gasdiffusionsschicht zusammenfallen kann.

Vorteilhaft kann es sein, wenn die Anlageelemente, in Verlaufsrichtung der Ka näle, einen zickzackförmigen Verlauf aufweisen. Ein zickzackförmiger Verlauf kann sich beispielsweise infolge einer Breitenmodulation der Kanäle wie vor stehend erläutert ergeben, bei dem Verschmälerungsbereiche und Normalbrei tenbereiche oder Bereiche mit Querschnittserweiterung und mit Querschnitts verringerung vorgesehen sind.

Bei einem Verlauf der Anlageelemente mit Auslenkung, beispielsweise dem zickzackförmigen Verlauf, kann eine verbesserte Positionierung aneinander lie gender Anlageelemente benachbarter Komponenten erzielt werden. Insbeson dere kann eine erhöhte Assemblierungstoleranz des Strömungselementes in der Bipolarplatte und/oder der elektrochemischen Einrichtung ermöglicht. Ist beispielsweise eine Amplitude der Modulation kleiner als die Breite gegenüber liegender Erhöhungen benachbarter Strömungselemente, ist bei Versetzen der Strömungselemente relativ zueinander bis zu diesem Maß eine Überlappung gewährleistet. Dies ist vorteilhaft für einen robusten Aufbau der Bipolarplatte bzw. der elektrochemischen Einrichtung, um Kräfte in Stackrichtung eines Brennstoffzellenstacks verbessert aufnehmen zu können.

Erhöhungen des Grundkörpers können in Verlaufsrichtung des Kanals vorteil hafterweise eine zickzackförmige Gestalt aufweisen, insbesondere im Hinblick auf einen zickzackförmigen Verlauf der Anlageelemente. Die Breite des vorstehend genannten Überlappungsbereiches kann beispiels weise über die Breite der Erhöhungen quer zur Erstreckungsrichtung der Ka näle und/oder eine Modulationsamplitude von Kanalverbreiterungen und -Verschmälerungen einstellbar sein oder eingestellt werden.

Die Erhöhungen können quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung des jeweiligen Kanals, über die Verlaufsrichtung des Kanals, eine gleiche oder im Wesentlichen gleiche Breite aufweisen.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Erhöhungen quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung des Kanals, über die Verlaufsrichtung des Ka nals, eine unterschiedliche Breite aufweisen.

Die Kanäle können zumindest abschnittsweise symmetrisch bezüglich einer Kanalmittelebene ausgestaltet sein, die insbesondere senkrecht zur einer von den vorstehend genannten Anlageelementen definierten Ebene ausgerichtet ist.

Vorgesehen sein kann, dass Kanäle asymmetrisch bezüglich einer Kanalmittel ebene oder Kanalmittellinie gebildet sind. Beispielsweise kann eine Kanalmit tellinie gekrümmt sein. Eine Modulationsbreite bei einer Querschnittsvariation des Kanals kann unterschiedlich sein, wobei insbesondere benachbarte Kanäle unterschiedlich modulieren können.

Vorgesehen sein kann, dass die Kanäle am Grundkörper zumindest bereichs weise parallel zueinander verlaufen.

Die Kanäle können am Grundkörper zumindest bereichsweise geradlinig er streckt sein.

Alternativ oder ergänzend können die Kanäle zumindest bereichsweise Umlen kungen aufweisen, beispielsweise im Zusammenhang mit der Nutzung der Be reiche mit Querschnittsverringerung und Querschnittserweiterung. So kann nach einer Umlenkung in einem inneren Radius des Kanals eine Verengung des Kanals sinnvoll sein.

Vorgesehen sein kann, dass beispielsweise innerhalb eines Bereiches mit Querschnittserweiterung (Diffusor) mindestens eine Kanalumlenkung erfolgt.

Vorgesehen sein kann, dass ein Bereich mit Querschnittsverringerung (Kon- fusor) beispielsweise unmittelbar auf eine Kanalumlenkung erfolgt.

Ein Winkel der Umlenkung kann beispielsweise zwischen 0° und 180° betra gen.

Die Kanäle können zumindest bereichsweise bogenförmig erstreckt ausgebildet sein.

Vorgesehen sein kann, dass die Kanäle am Grundkörper zumindest bereichs weise entlang Mäandern verlaufen, insbesondere Rechteckmäandern. Hierbei können endliche Krümmungsradien bei Strömungsumlenkelementen innerhalb der Kanäle im Sinne einer verbesserten Strömungsführung vorgesehen sein.

Der Grundkörper kann vorteilhafterweise eine erste Seite und eine der ersten Seite abgewandte zweite Seite aufweisen.

Die Kanäle können an der ersten Seite angeordnet sein. An der zweiten Seite können am Grundkörper weitere Kanäle angeordnet oder gebildet sein. Hierbei sind die weiteren Kanäle vorteilhafterweise im Bereich der Erhöhungen der ersten Seite angeordnet, und an der zweiten Seite sind vorteilhafterweise Er höhungen zwischen den weiteren Kanälen im Bereich der Vertiefungen der ersten Seite angeordnet. Eine Vertiefung an der ersten Seite zum Ausbilden ei nes Kanals kann an der zweiten Seite dementsprechend eine korrespondie rende Erhöhung aufweisen. In entsprechender Weise kann eine Erhöhung an der ersten Seite zwischen Kanälen an der zweiten Seite eine korrespondie rende Vertiefung und dementsprechend einen Kanal aufweisen. An der zweiten Seite kann eine Kanalstruktur gebildet sein, die ein "Negativ" der Kanalstruktur an der ersten Seite sein kann.

An der zweiten Seite sind im Bereich der Sattelbereiche vorzugsweise Über- strömbereiche zwischen einander benachbarten der weiteren Kanäle gebildet. Die Überströmbereiche sind in der Höhenrichtung vorzugsweise weniger hoch erstreckt ausgebildet als Buckelbereiche an der zweiten Seite, die an der zwei ten Seite im Bereich der Talbereiche angeordnet sind. Zu den Sattelbereichen können bei der vorliegenden Ausführungsform an der zweiten Seite Über strömbereiche korrespondieren. Diese können bezüglich der Buckelbereiche weniger hoch erstreckt sein, wobei die Buckelbereiche an denjenigen Berei chen angeordnet sind, an denen an der ersten Seite Talbereiche gebildet sind. Gewissermaßen können die Überströmbereiche als "Joche" zwischen den Bu ckelbereichen angesehen werden.

An den Buckelbereichen bildet der Grundkörper insbesondere Anlageelemente zum Anlegen des Strömungselementes aus. Insbesondere kann zum Beispiel ein Anliegen an ein weiteres Strömungselement einer Bipolarplatte ermöglicht werden.

Die Anlageelemente sind vorzugsweise planar ausgestaltet. Planare Anlageele mente an der ersten und/oder der zweiten Seite erlauben eine verbesserte Krafteinleitung auf das Strömungselement, insbesondere bei dessen Verwen dung in einer Bipolarplatte und einer elektrochemischen Einrichtung, die zum Beispiel einen Brennstoffzellenstack umfasst oder ausbildet.

Die Anlageelemente der zweiten Seite bilden vorteilhafterweise eine gemein same Anlageebene aus.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Anlageelemente in einer gedachten gekrümmten Fläche angeordnet sind. Beispielsweise weist die Fläche einen verhältnismäßig großen Radius auf, der mit einem Radius einer Gasdiffusions schicht übereinstimmt.

Das Strömungselement ist günstigerweise einstückig gebildet.

Das Strömungselement kann als Umformteil ausgebildet sein. Beispielsweise wird der Grundkörper in einem Prägeprozess durch Umformen eines Blechs, insbesondere eines metallischen Blechs, gebildet.

Das Strömungselement kann dementsprechend als Blechteil ausgestaltet sein.

Das Strömungselement kann zum Beispiel aus Metall gefertigt sein. Als Metall wird vorliegend ein metallisches Material verstanden, das elementar oder eine Legierung sein kann. Beispielhafte Metalle sind Stähle, insbesondere Edel stähle, mit den Bezeichnungen 1.4301, 1.4306, 1.4404 oder 1.4438. Als Me tall kann zum Beispiel Titan oder Aluminium zum Einsatz kommen.

Bei einer Fertigung als Umformteil kann dem Strömungselement eine beson ders robuste Ausgestaltung verliehen werden. Hierbei kann beispielsweise ein Bereich des Grundkörpers mit ausgeprägter Umformung an einem Bereich mit Normalniveaudifferenz direkt neben einem Bereich mit geringerer Umformung liegen, insbesondere einem Bereich mit reduzierter Niveaudifferenz. Da beim Umformen Material aus dem direkten Umgebungsbereich "fließt" und dement sprechend unter Spannung gesetzt wird, erlaubt die weniger ausgeprägte Struktur in ihrer Nachbarschaft extremere Umformungen.

Hierunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass die Nutzung der Sattelbereiche extremere Umformungen im Bereich der Talbereiche und damit verbundener steiler Flanken der Erhöhungen erlaubt.

Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn im Fall der Umformungen der Bereich mit Normalniveaudifferenz, d. h. der Talbereich, zugleich ein Normalbreitenbereich ist. Dies erlaubt größere Radien an den Flanken der Erhöhungen, wodurch eine Umformung in diesen Bereichen des Grundkörpers mit stärkerer Längung er leichtert wird.

Planare Anlageelemente an der zweiten Seite sind vorteilhafterweise an den vorstehend genannten Buckelbereichen angeordnet, wobei sich gegenüberlie gend an der ersten Seite vorzugsweise Talbereiche befinden. Beim Umformen ist es vereinfacht, Talbereiche eher verhältnismäßig breit auszuformen, wodurch an den Anlageelementen der zweiten Seite eine verhältnismäßig große Kontaktfläche zum Anliegen an ein weiteres Strömungselement bereit gestellt werden kann. Dies erweist sich zum Beispiel beim Verbinden der Strö mungselemente miteinander als vorteilhaft.

Die Verbindung kann zum Beispiel über Verschweißen erfolgen.

Vorgesehen sein kann, dass das Strömungselement mittels eines thermischen Form Verfahrens gefertigt ist.

Beispielsweise ist das Strömungselement aus Graphit gefertigt. Hierbei kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass Graphit mittels eines thermischen Form verfahrens "in Form gebacken" wird.

Das Strömungselement kann beispielsweise aus einem geprägten C-compound gefertigt sein.

Eine Fertigung des Strömungselementes aus einem Verbundwerkstoff, insbe sondere einem Kohlenstoffverbundwerkstoff, kann vorteilhaft sein.

Das Strömungselement kann beispielsweise mittels eines additiven Verfahrens gebildet sein.

Eine Beschichtung und/oder Oberflächenbehandlung des Grundkörpers und/oder des Strömungselementes kann vorteilhaft sein, zum Beispiel für den Einsatz in elektrochemischen Zellen. Die Kanalstruktur des Strömungselementes bildet insbesondere ein sogenann tes Flowfield. Es können Flowfield-Typen unterschiedlicher Art vorgesehen sein. Diese umfassen zum Beispiel ein gerades Flowfield, ein Mäander-Flow- field, ein Füßchen-Flowfield und Kombinationen und/oder Ableitungen davon.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Verwendung. Eine erfindungsge mäße Verwendung ist eine Verwendung eines Strömungselementes der vor stehend genannten Art in einer Bipolarplatte einer elektrochemischen Einrich tung.

Wie eingangs erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Bipolar platte. Eine Bipolarplatte gemäß der Erfindung ist insbesondere für eine elek trochemische Einrichtung geeignet und umfasst erfindungsgemäß mindestens ein Strömungselement der vorstehend genannten Art.

Die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des Strömungselementes erwähnten Vorteile können bei der Bipolarplatte ebenfalls erzielt werden. Dies bezüglich kann auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strö mungselementes, so dass auch diesbezüglich auf die voranstehenden Ausfüh rungen verwiesen werden kann.

Günstigerweise umfasst die Bipolarplatte ein erstes Strömungselement und ein zweites Strömungselement, wobei zumindest ein Strömungselement ein Strö mungselement der vorstehend genannten Art ist.

Das erste Strömungselement und das zweite Strömungselement liegen vorteil hafterweise über korrespondierende Anlageelemente aneinander an. Zur Steigerung der Robustheit der Bipolarplatte sind die Anlageelemente vor zugsweise planar ausgestaltet. Dies erweist sich darüber hinaus beispielsweise für eine Schweißverbindung der Strömungselemente miteinander als vorteil haft.

Die korrespondierenden Anlageelemente sind vorzugsweise flächig ausgestal tet. Insbesondere im Bereich der Talbereiche an der dem zweiten Strömungs element zugewandten Seite sind an dem ersten Strömungselement Anlageele mente angeordnet. Hierunter können beispielsweise die vorstehend genannten Buckelbereiche der zweiten Seite des ersten Strömungselementes verstanden werden.

Das zweite Anlageelement umfasst vorzugsweise an zumindest derjenigen Seite, die dem ersten Strömungselement zugewandt ist, eine Kanalstruktur. Dabei können insbesondere Kanäle der Kanalstruktur mit Kanälen, die an der dem zweiten Strömungselement zugewandten Seite des ersten Strömungsele mentes gebildet sind, fluchten.

Das erste Strömungselement kann an dem zweiten Strömungselement bei spielsweise derart angeordnet sein, dass sich die Vertiefungen in Richtung des zweiten Strömungselementes erstrecken.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Strömungselement an dem zweiten Strömungselement derart angeordnet ist, dass sich die Erhöhungen in Richtung des zweiten Strömungselementes erstrecken.

Zwischen dem ersten Strömungselement und dem zweiten Strömungselement sind vorzugsweise Überström pfade zwischen Kanälen des ersten Strömungs elementes gebildet, vorzugsweise an einer Seite des Grundkörpers, die den Sattelbereichen abgewandt ist. Hierbei kann es sich insbesondere um die vor stehend genannte zweite Seite handeln, wobei Überströmpfade an den Über- strömbereichen zwischen den Buckelbereichen angeordnet sind, welche bevor zugt Anlageelemente für das zweite Strömungselement ausbilden können. Vorgesehen sein kann, dass das zweite Strömungselement ein Strömungsele ment der vorstehend genannten Art ist.

Vorgesehen sein kann, dass die Vertiefungen des ersten Strömungselementes in diesem Fall in die Vertiefungen des zweiten Strömungselementes eingreifen können. Günstigerweise sind hierbei die Kanäle des ersten Strömungselemen tes und des zweiten Strömungselementes gleich oder im Wesentlichen gleich ausgestaltet.

Wie bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit wel chem ein Strömungselement herstellbar ist, das eine robuste Ausgestaltung und vorteilhafte Strömungseigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen ei nes Strömungselementes der vorstehend genannten Art gelöst, umfassend das Bilden einer Kanalstruktur an einem Grundkörper, der in zwei im Winkel zuei nander ausgerichteten Haupterstreckungsrichtungen erstreckt ist und einer quer und insbesondere senkrecht dazu ausgerichteten Höhenrichtung eine Er streckung aufweist, mit einer Mehrzahl von Kanälen, die seitlich nebeneinan der angeordnet sind, wobei die Kanäle durch Vertiefungen des Grundkörpers gebildet und durch zwischen den Vertiefungen angeordnete Erhöhungen des Grundkörpers voneinander getrennt gebildet werden, wobei Bereiche mit einer in der Höhenrichtung definierten Normalniveaudifferenz als Höhenunterschied zwischen einer Erhöhung und einer angrenzenden Vertiefung gebildet werden sowie Bereiche mit einer im Verhältnis zur Normalniveaudifferenz reduzierten Niveaudifferenz als Höhenunterschied zwischen einer Erhöhung und einer an grenzenden Vertiefung, wobei in Verlaufsrichtung der Kanäle zumindest ab schnittsweise sich wiederholend Bereiche mit Normalniveaudifferenz und Be reiche mit reduzierter Niveaudifferenz gebildet werden und Bereiche mit redu zierter Niveaudifferenz benachbarter Kanäle bezogen auf deren jeweilige Ver- laufsrichtung gegeneinander verschoben sind, wobei die Bereiche mit reduzier ter Niveaudifferenz mittels Sattelbereichen an dem Grundkörper gebildet wer den und die Bereiche mit Normalniveaudifferenz mittels dazwischen angeord neter Talbereiche, wobei den Sattelbereichen ein jeweiliger Talbereich eines benachbarten Kanals gegenüberliegend gebildet wird.

Vorteile, die unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt werden können, wurden bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des erfin dungsgemäßen Strömungselementes erläutert. Diesbezüglich kann auf die voranstehenden Ausführungen verweisen werden.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strö mungselementes und der erfindungsgemäßen Bipolarplatte. Auch diesbezüg lich wurde auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen.

Günstigerweise wird das Strömungselement mittels eines Umformverfahrens gebildet, und das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines plattenförmigen Grundkörpers, wobei die Kanalstruktur mittels des Umformverfahrens gebildet wird.

Vorgesehen sein kann, dass das Strömungselement mittels eines thermischen Formverfahrens gebildet wird, wobei der Grundkörper integral mit der Kanal struktur gebildet wird.

Vorgesehen sein kann, dass das Strömungselement mittels eines additiven Verfahrens gebildet wird, wobei der Grundkörper integral mit der Kanalstruk tur gebildet wird.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Er findung. Das nachfolgend erläuterte Strömungselement und die nachfolgend erläuterten Bipolarplatten können mittels vorteilhafter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens gefertigt werden.

Es zeigen:

Figur 1: eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungs- gemäßen Bipolarplatte in bevorzugter Ausführungsform, die eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strö mungselementes (erstes Strömungselement) und ein weiteres Strömungselement (zweites Strömungselement) umfasst;

Figur 2: eine Draufsicht auf eine erste Seite des ersten Strömungselemen tes in Figur 1;

Figur 3: eine perspektivische Teildarstellung des ersten Strömungsele mentes, geschnitten entlang der Linie 3-3 in Figur 2;

Figur 4: eine vergrößerte Detaildarstellung des ersten Strömungselemen tes in perspektivischer Ansicht;

Figur 5: eine ausschnittsweise Schnittdarstellung des ersten Strömungs elementes, wobei der Schnitt entlang der Linie 5-5 in Figur 2 ver läuft;

Figur 6: eine Schnittansicht des ersten Strömungselementes entlang der

Linie 6-6 in Figur 5;

Figur 7: eine perspektivische Darstellung des zweiten Strömungselemen tes aus Figur 1;

Figur 8: eine perspektivische Darstellung des ersten Strömungselementes aus Figur 1 von einer zweiten Seite, die der ersten Seite abge wandt ist; Figur 9: eine vergrößerte Darstellung von Detail A in Figur 8;

Figur 10: eine Draufsicht auf das erste Strömungselement von der zweiten Seite;

Figur 11: eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Figur 10; Figur 12: eine Schnittansicht längs der Linie 12-12 in Figur 10; Figur 13: eine Schnittansicht längs der Linie 13-13 in Figur 10; Figur 14: nochmals eine Draufsicht auf das erste Strömungselement von der zweiten Seite;

Figur 15: eine Schnittansicht längs der Linie 15-15 in Figur 14; Figur 16: eine Schnittansicht längs der Linie 16-16 in Figur 14; Figur 17: eine Schnittansicht längs der Linie 17-17 in Figur 14; Figur 18: eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsge mäßen Strömungselementes von einer ersten Seite;

Figur 19: eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bipolar platte in schematischer Darstellung; und

Figur 20: eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Bipolar platte in schematischer Darstellung.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Strömungselementen und erfindungsgemäßen Bipolarplatten beschrieben. Für gleiche oder gleichwirkende Merkmale und Bauteile werden identische Bezugs zeichen benutzt. Die Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der zunächst erläuterten Bipolarplatte und deren Strömungselement erläutert und gelten auch für die weiteren vorteilhaften Ausführungsformen. Es wird lediglich auf die größten Unterschiede eingegangen.

Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Bipolarplatte zur Verwendung in einer in der Zeichnung nicht darge stellten elektrochemischen Einrichtung, beispielsweise einer Brennstoffzellen einrichtung. Die Bipolarplatte 10 kann beispielsweise in einem Brennstoffzel lenstack angeordnet sein. Beiderseits der Bipolarplatte 10 können Gasdiffusi onsschichten (GDL, gas diffusion layer) positioniert sein. Figur 1 stellt dies mit gestrichelten Linien schematisch mit Bezugszeichen 12 an einer in der Zeich nung gezeigten Unterseite der Bipolarplatte 10 dar.

Die Bipolarplatte 10 umfasst ein erstes Strömungselement 14, bei dem es sich um eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungs elementes handelt, sowie ein zweites Strömungselement 16.

Das Strömungselement 14 weist eine erste Seite 18 auf, die der Gasdiffusions schicht 12 zugewandt ist, und eine abgewandte zweite Seite 20, die dem zwei ten Strömungselement 16 zugewandt ist. Wie nachfolgend noch erläutert liegt das Strömungselement 14 an der zweiten Seite 20 am zweiten Strömungsele ment 16 an.

An der dem Strömungselement 14 abgewandten Seite des zweiten Strö mungselementes 16 kann eine weitere, in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Gasdiffusionsschicht angeordnet sein.

Das Strömungselement 14 umfasst vorliegend einen plattenförmigen Grund körper 22, der entlang zweier Haupterstreckungsrichtungen 24, 26 erstreckt ist, die insbesondere senkrecht aufeinander stehen können. Quer und insbe sondere senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen 24, 26 ist eine Höhen richtung 28 ausgerichtet. Das Strömungselement 14 weist eine Erstreckung in der Höhenrichtung 28 auf, wobei die Höhe des Strömungselementes 14 in der Höhenrichtung 28 H beträgt.

Der Grundkörper 22 und das Strömungselement 14 insgesamt können bei spielsweise als Umformteil gebildet sein, insbesondere aus einem Metallblech, wie dies bereits voranstehend erläutert wurde. Alternativ ist zum Beispiel eine Fertigung mittels eines thermischen Formverfahrens oder durch generative Fertigung möglich. Auf obige Ausführungen wird verwiesen.

Der Grundkörper 22 umfasst an der ersten Seite 18 eine Kanalstruktur 30 mit einer Mehrzahl von Kanälen 32. Die Kanäle 32 sind vorliegend geradlinig aus gestaltet und verlaufen parallel zueinander. Denkbar sind jedoch auch nicht geradlinige Kanäle, etwa gebogene Kanäle, Kanäle mit Umlenkungen oder Ka näle, die entlang Mäandern verlaufen. Die Kanäle 32 weisen jeweils eine Ver laufsrichtung 34 auf. Ein in den Kanälen 32 strömendes Fluid kann mit einer Strömungsrichtung strömen, wobei die Orientierung der Strömung entlang beiderlei Orientierungen der Verlaufsrichtung 34 ausgerichtet sein kann.

Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um einen Reaktanden handeln, bei spielsweise Wasserstoffgas oder Luft zur Versorgung der Gasdiffusionsschicht 12.

Wie insbesondere aus den Figuren 3 bis 6 deutlich wird, umfassen die Kanäle 32 über deren jeweilige Verlaufsrichtung 34 veränderbare freie, vom Fluid durchströmbare Querschnittsflächen. Dies bietet den Vorteil einer besseren Versorgung der Gasdiffusionsschicht 12 mit dem Reaktanden. Im vorliegenden Fall modulieren die Querschnitte der Kanäle 32 sowohl entlang der Höhenrich tung 28 als auch entlang einer Querrichtung 36, die quer und insbesondere senkrecht zur Verlaufsrichtung 34 ausgerichtet ist. Durch die Modulationen der Querschnitte der Kanäle 32 werden der statische und der dynamische Druck des Fluids in den Kanälen 32 moduliert. Gleichzeitig wird durch die nachfolgend erläuterte, vorteilhafte Ausgestaltung des Strö mungselementes 14 ein Druckabfall über die Kanäle 32 möglichst gering ge halten. Die Modulation des statischen und des dynamischen Druckes führt zu einer verbesserten Versorgung der Gasdiffusionsschicht 12 mit dem Fluid.

Wie insbesondere aus den Figuren 3 bis 5 hervorgeht, sind die Kanäle 32 durch Vertiefungen 38 und dazwischenliegende Erhöhungen 40 des Grundkör pers 22 gebildet. Das Fluid kann in der Vertiefung 38 strömen. Benachbarte Kanäle 32 weisen jeweils durch eine Erhöhung 40 voneinander getrennte Ver tiefungen 38 auf.

Die Tiefe der jeweiligen Kanäle 32 variiert entlang der Verlaufsrichtung 34. Es sind Bereiche mit einer Normalniveaudifferenz N _n vorgesehen. Diese Bereiche, die in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet sind, weisen eine Tiefe mit einer Normalniveaudifferenz Nn, die aus dem Höhenunterschied entlang der Höhenrichtung 28 zwischen einer Vertiefung 38 und einer angren zenden Erhöhung 40 definiert ist.

Darüber hinaus weisen die Kanäle 32 mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeich nete Bereiche mit einer reduzierten Niveaudifferenz N _r auf. Die reduzierte Ni veaudifferenz N _r ist in der Höhenrichtung 28 kleiner als die Normalniveaudiffe renz Nn. Die reduzierte Niveaudifferenz N _r ist in der Höhenrichtung 28 eben falls gegeben durch einen Höhenunterschied zwischen einer Vertiefung 38 und einer angrenzenden Erhöhung 40.

Im Ergebnis sind die Kanäle 32 an Bereichen 42 mit Normaldifferenz Nn tiefer als Kanäle 32 an Bereichen 44 mit reduzierter Niveaudifferenz N _r .

Beim Strömungselement 14 sind die Bereiche 42 mittels vorliegend konvexen Sattelbereichen 46 gebildet, und die Bereiche 44 sind mittels vorliegend kon kaven Talbereichen 48 gebildet. In der Verlaufsrichtung 34 wechseln die Sattelbereiche 46 und die Talbereiche 48 einander ab. Einem jeweiligen Sattelbereich 46 sind zwei Talbereiche 48 benachbart und umgekehrt.

Im vorliegenden Fall weisen die Kanäle 32 auf diese Weise insgesamt eine pe riodische Modulation der Kanaltiefe mittels Sattelbereichen 46 und Talberei chen 48 auf. Dabei sind die Perioden oder "Phasen" der Modulation jeweils um eine halbe Periode zwischen benachbarten Kanälen gegeneinander verscho ben.

Einem Sattelbereich 46 eines Kanals 32 liegt ein Talbereich 48 eines benach barten Kanals 32 gegenüber und umgekehrt. "Gegenüberliegend" bezieht sich im vorliegenden Fall insbesondere auf den Übergang vom einen Kanal 32 über die angrenzende Erhöhung 40 zum Nachbarkanal 32 (Figuren 3 und 4).

Wie insbesondere aus den Figuren 4 und 6 hervorgeht, weisen der Sattelbe reich 46 und der Talbereich 48 jeweils einen im Wesentlichen planaren Ab schnitt 50 bzw. 52 auf. Die Abschnitte 50, 52 sind vorliegend parallel zueinan der ausgerichtet und insbesondere parallel zu einer Anlageebene 54 des Strö mungselementes 14 an der ersten Seite 18, auf die nachfolgend noch einge gangen wird.

Im vorliegenden Fall werden die Normalniveaudifferenz N _n am Abschnitt 52 und die reduzierte Niveaudifferenz Nr am Abschnitt 50 bestimmt, wobei dies jedoch nicht einschränkend für die Erfindung ist. Der Abschnitt 52 bildet eine Talsohle des Talbereiches 48, der Abschnitt 50 einen Scheitel des Sattelberei ches 46.

Die Sattelbereiche 46 und die Talbereiche 48 gehen ineinander über. Dies er folgt mittels Schrägen 56, über die der Abschnitt 50 und der Abschnitt 52 ab steigend bzw. aufsteigend miteinander verbunden sind (Figur 6). Ein Anstell- Winkel der Schrägen 56 bezüglich der vom Abschnitt 50 oder 52 definierten je weiligen Ebene beträgt beispielsweise ungefähr 2° bis 60°, bevorzugt ungefähr 2° bis 40°.

An den Schrägen 56 grenzen die Sattelbereiche 46 und die Talbereiche 48 an einander, insbesondere kann die jeweilige Schräge 56 vorzugsweise zur Hälfte Bestandteil des Sattelbereiches 46 und zur anderen Hälfte Bestandteil des Tal bereiches 48 sein.

Der jeweilige Sattelbereich 46 erstreckt sich im vorliegenden Beispiel von der Mitte einer ansteigenden Schräge 56 über den Abschnitt 50 bis zu einer abfal lenden Schräge 56.

Der jeweilige Talbereich 48 erstreckt sich im vorliegenden Beispiel von der Mitte einer abfallenden Schräge 56 über den Abschnitt 52 bis zu einer anstei genden Schräge 56.

Eine jeweilige Länge Ls eines Sattelbereiches kann beispielsweise ungefähr 1 mm bis 25 mm betragen, vorzugsweise ungefähr 2 mm bis 10 mm.

Eine jeweilige Länge LT kann der Länge Ls des Sattelbereiches entsprechen oder unterschiedliche zu dieser sein. Sattelbereiche 46 und Talbereiche 48 können in der Verlaufsrichtung 34 dementsprechend gleich groß oder im We sentlichen gleich groß sein.

Eine Periode (Periodenlänge P) innerhalb eines jeweiligen Kanals 32 beträgt beispielsweise ungefähr 2 mm bis 50 mm, vorzugsweise ungefähr 4 mm bis 20 mm.

Wie insbesondere aus den Figuren 3, 4 und 5 hervorgeht, ist eine jeweilige Krümmung des Grundkörpers 22 am Sattelbereich 46 und am Talbereich 48 in der Verlaufsrichtung 34 geringer als eine Krümmung des Grundkörpers 22 je weils entlang der Querrichtung 36. Flanken 58 der Erhöhungen 40 verlaufen an den Sattelbereichen 46 weniger steil als an den Talbereichen 48. Der im Verhältnis zum Talbereich 48 flachere Sattelbereich 46 erlaubt größeren Ge staltungsspielraum im Hinblick auf Steilheit von Flanken und/oder Radien des Grundkörpers 22.

Anstelle der vorliegend beschriebenen Tiefenmodulation der Kanäle 32 mittels Schrägen 56 und Abschnitten 50, 52 könnte eine andersartige Tiefenmodula tion vorgesehen sein, beispielsweise kontinuierlich oder entlang zusammenge setzter Kreisbogenabschnitte oder sinusförmiger Abschnitte.

Wie bereits erwähnt, sind die Kanäle 32 hinsichtlich ihrer Breite zur Erzielung unterschiedlicher freier durchströmbarer Querschnitte ebenfalls moduliert.

Insbesondere bildet der Grundkörper 22 an den Kanälen 32 Normalbreitenbe reiche 60 und Verschmälerungsbereiche 62. An den Normalbreitenbereichen 60 ist eine Breite BN eines jeweiligen Kanals 32 größer als eine Breite Bvan Verschmälerungsbereichen 62.

Die Normalbreitenbereiche 60 und die Verschmälerungsbereiche 62 sind beim Strömungselement 14 sich periodisch wiederholend entlang der Verlaufsrich tung 34 angeordnet.

Insbesondere beträgt eine Erstreckung entlang der Verlaufsrichtung 34 der Normalbreitenbereiche 60 einer Erstreckung der Verschmälerungsbereiche 62.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Verschmälerungsbereiche 62 vorliegend an Sattelbereichen 46 angeordnet sind und Normalbreitenbereiche 60 an Tal bereichen 48. Dies bedeutet, dass an Stellen, in denen die Kanäle 32 weniger tief sind, sie auch eine geringere Breite aufweisen. Umgekehrt sind Kanäle an den tieferen Talbereichen 48 breiter. Auf diese Weise kann eine wirkungsvolle Querschnittsmodulation sowohl in der Tiefe als auch in der Breite der Kanäle zur Erzielung einer wirkungsvollen Mo dulation des statischen und des dynamischen Druckes des Fluids erzielt wer den. Zugleich wird über die Ausbildung der konvexen Sattelbereiche 46 und der korrespondierend dazu konkav gebildeten Talbereiche 48 sowie der nach folgend erläuterten Konfiguration der Normalbreitenbereiche 60 und Ver schmälerungsbereiche 62 ein Druckverlust über die Verlaufsrichtung 34 der Kanäle 32 möglichst geringgehalten.

Längen LN des Normalbreitenbereiches 60 und Lv des Verschmälerungsberei ches 62 sind können identisch sein und mit den Längen Ls und LT der Sattelbe reiche 46 und des Talbereiches 48 übereinstimmen, oder unterschiedlich zuei nander und unterschiedlich zu den letzteren. Dementsprechend stimmen zum Beispiel die Periodenlänge P für die Normalbreitenbereiche 60 und die Ver schmälerungsbereiche 62 mit der Periodenlänge P für die Sattelbereiche 46 und Talbereiche 48 überein.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass einem Verschmälerungsbereich 62 eines Kanals 32 ein Normalbreitenbereich 60 eines benachbarten Kanals 32 gegenüberliegt und umgekehrt. Ebenso wie bei den Sattelbereichen 46 und Talbereichen 48 sind vorteilhafterweise die Normalbreitenbereiche 60 und die Verschmälerungsbereiche 62 bei benachbarten Kanälen 32 eine halbe Perio denlänge P gegeneinander verschoben.

Insgesamt weist der Grundkörper 22 somit vorteilhafterweise einerseits Sattel bereiche 46 und Talbereiche 48 sowie andererseits Normalbreitenbereiche 60 und Verschmälerungsbereiche 62 in regelmäßiger Anordnung an der ersten Seite 18 auf. Sattelbereiche 46, Talbereiche 48, Normalbreitenbereiche 60 und Verschmälerungsbereiche 62 benachbarter Kanäle 32 sind entlang der Ver laufsrichtung 34 "auf Lücke" angeordnet. Wie insbesondere aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, ist die jeweilige Breite der Kanäle 32 an den Normalbreitenbereichen 60 und den Verschmälerungs bereichen 62 nicht konstant. Insbesondere kann beispielsweise die Breite BN an den Normalbreitenbereichen 60 in Verlaufsrichtung 34 im Wesentlichen in der Mitte des Abschnittes 52 bestimmt werden. Die Breite Bv des Verschmäle rungsbereiches 62 kann zum Beispiel in der Verlaufsrichtung 34 im Wesentli chen in der Mitte des Abschnittes 50 bestimmt werden.

Der Normalbreitenbereich 60 ist so gebildet, dass die Flanken 58, die den Ka nal 32 begrenzen, entlang der Verlaufsrichtung 34 zunächst voneinander weg verlaufen und anschließend wieder aufeinander zu verlaufen. Umgekehrt ver laufen die Flanken 58 der den Kanal 32 begrenzenden Erhöhungen 40 an ei nem Verschmälerungsbereich 62 zunächst aufeinander zu und anschließend voneinander weg.

Während der Verschmälerungsbereich 62 dadurch eine Einschnürung bildet, dessen engste Stelle vorzugsweise in Verlaufsrichtung 34 in der Mitte des Sat telbereiches 46 gebildet ist, bildet der Normalbreitenbereich 60 eine Aufwei tung, dessen breiteste Stelle in der Verlaufsrichtung 34 in der Mitte des Talbe reiches 48 gebildet ist (Figur 4).

Eine Breite eines jeweiligen Kanals 32 kann beispielsweise bezogen auf die Hö henrichtung 28 unabhängig von der Tiefe des jeweiligen Kanals 32 an dersel ben Stelle gemessen werden, so wie dies in Figur 5 symbolisiert ist. Alternativ kann beispielsweise eine Breite eines jeweiligen Kanals 32 an der halben Höhe der Flanke 58 zwischen der Vertiefung 38 und der Erhöhung 40 gemessen werden.

Als vorteilhaft können sich beispielsweise folgende Parameter für das Strö mungselement 14 erweisen, insbesondere bei Fertigung mittels eines Umform verfahrens aus einem Metallblech: Normalniveaudifferenz NN von 0,15 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 0,6 mm.

Reduzierte Niveaudifferenz NR von 0,05 mm bis 0,6 mm, bevorzugt von 0,1 mm bis 0,5 mm.

Breite BNam Normalbreitenbereich 60 von 0,3 mm bis 3 mm, vorzugsweise 0,4 mm bis 2 mm.

Breite Bv am Verschmälerungsbereich 62 von 0,2 mm bis 2 mm, vorzugsweise 0,3 mm bis 1 mm.

Die Materialstärke vor der Umformung des Grundkörpers 22 kann beispiels weise, insbesondere abhängig von der Anwendung des Strömungselementes zum Beispiel in einer Brennstoffzelleneinrichtung, ungefähr 40 pm bis unge fähr 500 pm betragen, vorzugsweise ungefähr 50 pm bis 120 pm. Beispiels weise kommt bei SOFC-Brennstoffzellen eine eher große Materialstärke zum Einsatz, bei einer PEM-Brennstoffzelle eine eher geringe Materialstärke.

Wie insbesondere aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht, ist die Materialstärke des Grundkörpers 22 im vorliegenden Fall nicht in die Tiefe und nicht in die Breite der Kanäle mit einbezogen.

Infolge der Druckmodulationen, die innerhalb eines Kanals 32 auftreten kön nen, ergeben sich aufgrund der Phasenverschiebung von Sattelbereichen 46, Talbereichen 48, Normalbreitenbereichen 60 und Verschmälerungsbereichen 62 benachbarter Kanäle 32 Druckschwankungen zwischen benachbarten Kanä len. Dies führt dazu, dass das Fluid eine Querströmung über die Erhöhungen 40 hinweg von Kanälen 32 in jeweilige Nachbarkanäle 32 ausbilden kann. In folgedessen wird die Gasdiffusionsschicht 12 auch im Bereich der Erhöhungen 40 besser mit dem Fluid versorgt, im Hinblick auf eine höhere Effizienz der elektrochemischen Einrichtung. Dabei kann eine Überströmung zwischen benachbarten Kanälen 32 nicht nur in der Querrichtung 36 auftreten, sondern auch mit einer Komponente entlang der Verlaufsrichtung 34. Überströmungen können in beiden Richtungen zwi schen Kanälen 32 auftreten. Die Überströmung kann vorzugsweise durch die Geometrie der Kanäle 32 und insbesondere der Erhöhungen 40 beeinflusst werden.

Insgesamt sind die jeweiligen Kanäle 32 im vorliegenden Fall symmetrisch be züglich einer Kanalmittelebene M ausgestaltet.

Die Sattelbereiche 46, Talbereiche 48, Normalbreitenbereiche 60 und Ver schmälerungsbereiche 62 sind jeweils in sich symmetrisch bezüglich der Ka nalmittelebene M und einer Kanalquerebene Q am jeweiligen Bereich 46, 48, 60 bzw. 62 ausgestaltet.

Wie insbesondere aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, können die Erhöhun gen 40 über die Verlaufsrichtung 34 in Querrichtung 36 eine im Wesentlichen konstante Breite aufweisen.

Obenseitig bilden die Erhöhungen 40 jeweils ein Anlageelement 64. Das Anla geelement 64 ist im vorliegenden Fall planar ausgestaltet. Die Anlageelemente 64 der Erhöhungen 40 bilden insbesondere eine gemeinsame Ebene, die be reits erwähnte Anlageebene 54.

Über die Anlageebene 54 kann die Gasdiffusionsschicht 12 am Strömungsele ment 14 an der ersten Seite 18 anliegen und infolgedessen relativ zu diesem eine definierte Position einnehmen.

Die Anlageelemente 64 weisen in der Verlaufsrichtung 34 eine zickzackförmige Gestalt auf. Dies ergibt sich im vorliegenden Fall vorzugsweise infolge der Konfiguration der Normalbreitenbereiche 60 und der Verschmälerungsbereiche 62 als Bereiche mit Aufweitung bzw. Bereiche mit Einschnürung. Durch den zickzackförmigen Verlauf der Anlageelemente 64 weist das Strö mungselement 14 an der ersten Seite 18 eine hohe Assemblierungstoleranz bei Übereinanderstapelung von Bipolarplatten 10 und dazwischenliegenden Gasdiffusionsschichten innerhalb eines Brennstoffzellenstacks auf.

Nachfolgend wird unter Verweis insbesondere auf die Figuren 8 bis 15 auf die Ausgestaltung des Strömungselementes 14 an der zweiten Seite 20 eingegan gen, die der ersten Seite 18 abgewandt ist.

Vorliegend ist das Strömungselement 14 so an dem Strömungselement 16 an geordnet, dass die Vertiefungen 38 dem Strömungselement 16 zugewandt sind und die Erhöhungen 40 dem Strömungselement 16 abgewandt sind. Dementsprechend ist die zweite Seite 20 die dem Strömungselement 16 zuge wandte Seite des Strömungselementes 14.

An der zweiten Seite 20 ist das Strömungselement 14 gewissermaßen als "Ne gativ" der ersten Seite 18 ausgebildet. An der Stelle der Vertiefungen 38 sind an der zweiten Seite 20 Erhöhungen 66 am Grundkörper 22 angeordnet, an der Stelle der Erhöhungen 40 sind an der zweiten Seite 20 Vertiefungen 68 angeordnet. Auf diese Weise bildet der Grundkörper 22 auch auf der zweiten Seite 20 eine Kanalstruktur 70 mit Kanälen 72.

Während an der ersten Seite 18 üblicherweise ein Reaktand als Fluid strömt, dienen die Kanäle 72 an der zweiten Seite 20 beispielsweise zur Fluidführung eines Kühlmittels.

An der zweiten Seite 20 sind an der Stelle der Sattelbereiche 46 Überströmbe- reiche 74 gebildet. An der zweiten Seite 20 sind im Bereich der Talbereiche 48 Buckelbereiche 76 gebildet.

Die Überströmbereiche 74 sind in der Höhenrichtung 28 weniger hoch er streckt als die Buckelbereiche 76. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, dass sich zwischen benachbarten Kanälen 72 an der zweiten Seite 20 ein Überströmpfad des Fluids über die Überströmbereiche 74 hinweg in benach barte Kanäle 72 ausbildet (Pfeile 78 in Figur 9). Auf diese Weise kann eine wir kungsvolle Fluidströmung auch an der zweiten Seite 20 durch das Strömungs element 14 erzielt werden, insbesondere im Hinblick auf eine Temperierung (Kühlung und/oder Erwärmung) mittels eines Kühlmediums.

Die Buckelbereiche 76 bilden an der zweiten Seite 20 Anlageelemente 80.

Über die Anlageelemente 80 liegt das Strömungselement 14 am Strömungs element 16 an.

Im vorliegenden Fall sind die Anlageelemente 80 im Bereich der Abschnitte 52 angeordnet, an der zweiten Seite 20. Die Anlageelemente 80 sind planar aus gestaltet. Im vorliegenden Fall definieren die Anlageelemente 80 eine Anlage ebene 82.

Das zweite Strömungselement 16 weist ebenfalls einen in den Haupterstre ckungsrichtungen 24 und 26 erstreckten Grundkörper 84 auf, der eine Erstre ckung in der Höhenrichtung 28 aufweist. Das Strömungselement 16 weist eine dem Strömungselement 14 abgewandte erste Seite 86 auf und eine dem Strö mungselement 14 zugewandte zweite Seite 88.

An der zweiten Seite 88 bildet der Grundkörper 84 eine Kanalstruktur 90 mit Kanälen 92, die von Vertiefungen 94 und dazwischenliegenden Erhöhungen 96 gebildet sind (Figuren 1 und 7).

Die Strömungselemente 14, 16 sind so relativ zueinander ausgerichtet, dass die Kanäle 72 mit den Kanälen 92 fluchten und die Erhöhungen 96 an den An lageelementen 80 flächig anliegen können.

Abschnittsweise umfasst das Strömungselement 16 sockelartige, in beiden Haupterstreckungsrichtungen 24, 26 im Verhältnis zu den Erhöhungen 96 ver größerte Stützelemente 98. An den Stützelementen 98 ist vorzugsweise eine Verbindung der Strömungs elemente 14, 16 vorgesehen, beispielsweise durch Verschweißung. Zu diesem Zweck sind die Stützelemente 98 bevorzugt planar ausgestaltet und können flächig an den Anlageelementen 80 des Strömungselementes 14 anliegen. Da mit liegen die Stützstellen 98 an den Buckelbereichen 76 an, d.h. an der zwei ten Seite 20 den verhältnismäßig breiten Talbereichen 48 gegenüber. Dadurch kann eine zuverlässige Abstützung insbesondere in Stackrichtung erfolgen.

An der ersten Seite 86 bildet der Grundkörper 84 ebenfalls eine Kanalstruktur 100, die beispielsweise zum Transport eines weiteren Reaktanden dient.

Insbesondere aus den Figuren 11 bis 13 sowie 15 bis 17 ist ersichtlich, dass zwischen den Überströmbereichen 74 und den Erhöhungen 96 Durchgangsöff nungen in Form von Spalten 102 gebildet sind. Durch die Spalte 102 hindurch bestehen die Überström pfade wie vorstehend erläutert.

Figur 18 zeigt ausschnittsweise ein mit dem Bezugszeichen 110 belegtes erfin dungsgemäßes Strömungselement in einer Draufsicht auf die erste Seite 18. Dargestellt sind die Kanäle 32 mit Vertiefungen 38 und Erhöhungen 40. Der Übersichtlichkeit halber sind Sattelbereiche 46 und Talbereiche 48 in Figur 18 ausgeblendet. Flanken und Radien der Kanäle 32 sind aus demselben Grund ebenfalls nicht gezeigt.

Bei dem Strömungselement 110 sind Bereiche 112 mit Querschnittserweite rung vorgesehen und Bereiche 114 mit Querschnittsverringerung. Die erstge nannten Bereiche können auch als Diffusor 116 bezeichnet werden, die zweit genannten Bereiche als Konfusor 118. Im Bereich eines Diffusors 116 erwei tert sich der Querschnitt, im Bereich eines Konfusors 118 verringert sich der Querschnitt. Die Strömungsrichtung ist mit dem Pfeil 120 gekennzeichnet.

Im vorliegenden Fall weisen der Diffusor 116 und der Konfusor 118 längs der Verlaufsrichtung 34 unterschiedliche Erstreckungen auf. Hierbei ist der Diffusor 116 insbesondere länger erstreckt als der Konfusor 118. Der Diffusor 116 weist einen Öffnungswinkel 122 auf, der Konfusor 118 einen Reduktionswinkel 124. Schenkel der Winkel 122 und 124 verlaufen jeweils entlang der Flanken 58.

Vorliegend sind der Öffnungswinkel 122 und der Reduktionswinkel 124 vonei nander verschieden. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn der Reduktionswin kel 124 größer ist als der Öffnungswinkel 122. Beispielsweise beträgt der Öff nungswinkel ungefähr 0,5° bis 20°, bevorzugt ungefähr 1° bis 5°. Der Reduk tionswinkel beträgt beispielsweise ungefähr 0,5° bis 20°, bevorzugt ungefähr 1° bis 10°.

Wie aus Figur 18 weiter hervorgeht, umfasst ein jeweiliger Kanal 32 aufeinan derfolgende Umlenkungen 126 und ist nicht geradlinig ausgestaltet. Der Um lenkwinkel beträgt im vorliegenden Beispiel ca. 10° bis 50°.

Darüber hinaus weisen die Erhöhungen 40, in der Verlaufsrichtung 34, unter schiedliche Breiten auf. Die Anpassung der Breiten der Erhöhungen 40 an die Querschnittsänderungen der Kanäle 32 und die Umlenkungen 126 können ins besondere zum Vermeiden von Totbereichen des strömenden Fluids dienen. Darüber hinaus kann durch die Verbreiterungen der Erhöhungen 40 eine grö ßere Anlagefläche insbesondere zur Gasdiffusionsschicht 12 bereitgestellt wer den.

Bei der Umsetzung des Strömungselementes 110 kann sich beispielsweise eine Querschnittsverengung durch einen Konfusor 118 nach einer Umlenkung in ei nem inneren Radius als vorteilhaft erweisen.

Es versteht sich, dass das Strömungselement 110 Bestandteil einer erfin dungsgemäßen Bipolarplatte sein kann. Vorgesehen sein kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abwandlung der in Figur 18 gezeigten Ausführungsform, bei der ein Diffusor 116 und ein Kon- fusor 118 vorhanden sind, ohne die in Figur 18 dargestellten Umlenkungen 126. Beispielsweise weisen der Diffusor 116 und der Konfusor 118 eine ge meinsame Mittellinie auf, die in der Kanalrichtung 34 ausgerichtet sein kann.

Figur 19 zeigt in einer Schnittansicht eine mit dem Bezugszeichen 130 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte.

Die Bipolarplatte 130 umfasst das Strömungselement 14 und ein weiteres Strömungselement 132, welchem das Strömungselement 14 über seine zweite Seite 20 zugewandt ist. Das Strömungselement 132 weist eine erste Seite 86 auf, dem Strömungselement 14 abgewandt, und eine zweite Seite 88, dem Strömungselement 14 zugewandt.

An der zweiten Seite ist am Grundkörper 84 die Kanalstruktur 90 mit Kanälen 92 gebildet. Dabei greifen die Erhöhungen 96 in die Vertiefungen 68 ein. Die Erhöhungen 66 greifen in die Vertiefungen 94 ein. Auf diese Weise kann eine sehr kompakte Bipolarplatte 130 ausgebildet werden, wodurch zugleich eine bevorzugte robuste gegenseitige Abstützung erzielt werden kann.

Bei der Bipolarplatte 130 kann vorgesehen sein, dass kein Fluid in Kanälen 72 strömt. Stattdessen strömt zwischen den Strömungselementen 14 und 132 Fluid in den Kanälen 92. Die Vertiefungen 94 sind zu diesem Zweck tiefer aus gestaltet als die Vertiefungen 38 (Figur 19). Eine Querverteilung des Fluids kann beispielsweise durch Unterschiede in den Schrägen oder Flanken der je weiligen Vertiefungen und Erhöhungen erzielt werden.

Figur 18 zeigt in einer der Figur 19 entsprechenden Weise eine mit dem Be zugszeichen 140 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemä ßen Bipolarplatte, die das Strömungselement 14 sowie ein zweites Strömungs- element 142 umfasst. Das Strömungselement 142 ist hinsichtlich der Ausge staltung der Kanäle 32 identisch oder zumindest funktionsgleich wie das Strö mungselement 14 gebildet.

Eine zweite Seite 20 des Strömungselementes 142 ist der zweiten Seite 20 zu gewandt. Die Strömungselemente 14 und 142 liegen vorzugsweise flächig an einander an. Dabei sind die Strömungselemente 14, 142 in der Querrichtung 36 relativ zueinander verschoben positioniert. Auf diese Weise können die An lageelemente 80 eines jeweiligen Strömungselementes 14, 142 an der jeweili gen zweiten Seite 20 des anderen Strömungselementes 142 bzw. 14 anliegen, und zwar im Bereich jeweiliger Erhöhungen 40. Entsprechende Anlagebereiche sind in Figur 20 mit Bezugszeichen 144 gekennzeichnet.

Bezugszeichenliste

10 Bipolarplatte 12 Gasdiffusionsschicht 14 erstes Strömungselement 16 zweites Strömungselement 18 erste Seite 20 zweite Seite 22 Grundkörper 24 Haupterstreckungsrichtung 26 Haupterstreckungsrichtung 28 Höhenrichtung 30 Kanalstruktur 32 Kanal 34 Verlaufsrichtung 36 Querrichtung 38 Vertiefung 40 Erhöhung

42 Bereich mit Normalniveaudifferenz

44 Bereich mit reduzierter Niveaudifferenz

46 Sattelbereich

48 Talbereich

50 Abschnitt

52 Abschnitt

54 Anlageebene

56 Schräge

58 Flanke

60 Normalbreitenbereich 62 Verschmälerungsbereich 64 Anlageelement 66 Erhöhung 68 Vertiefung 70 Kanalstruktur Kanal

Überströmbe reich

Buckelbereich

Pfeil

Anlageelement

Anlageebene

Grundkörper erste Seite zweite Seite

Kanalstruktur

Kanal

Vertiefung

Erhöhung

Stützelement

Kanalstruktur

Spalt

Strömungselement

Bereich mit Querschnittserweiterung

Bereich mit Querschnittsverringerung

Diffusor

Konfusor

Pfeil

Öffnungswinkel

Reduktionswinkel

Umlenkung

Bipolarplatte

Strömungselement

Bipolarplatte

Strömungselement

Anlagebereich