DE10394231T5

DE10394231T5 - Geprägte bipolare Platte für Brennstoffzellen

Info

Publication number: DE10394231T5
Application number: DE10394231T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey A. Rock; Harald Schlag; Kim R. Griffith
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: DE10394231B4; JP2006523916A; WO2004100297A1; AU2003231018A1; US7459227B2; US7781087B2; JP4976652B2; CN100405645C; US20040209150A1; CN1788376A; US20090004522A1

Abstract

Bipolplattenzusammenbau für eine Brennstoffzelle, die ein Paar von Platten umfasst, die einen ersten Rand mit einer ersten darin geformten Sammelleitung und einen zweiten Rand mit einer zweiten darin geformten Sammelleitung besitzen, wobei der Bipolplattenzusammenbau umfasst:
eine erste Platte des Paares von Platten mit einem ersten Strömungsfeld, das durch eine Vielzahl von Kanälen definiert ist, die an einer ersten Außenseite derselben geformt sind, und einer ersten Kontaktfläche an einer ersten Innenseite derselben;
eine zweite Platte des Paares von Platten mit einem zweiten Strömungsfeld, das durch eine Vielzahl von Kanälen definiert ist, die an einer zweiten Außenseite derselben geformt sind, und einer zweiten Kontaktfläche an einer zweiten Innenseite derselben, wobei die zweite Innenseite in einer zueinander weisenden Beziehung bezüglich der ersten Innenseite angeordnet ist;
ein drittes Strömungsfeld, das durch direkten Kontakt zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche definiert ist, wobei das dritte Strömungsfeld eine Gruppierung aus diskreten...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapelzusammenbau und insbesondere eine Bipolplattenanordnung mit einem Paar geprägter Metallplatten, die miteinander verbunden sind, um dazwischen ein Kühlmittelvolumen vorzusehen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennstoffzellen sind für viele Anwendungen als eine Energie- bzw. Antriebsquelle vorgeschlagen worden. Eine derartige Brennstoffzelle ist die Protonenaustauschmembran- oder PEM-Brennstoffzelle. PEM-Brennstoffzellen sind in der Technik gut bekannt und umfassen in jeder ihrer Zellen eine so genannte Membranelektrodenanordnung oder MEA mit einem dünnen protonenleitenden Polymermembranelektrolyt mit einem Anodenelektrodenfilm, der auf einer seiner Hauptseiten ausgebildet ist, und einem Kathodenelektrodenfilm, der auf seiner entgegengesetzten Hauptseite ausgebildet ist. Es sind verschiedene Membranelektrolyte in der Technik bekannt und beispielsweise in den U.S. Patenten 5,272,017 und 3,134,697 wie auch in dem Journal of Power Sources, Band 29 (1990), S. 367-387 und folgende beschrieben.
Die MEA ist zwischen Lagen aus porösem gasdurchlässigem leitendem Material angeordnet, das als eine Diffusionsschicht bekannt ist, die an die Anoden- und Kathodenseiten der MEA gepresst wird und als die Primärstromkollektoren für die Anode und Kathode dient wie auch eine mecha nische Abstützung für die MEA vorsieht. Dieser Zusammenbau aus den Diffusionsschichten und der MEA wird zwischen einem Paar elektrisch leitender Platten gepresst, die als Sekundärstromkollektoren dienen, um den Strom von den Primärstromkollektoren zu sammeln und Strom zwischen benachbarten Zellen innerhalb des Stapels (in dem Fall von bipolaren Platten) und außerhalb des Stapels (in dem Fall monopolarer Platten an dem Ende des Stapels) zu leiten. Die Sekundärstromkollektorplatten umfassen jeweils zumindest ein aktives Gebiet, das die gasförmigen Reaktanden über die Hauptseiten der Anode und Kathode verteilt. Diese aktiven Gebiete, die auch als Strömungsfelder bekannt sind, umfassen typischerweise eine Vielzahl von Stegen, die mit dem Primärstromkollektor in Eingriff stehen und dazwischen eine Vielzahl von Nuten oder Strömungskanälen definieren, durch die der gasförmige Reaktand zwischen einer Versorgungssammelleitung in einem Sammelleitungsgebiet der Platte an einem Ende des Kanals und einer Austragssammelleitung in einem Sammelleitungsgebiet der Platte an dem anderen Ende des Stapels strömt. In dem Fall bipolarer Platten ist an einer ersten Hauptseite der bipolaren Platte ein Anodenströmungsfeld ausgebildet, und an einer zweiten Hauptseite, die der ersten Hauptseite entgegengesetzt ist, ist ein Kathodenströmungsfeld ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird der gasförmige Anodenreaktand (beispielsweise H₂) über die Oberfläche des Anodenelektrodenfilmes verteilt, und der gasförmige Kathodenreaktand (beispielsweise O₂/Luft) wird über die Oberfläche des Kathodenelektrodenfilmes verteilt.
Die verschiedenen Konzepte sind verwendet worden, um eine bipolare Platte mit Strömungsfeldern herzustellen, die auf entgegengesetzten Hauptseiten ausgebildet sind. Beispielsweise offenbart das U.S. Patent Nr. 6,099,984 einen Bipolplattenzusammenbau mit einem Paar dünner Metallplatten und mit einem identischen darin geprägten Strömungsfeld. Diese geprägten Metallplatten sind in gegenüberliegenden, zueinander weisenden Beziehungen mit einem leitenden Abstandhalter positioniert, der dazwischen angeordnet ist. Dieser Zusammenbau aus Platten und Abstandhaltern wird unter Verwendung herkömmlicher Verbindungstechniken verbunden, wie beispielsweise Hartlöten, Schweißen, Diffusionsbonden oder Kleben. Eine derartige Bipolplattentechnologie hat sich hinsichtlich ihrer Gasverteilungsfunktion als zufrieden stellend erwiesen, resultiert jedoch in einem relativ dicken und schweren Bipolplattenzusammenbau und beeinträchtigt somit den gravimetrischen wie auch volumetrischen Wirkungsgrad des Brennstoffzellenstapelzusammenbaus.
Bei einem anderen Beispiel offenbart das U.S. Patent Nr. 6,503,653 eine einzelne geprägte bipolare Platte, in der die Strömungsfelder in ihren entgegengesetzten Hauptseiten ausgebildet sind, um eine nicht gekühlte bipolare Platte vorzusehen. Eine gekühlte bipolare Platte, die diese Technologie verwendet, erfordert wiederum ein Abstandhalterelement, das zwischen einem Paar geprägter Platten angeordnet ist, wodurch die Dicke wie auch das Gewicht der gekühlten Plattenanordnung erhöht wird. Das U.S. Patent Nr. 6,503,653 nutzt den Vorteil einzigartiger Anordnungen für Reaktandengasdurchlass wie auch versetzten Dichtungen zur Zufuhr der Reaktandengase von dem Sammelleitungsgebiet durch den Durchlass in der Platte zu dem Strömungsfeld, das an ihrer entgegengesetzten Seite ausgebildet ist. Dieses Konzept ist hinsichtlich der Kosten sehr vorteilhaft, jedoch können seine Konstruktionszwänge auf die Strömungsfelder einige Anwendungen ausschließen. Ferner eignet sich dieses Konstruktionskonzept selbst nicht gut dazu, eine interne Kühlmittelströmung vorzusehen.
Anwendungen mit Hochleistungsdichteanforderungen erfordern eine Kühlung in jeder zweiten Brennstoffzelle. Somit ist es ein ständiges Bestreben, die Konstruktion eines Bipolplattenzusammenbaus so weiterzuentwickeln, dass dieser effizient in einem Brennstoffzellenstapel ver wendet werden kann, um eine hohe gravimetrische Leistungsdichte, eine hohe volumetrische Leistungsdichte, geringe Kosten wie auch eine höhere Zuverlässigkeit vorzusehen. Die vorliegende Erfindung ist auf eine geprägte bipolare Platte für Brennstoffzellen gerichtet, die eine erhebliche Flexibilität bei der Strömungsfeldausgestaltung bietet, während ihr Gewicht und ihre Dicke vermindert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Bipolplattenzusammenbau mit zwei dünnen Metallplatten gerichtet, die mit herkömmlichen Prägeprozessen geformt und dann miteinander verbunden werden. Bei einem anderen Aspekt müssen die Mittellinien der Strömungsfelder so angeordnet werden, dass die Kanäle für Platten auf entgegengesetzten Seiten der MEA wo immer möglich ausgerichtet werden, um weiters eine gleichförmige Kompression der Diffusionsmedien vorzusehen. Bei einem anderen Aspekt ist die Ausgestaltung der Strömungsfelder, die in jeder der beiden geprägten Metallplatten ausgebildet sind, derart, dass die Kontaktfläche dazwischen maximiert ist, um zu ermöglichen, dass der Bipolplattenzusammenbau Kompressionslasten stützen kann, die in einem Brennstoffzellenstapel vorhanden sind. Somit müssen die Mittellinien der Strömungsfelder, die in den beiden dünnen Metallplatten eines Bipolplattenzusammenbaus ausgebildet sind, an vielen Stellen übereinstimmen, um die Kompressionslasten zu tragen. Da jedoch das Innenvolumen, das zwischen den Platten und ihren Umgebungsbereichen definiert ist, einen Innenhohlraum für die Kühlmittelströmung bildet, ist es notwendig, ausreichend Fälle zu haben, in denen die Mittellinien nicht übereinstimmen, um eine angemessene Kühlmittelströmung zuzulassen. Die vorliegende Erfindung erreicht diese beiden offensichtlich entgegengesetzten Einwendungen mit einer einzigartigen Strömungsfeldgestaltung, in der aneinander angrenzende Bereiche der Strömungskanäle benachbart der Einlass- und Austragsränder eine geometrische Ausgestaltung vorsehen, um die gewünschten Strömungsfeld- und Kontaktbereichsanforderungen vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Bipolplattenzusammenbau vor, der ein Paar von Platten umfasst, die Reaktandengasströmungsfelder besitzen, die durch eine Vielzahl von Kanälen, die in den Außenseiten der Platten ausgebildet sind, definiert werden. Die Platten sind in einer zueinander weisenden Beziehung angeordnet, um dazwischen ein Innenvolumen zu definieren. Ein Kühlmittelströmungsfeld ist in einem Innenvolumen ausgebildet, das zwischen dem Paar von Platten an der Kontaktschnittstelle dazwischen definiert ist. Das Kühlmittelströmungsfeld besitzt eine Gruppierung aus diskreten Strömungsunterbrechern benachbart eines Kühlmittelsammelleitungseinlasses und eine Vielzahl paralleler Kanäle, die zwischen der Gruppierung und der Kühlmittelaustragssammelleitung angeordnet sind. Von der Kühlmitteleinlasssammelleitung durch das Kühlmittelströmungsfeld zu der Kühlmittelaustragssammelleitung ist eine Fluidverbindung vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Separatorplatte vor, die eine dünne Platte umfasst, die einen Einlassrand mit einem Paar seitlicher Einlasssammelleitungen und einer mittleren Einlasssammelleitung, die hindurch ausgebildet sind, einen Austragsrand mit einem Paar seitlicher Austragssammelleitungen und einer mittleren Austragssammelleitung, die hindurch ausgebildet sind, und ein Reaktandengasströmungsfeld umfasst, das auf einer Hauptseite der dünnen Platte ausgebildet ist. Das Reaktandengasströmungsfeld umfasst einen ersten Satz von Strömungskanälen, von denen jeder einen Einlassschenkel mit einem ersten Längsabschnitt in Fluidverbindung mit einer des Paares seitlicher Einlasssammelleitungen und einem ersten Querabschnitt, einen serpentinenartigen Schenkel mit einem ersten Ende in Fluidverbindung mit dem ersten Querabschnitt und einem zweiten Ende und einen Austragsschenkel mit einem zweiten Querabschnitt in Fluidverbindung mit dem zweiten Ende des Serpentinenschenkels und einem zweiten Längsabschnitt in Fluidverbindung mit einer des Paares seitlicher Austragssammelleitungen umfasst. Sowohl der Querabschnitt des Einlassschenkels benachbart der mittleren Einlasssammelleitung als auch der Querabschnitt des Austragsschenkels benachbart der mittleren Austragssammelleitung können durch einen wellenförmigen Strömungskanal definiert sein.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sehen einen Bipolplattenzusammenbau vor, der die Konstruktionsflexibilität hinsichtlich von Strömungsfeldoptionen erhöht, während dennoch die Kühlanforderungen erreicht werden, wie auch eine relativ hohe gravimetrische Leistungsdichte und eine hohe volumetrische Leistungsdichte von einem Brennstoffzellenstapel, der den Bipolplattenzusammenbau umfasst, vorgesehen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer spezifischen ihrer Ausführungsformen detaillierter in Verbindung mit den verschiedenen Figuren beschrieben, in welchen:
1 eine schematische isometrische Explosionsdarstellung eines Brennstoffzellenstapels ist;
2 eine isometrische Explosionsdarstellung eines Bipolplattenzusammenbaus und einer Dichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Draufsicht des Strömungsfeldes ist, das in der Hauptseite einer Anodenplatte in dem in 2 gezeigten Bipolplattenzusammenbau geformt ist;
4 eine Draufsicht des Strömungsfeldes ist, das in der Hauptseite einer Kathodenplatte in dem in 2 gezeigten Bipolplattenzusammenbau geformt ist;
5 eine Draufsicht ist, die die Kontaktbereiche an der Schnittstelle zwischen den Anoden- und Kathodenplatten zeigt;
6 eine isometrische Darstellung mehrerer Zellen in dem Brennstoffzellenstapel ist, die ferner einen Schnitt durch die Kathodensammelleitung zeigt;
7 ein Schnitt durch die Kühlmittelsammelleitung ist und den Kühlmittelströmungspfad zeigt;
8 ein Schnitt durch die Anodensammelleitung ist und den Anodengasströmungspfad zeigt; und
9 ein Schnitt durch die Kathodensammelleitung ist und den Kathodenströmungspfad zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. In 1 ist ein zweizelliger Stapel (d.h. eine bipolare Platte) gezeigt und nachfolgend beschrieben, wobei zu verstehen sei, dass ein typischer Stapel viel mehr derartige Zellen und bipolare Platten umfassen kann. 1 zeigt einen zweizelligen bipolaren PEM-Brennstoffzellenstapel 2 mit einem Paar Membranelektrodenanordnungen (MEAs) 4, 6, die voneinander durch eine elektrisch leitende, flüssigkeitsgekühlte bipolare Platte 8 getrennt sind. Die MEAs 4, 6 und die bipolare Platte 8 sind zwischen Klemmplatten 10, 12 und monopolaren Endplatten 14, 16 aneinander gestapelt. Die Klemmplatten 10, 12 sind von den Endplatten 14, 16 elektrisch isoliert. Die Arbeitsseite jeder monopolaren Endplatte 14, 16 wie auch beide Arbeitsseiten der bipolaren Platte 8 enthalten eine Vielzahl von Nuten oder Kanälen 18, 20, 22, 24, die ein so genanntes "Strömungsfeld" zur Verteilung von Brennstoff- und Oxidationsmittelgasen (d.h. H₂ und O₂) über die Seiten der MEAs 4, 6 definieren. Nicht leitende Dichtungsscheiben 26, 28, 30 und 32 sehen Abdichtungen wie auch eine elektrische Isolierung zwischen den verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellenstapels vor. Gaspermeable Diffusionsmedien 34, 36, 38, 40 werden an die Elektrodenseiten der MEAs 4, 6 gepresst. Die Endplatten 14, 16 werden an die Diffusionsmedien 34 bzw. 40 gepresst, während die bipolare Platte 8 an das Diffusionsmedium 36 auf der Anodenseite der MEA 4 und an das Diffusionsmedium 38 auf der Kathodenseite der MEA 6 gepresst wird.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Bipolplattenzusammenbau 8 zwei separate Metallplatten 100, 200, die miteinander verbunden sind, um so dazwischen ein Kühlmittelvolumen zu definieren. Die Metallplatten 100, 200 sind so dünn wie möglich ausgebildet (beispielsweise etwa 0,002 – 0,02 Zoll dick) und werden bevorzugt durch geeignete Formungstechniken geformt, wie es in der Technik bekannt ist. Das Verbinden kann beispielsweise durch Hartlöten, Schweißen, Diffusionsbonden oder Kleben mit einem leitenden Klebstoff erreicht werden, wie es in der Technik be kannt ist. Die Anodenplatte 100 und die Kathodenplatte 200 eines Bipolplattenzusammenbaus 8 sind mit einem zentralen aktiven Gebiet gezeigt, das den MEAs 36, 38 gegenüberliegt (in 1 gezeigt) und durch inaktive Gebiete oder Ränder begrenzt ist.
Die Anodenplatte 100 besitzt eine Arbeitsseite mit einem Anodenströmungsfeld 102, das eine Vielzahl serpentinenförmiger Strömungskanäle zur Verteilung von Wasserstoff über die Anodenseite der MEA, die dieser gegenüberliegt, umfasst. Ähnlicherweise besitzt die Kathodenplatte 200 eine Arbeitsseite mit einem Kathodenströmungsfeld 202, das eine Vielzahl serpentinenförmiger Strömungskanäle zur Verteilung von Sauerstoff (oftmals in der Form von Luft) über die Kathodenseite der MEA, die dieser gegenüberliegt, umfasst. Das aktive Gebiet der bipolaren Platte 8 wird durch zwei inaktive Grenzabschnitte oder Ränder 104, 106, 204, 206 flankiert, die durch diese geformte Öffnungen 46 – 56 aufweisen. Wenn die Anoden- und Kathodenplatten 100, 200 aneinander gestapelt werden, sind die Öffnungen 46 – 56 in den Platten 100, 200 mit gleichen Öffnungen in benachbarten Bipolplattenzusammenbauten ausgerichtet. Andere Komponenten des Brennstoffzellenstapels 2, wie beispielsweise Dichtungsscheiben 26 – 32, wie auch die Membran der MEAs 4 und 6 und die Endplatten 14, 16 besitzen entsprechende Öffnungen, die mit den Öffnungen in dem Bipolplattenzusammenbau in dem Stapel ausgerichtet sind, und bilden zusammen Sammelleitungen zur Lieferung gasförmiger Reaktanden und von flüssigem Kühlmittel an den Stapel bzw. zur Entfernung von gasförmigen Reaktanden und flüssigem Kühlmittel von dem Stapel.
Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform bildet die Öffnung 46 in einer Serie gestapelter Platten eine Lufteinlasssammelleitung, eine Öffnung 48 in der Serie gestapelter Platten bildet eine Luftauslasssammelleitung, eine Öffnung 50 in einer Serie gestapelter Platten bildet eine Wasserstoffeinlasssammelleitung, Öffnungen 52 in einer Serie gestapelter Platten bilden eine Wasserstoffauslasssammelleitung, eine Öffnung 54 in einer Serie gestapelter Platten bildet eine Kühlmitteleinlasssammelleitung und eine Öffnung 56 in einer Serie gestapelter Platten bildet eine Kühlmittelauslasssammelleitung. Wie in 1 gezeigt ist, stehen Einlassverrohrungen 58, 60 sowohl für den Sauerstoff bzw. die Luft als auch Wasserstoff in Fluidverbindung mit den Einlasssammelleitungen 46 bzw. 50. Ähnlicherweise stehen Austragsverrohrungen 62, 64 für sowohl den Wasserstoff als auch den Sauerstoff bzw. die Luft in Fluidverbindung mit den Austragssammelleitungen 48 bzw. 52. Es ist eine zusätzliche Verrohrung 66, 68 vorgesehen, um flüssiges Kühlmittel an die Kühlmittelsammelleitung 54, 56 zu liefern bzw. Kühlmittel von der Kühlmittelsammelleitung 54, 56 zu entfernen.
2 zeigt einen Bipolplattenzusammenbau 8 und Dichtungen 28, 30, wenn diese in eine Brennstoffzelle aneinander gestapelt sind. Es sei zu verstehen, dass ein Satz aus Diffusionsmedien, einer MEA wie auch einer anderen bipolaren Platte (nicht gezeigt) unter der Kathodenplatte 200 und Dichtung 30 liegen würde, um eine vollständige Zelle zu bilden. Ähnlicherweise liegt ein anderer Satz aus Diffusionsmedien und MEAs (nicht gezeigt) über der Anodenplatte 100 und Dichtung 28, um eine Serie sich wiederholender Einheiten oder Zellen in dem Brennstoffzellenstapel zu bilden. Es sei zu verstehen, dass ein Innenvolumen oder ein Kühlmittelhohlraum 300 direkt zwischen der Anodenplatte 100 und Kathodenplatte 200 geformt wird, ohne dass Bedarf nach einem zusätzlichen Abstandhalter, der dazwischen angeordnet ist, besteht.
In 3 ist eine Draufsicht der Anodenplatte 100 vorgesehen, die deutlicher das Anodenströmungsfeld 102 zeigt, das in der Arbeitsseite der Anodenplatte 100 ausgebildet ist. Wie in 3 ebenfalls deutlich gesehen werden kann, besitzt der Einlassrand 104 der Anodenplatte 100 ein Paar seitlicher Einlasssammelleitungen 46 und 50, um Kathodengas bzw. Anodengas durch den Brennstoffzellenstapel zu transportieren, wie auch eine mittlere Einlasssammelleitung 54, um ein Kühlmittel durch den Stapel zu transportieren. Ähnlicherweise besitzt der Austragsrand 106 ein Paar seitlicher Austragssammelleitungen 48, 52 zum Transport von Anodenabfluss bzw. Kathodenabfluss durch den Brennstoffzellenstapel, und eine mittlere Austragssammelleitung 56 zum Transport von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel.
Das Anodenströmungsfeld 102 wird durch eine Vielzahl von Kanälen definiert, die geformt sind, um eine Fluidverbindung entlang eines gewundenen Pfades von der Anodeneinlasssammelleitung 50 zu der Anodenaustragssammelleitung 52 vorzusehen. Allgemein sind die Strömungskanäle durch einen Einlassschenkel 108 gekennzeichnet, der einen Längsabschnitt 110 mit einem ersten Ende in Fluidverbindung mit der Anodeneinlasssammelleitung 50 und einem zweiten Ende in Fluidverbindung mit einem Querabschnitt 112 besitzt. Wie es derzeit bevorzugt ist, verzweigt sich der Querabschnitt 112 des Einlassschenkels 108, um ein Paar quer gerichteter Einlassschenkel vorzusehen, die jedem Längsabschnitt 110 zugeordnet sind. Ferner ist der Pfad dieser Quereinlassabschnitte 112 innerhalb der Ebene der Anodenplatte 100 wellenförmig, um einen wellenförmigen Strömungskanal benachbart der Kühlmitteleinlasssammelleitung 54 vorzusehen, wie in dem mit 114 bezeichneten Bereich dargestellt ist. Der Querabschnitt 112 des Einlassschenkels 108 steht in Fluidverbindung mit einem serpentinenförmigen Schenkel 116. Der Strömungskanal 108 umfasst ferner einen Austragsschenkel 118 mit Querabschnitten 120 und einem Längsabschnitt 122, um eine Fluidverbindung von dem serpentinenartigen Schenkel 116 an die Anodenaustragssammelleitung 52 vorzusehen. Der Austragsschenkelabschnitt 118 ist ähnlich dem Einlass schenkelabschnitt 108 ausgebildet, da jeder Längsabschnitt 122 einem Paar von Querabschnitten 120 zugeordnet ist. Der Pfad der Queraustragsabschnitte 120 ist in der Ebene der Anodenplatte 100 wellenförmig, um einen wellenförmigen Strömungskanal benachbart der Kühlmittelaustragssammelleitung 56 vorzusehen, wie in dem mit 124 bezeichneten Bereich dargestellt ist.
In 4 ist eine Draufsicht der Kathodenplatte 200 vorgesehen, die deutlicher das Kathodenströmungsfeld 202 zeigt, das in der Arbeitsseite der Kathodenplatte 200 ausgebildet ist. Wie deutlich in 4 zu sehen ist, besitzt der Einlassrand 204 der Kathodenplatte 200 ein Paar von Quereinlasssammelleitungen 46, 50, um Kathodengas bzw. Anodengas durch den Brennstoffzellenstapel zu transportieren, wie auch eine mittlere Einlasssammelleitung 54, um ein Kühlmittel durch den Stapel zu transportieren. Ähnlicherweise besitzt der Austragsrand 206 ein Paar von quer verlaufenden Austragssammelleitungen 48, 52 zum Transport von Anodenabfluss bzw. Kathodenabfluss durch den Brennstoffzellenstapel, wie auch eine mittlere Austragssammelleitung 56 zum Transport von Kühlmittel durch den Brennstoffzellenstapel.
Das Kathodenströmungsfeld 202 wird durch eine Vielzahl von Kanälen definiert, die geformt sind, um eine Fluidverbindung entlang eines gewundenen Pfades von der Kathodeneinlasssammelleitung 46 zu der Kathodenaustragssammelleitung 48 vorzusehen. Allgemein sind die Strömungskanäle durch einen Einlassschenkel 208 gekennzeichnet, der einen Längsabschnitt 210 mit einem ersten Ende in Fluidverbindung mit der Kathodeneinlasssammelleitung 46 und einem zweiten Ende in Fluidverbindung mit einem Querabschnitt 212 aufweist. Jedem Längsabschnitt 210 ist ein einzelner Querabschnitt 212 zugeordnet. Somit verzweigt sich der Querabschnitt 212 des Einlassschenkels 208 nicht, um ein Paar von Querein lassabschnitten als den Querabschnitt 112 des Anodeneinlassschenkels 108 vorzusehen. Der Pfad der Quereinlassabschnitte 212 ist in der Ebene der Kathodenplatte wellenförmig, um einen wellenförmigen Strömungskanal benachbart der Kühlmitteleinlasssammelleitung 54 vorzusehen, wie in dem mit 214 bezeichneten Bereich dargestellt ist. Der Strömungskanal umfasst ferner einen Serpentinenschenkel 216, der in Fluidverbindung mit dem Ende des quer verlaufenden Einlassabschnittes 212 steht. Der Strömungskanal umfasst ferner einen Austragsschenkel 218 mit einem Querabschnitt 220 und einem Längsabschnitt 222. Der Austragsschenkelabschnitt 218 ist ähnlich dem Einlassschenkelabschnitt 208 ausgebildet, um eine Fluidverbindung von dem Serpentinenschenkel 218 an die Kathodenaustragssammelleitung 48 vorzusehen. Der Pfad der Queraustragsabschnitte 220 ist in der Ebene der Kathodenplatte wellenförmig, um einen wellenförmigen Strömungskanal benachbart der Kühlmittelaustragssammelleitung 56 vorzusehen, wie in dem mit 224 bezeichneten Bereich dargestellt ist.
Wie in den 2 und 6 gezeigt ist, sind die Anodenplatte 100 und die Kathodenplatte 200 in einer zueinander weisenden Beziehung positioniert, so dass sich die verschiedenen Einlass- und Austragssammelleitungen in Ausrichtung befinden. Die Anodenplatte 100 und die Kathodenplatte 200 werden dann miteinander unter Verwendung herkömmlicher Techniken verbunden. Die Mittellinien der Anodenströmungsfelder 102 und der Kathodenströmungsfelder 202 sind so ausgerichtet, um die Strömungskanäle an gegenüberliegenden Platten (beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten der MEA, wie in 6 gezeigt ist), wo immer es möglich ist, auszurichten, um eine gleichförmige Kompression der Diffusionsmedien und der MEA vorzusehen. Ähnlicherweise ist der Kontaktbereich zwischen der benachbarten, verbundenen Anodenplatte 100 und Kathodenplatte 200 (wie in 2 gezeigt ist) an vielen Stellen übereinstimmend, um so die Kompressionslasten, die auf den Brennstoffzellenstapel ausgeübt werden, zu stützen. Genauer sehen die Strömungskanäle des Anodenströmungsfeldes 102, das in der Arbeitsseite der Anodenplatte 100 geformt ist, eine komplementäre Kontaktfläche an einer der Arbeitsseite gegenüberliegenden Innenseite vor. Ähnlicherweise definieren die Strömungskanäle in dem Kathodenströmungsfeld 202, das in der Arbeitsseite der Kathodenplatte 200 ausgebildet ist, eine Kontaktfläche an einer Innenseite der Kathodenplatte 200. Somit wird, wenn die Anodenplatte 100 und die Kathodenplatte 200 miteinander verbunden werden, ein Überlagerungs- oder Kontaktbereich dazwischen definiert.
Wie in 5 gezeigt ist, definiert der Kontaktbereich zwischen der Anodenplatte 100 und der Kathodenplatte 200 ein Kühlmittelströmungsfeld 302 zwischen einem Einlassrand 304 und einem Austragsrand 306 innerhalb des Kühlmittelhohlraums 300. Das Kühlmittelströmungsfeld 302 umfasst eine Gruppierung aus diskreten Strömungsunterbrechern 308 benachbart des Kühlmitteleinlassverteilers 54, die an der Schnittstelle der Anodeneinlassschenkel 108 und der Kathodeneinlassschenkel 208 ausgebildet sind. Ähnlicherweise ist ein Satz von Strömungsunterbrechern 310 benachbart der Kühlmittelaustragssammelleitung 56 an der Schnittstelle des Anodenaustragsschenkels 118 und des Kathodenaustragsschenkels 218 geformt. Das Kühlmittelströmungsfeld 302 umfasst ferner eine Vielzahl paralleler Strömungskanäle 312, die zwischen dem Einlassrand 304 und dem Austragsrand 306 angeordnet sind und die an der Schnittstelle der Serpentinenschenkel 116 und der Serpentinenschenkel 216 definiert sind. Gemäß der Ausgestaltung des Anodenströmungsfeldes 102 und des Kathodenströmungsfeldes 202 erstreckt sich die Gruppierung der diskreten Strömungsunterbrecher 308 schräg von dem Bereich des Kühlmittelströmungsfeldes 302 benachbart der Kühlmitteleinlasssammelleitung 54, wie durch Richtungspfeil 314 gezeigt ist, in die parallelen Strömungskanä le 312. Ähnlicherweise erstreckt sich die Gruppierung diskreter Strömungsunterbrecher 310 von den parallelen Strömungskanälen 312 schräg in Richtung der Kühlmittelaustragssammelleitung 56, wie durch den Richtungspfeil 316 gezeigt ist.
Wie in den 6 – 9 gezeigt ist, umfasst die vorliegende Erfindung eine gestufte Dichtungs- und eine integrale Verteilerausgestaltung zum Führen einer Fluidverbindung von der Sammelleitung in das geeignete Strömungsfeld. Beispielsweise ist die Anordnung der Dichtungswülste zwischen dem Einlassrand 104, 204 und der Strömungsfeldstruktur 102, 202 links und rechts (wie in den 7 – 9 gezeigt ist) für jede nachfolgende Lage gestuft. Somit verschiebt sich die Dichtungsposition, um eine Fluidverbindung dazwischen vorzusehen. Durchlässe in der Form von Löchern oder Schlitzen dringen vertikal durch die Anodenplatte 100 oder Kathodenplatte 200, um ein Mittel zur Fluidverbindung von der Sammelleitung zu dem Strömungsfeld vorzusehen. Auf diese Art und Weise verwendet die vorliegende Erfindung ein Konzept einer versetzten Dichtung ähnlich dem, das in dem U.S. Patent Nr. 6,503,653 offenbart ist, deren Inhaber der Anmelder der vorliegenden Erfindung ist und deren Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Diese Vorgehensweise erlaubt, dass die kombinierten Dichtungsdicken gleich der Wiederholdistanz minus der Dicke der Anodenplatte und Kathodenplatte sind. Diese Vorgehensweise sieht auch einen Vorteil gegenüber anderen herkömmlichen Brennstoffzellenstapelkonstruktionen vor, bei denen die Dicke, die für Dichtungen verfügbar ist, um die Höhe verringert ist, die für den Fluiddurchgang von dem Sammelleitungsgebiet zu dem Gebiet des aktiven Bereichs erforderlich ist. Durch Verwendung eines versetzten Dichtungskonzeptes ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung dickerer Dichtungen, die weniger anfällig gegenüber Toleranzschwankungen sind.
Die vorliegende Erfindung verbessert ferner das versetzte Dichtungskonzept, das in dem U.S. Patent Nr. 6,503,653 offenbart ist, mit der Verwendung einer separaten Anodenplatte 100 und Kathodenplatte 200 in jedem Bipolplattenzusammenbau. Genauer ermöglicht eine zweite Platte die Verwendung eines integrierten Verteilers mit dem Raum zwischen den Platten. Nun können Reaktandengase oder Kühlmittelfluid an der oberen Seite der oberen Platte eintreten, zwischen der oberen und unteren Platte durch derartige integrale Verteiler verlaufen und dann in die untere Seite der oberen Platte eintreten, um die untere Seite der MEA zu speisen. Infolgedessen ist die Breite des Gebiets, in dem die Reaktandengase in das Strömungsfeld eintreten, doppelt so breit, wie in dem U.S. Patent Nr. 6,503,653 offenbart ist, wodurch der Gesamtdruckabfall über ein gegebenes Strömungsfeld verringert wird. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist am besten in den 7 – 9 gezeigt. Genauer ist, wie in 7 gezeigt ist, der Kühlmittelströmungspfad durch die Pfeile A gezeigt, die eine Strömung von der Kühlmittelsammelleitung (nicht gezeigt) zwischen der Anodenplatte 100 und der Kathodenplatte 200 und in das Kühlmittelströmungsfeld 302 zeigen, das dazwischen definiert ist. Ähnlicherweise ist in 8 der Anodengasströmungspfad durch die Pfeile B dargestellt, die eine Strömung von der Anodensammelleitung (nicht gezeigt) zwischen der Kathodenplatte 200 und der Anodenplatte 100 und in das Anodenströmungsfeld 102 zeigen. Ähnlicherweise ist in 9 der Kathodengasströmungspfad durch die Pfeile C dargestellt, die eine Strömung von der Kathodensammelleitung (nicht gezeigt) zwischen der Anodenplatte 100 und der Kathodenplatte 200 und in das Kathodenströmungsfeld 202 zeigen. Auf diese Art und Weise wird ein breiteres Verteilergebiet zwischen dem Sammelleitungsgebiet und dem Strömungsfeldgebiet für jedes der durch den Brennstoffzellenstapel geleiteten Fluide vorgesehen.
Wie es derzeit bevorzugt ist, umfasst die Konstruktion des Bipolplattenzusammenbaus ferner ein zusätzliches Merkmal, um die Dichtungslasten zu stützen, wodurch der Effekt der Verbreiterung des Einlassverteilergebietes zwischen den Sammelleitungen und den aktiven Strömungsfeldern entsteht. Genauer erstreckt sich, wie am besten in den 4 und 6 gezeigt ist, ein in-situ-Stützflansch 226 quer über den Einlassrand durch die Kathodeneinlasssammelleitung 46, die Kühlmitteleinlasssammelleitung 54 und die Anodensammelleitung 50. Dieser Stützflansch 226 ist mit einer gewellten oder wellenförmigen Ausgestaltung geformt, um zu ermöglichen, dass Einlassfluide frei von dem Sammelleitungsgebiet durch das Verteilergebiet in das Strömungsfeldgebiet gelangen können, während gleichzeitig eine durch die Ebene hindurch erfolgende Abstützung für den Bipolplattenzusammenbau vorgesehen wird. Beispielsweise kommt, wie am besten in 6 gezeigt ist, der Stützflansch 226 für die Kathodenplatte 200 der bipolaren Platte 8 direkt über dem Stützflansch 126 für die Anodenplatte 100 der benachbarten Zelle vor. Auf diese Art und Weise werden leicht Kompressionslasten durch den Brennstoffzellenstapel hindurch übertragen. Alternativ dazu könnte die Stützfunktion mit mit Nuten versehenen Blöcken aus einem nicht leitenden Material oder ähnlichen Merkmalen vorgesehen sein, die in den Dichtungen geformt sein können, um die in-situ-Ausgestaltung zu ersetzen, die durch den Querstützflansch vorgesehen wird.
Wenn diese Ausgestaltung verwendet wird, müssen diese benachbarten Gebiete isoliert sein, da sie sich auf verschiedenen elektrischen Potentialen befinden. Verschiedene geeignete Mittel sind verfügbar, wie beispielsweise die Verwendung einer nicht leitenden Beschichtung, wie die, die in der U.S. Anmeldung Nr. 10/132,058 (Anwaltsaktenzeichen GP301598 ) mit dem Titel "Fuel Cell Having Insulated Coolant Manifold", eingereicht am 25. April 2002 offenbart ist, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfin dung übertragen ist und deren Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Alternativ dazu kann ein Film aus einem nicht leitenden Kunststoffband zur Bereitstellung einer elektrischen Isolierung dazwischen angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung sieht einen zweiteiligen Bipolplattenzusammenbau mit einem dazwischen geformten Kühlmittelströmungsfeld vor. Die Ausgestaltung der verschiedenen Strömungsfelder ist derart, dass der Bipolplattenzusammenbau aus relativ dünnem Material geformt werden kann und dennoch die erforderlichen Kompressionslasten des Brennstoffzellenstapels stützt. Ferner sieht die vorliegende Erfindung eine wesentlich größere Konstruktionsflexibilität hinsichtlich der Strömungsfeldoptionen vor. Diesbezüglich sieht die vorliegende Erfindung eine Verbesserung hinsichtlich der gravimetrischen wie auch volumetrischen Leistungsdichten eines gegebenen Brennstoffzellenstapels wie auch erhebliche Material- und Kosteneinsparungen vor.
Die Beschreibung der oben dargelegten Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen, die nicht von der Grundidee der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen sind nicht als Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
Zusammenfassung
Ein Bipolplattenzusammenbau (8) für eine Brennstoffzelle (2) umfasst ein Paar geprägter Platten (100, 200), die miteinander verbunden sind, um ein Kühlmittelvolumen (300) darin zu definieren. Jede des Paares geprägter Platten (100, 200) besitzt ein Strömungsfeld (102, 202), das derart angeordnet ist, um den Kontaktbereich zwischen den Platten (100, 200) zu maximieren, während ermöglicht wird, dass sich Kühlmittel verteilen kann und leicht in dem Kühlmittelvolumen (300) strömen kann. Der Bipolplattenzusammenbau (8) umfasst ferner eine Dichtungsanordnung (26, 28, 30, 32) wie auch einen integrierten Verteiler, um eine Strömung von gasförmigem Reaktand durch die Brennstoffzelle (2) zu führen.

Claims

Bipolplattenzusammenbau für eine Brennstoffzelle, die ein Paar von Platten umfasst, die einen ersten Rand mit einer ersten darin geformten Sammelleitung und einen zweiten Rand mit einer zweiten darin geformten Sammelleitung besitzen, wobei der Bipolplattenzusammenbau umfasst: eine erste Platte des Paares von Platten mit einem ersten Strömungsfeld, das durch eine Vielzahl von Kanälen definiert ist, die an einer ersten Außenseite derselben geformt sind, und einer ersten Kontaktfläche an einer ersten Innenseite derselben; eine zweite Platte des Paares von Platten mit einem zweiten Strömungsfeld, das durch eine Vielzahl von Kanälen definiert ist, die an einer zweiten Außenseite derselben geformt sind, und einer zweiten Kontaktfläche an einer zweiten Innenseite derselben, wobei die zweite Innenseite in einer zueinander weisenden Beziehung bezüglich der ersten Innenseite angeordnet ist; ein drittes Strömungsfeld, das durch direkten Kontakt zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche definiert ist, wobei das dritte Strömungsfeld eine Gruppierung aus diskreten Strömungsunterbrechern benachbart der ersten Sammelleitung und eine Vielzahl paralleler Kanäle umfasst, die zwischen der Gruppierung von Strömungsunterbrechern und der zweiten Sammelleitung angeordnet sind; wobei eine Fluidverbindung von der ersten Sammelleitung durch das dritte Strömungsfeld zu der zweiten Sammelleitung vorgesehen ist.
Bipolplattenzusammenbau nach Anspruch 1, wobei die Gruppierung aus diskreten Strömungsunterbrechern einen ersten Satz von Strömungsunterbrechern benachbart der ersten Sammelleitung und einen zweiten Satz von Strömungsunterbrechern umfasst, die sich schräg in die Vielzahl paralleler Kanäle erstrecken.
Bipolplattenzusammenbau nach Anspruch 2, wobei die Gruppierung diskreter Strömungsunterbrecher ferner einen dritten Satz von Strömungsunterbrechern umfasst, die sich schräg in die Vielzahl paralleler Kanäle in einer Richtung, die dem zweiten Satz von Strömungsunterbrechern entgegengesetzt ist, erstrecken.
Bipolplattenzusammenbau nach Anspruch 1, wobei das dritte Strömungsfeld ferner eine zweite Gruppierung aus diskreten Strömungsunterbrechern umfasst, die zwischen der Vielzahl paralleler Kanäle und der zweiten Sammelleitung angeordnet sind.
Bipolplattenzusammenbau nach Anspruch 4, wobei jede der ersten und zweiten Gruppierungen einen ersten Satz von Strömungsunterbrechern benachbart der ersten bzw. zweiten Sammelleitung und einen zweiten Satz von Strömungsunterbrechern umfasst, die sich schräg in die Vielzahl paralleler Kanäle erstrecken.
Bipolplattenzusammenbau nach Anspruch 5, wobei jede der ersten und zweiten Gruppierungen ferner einen dritten Satz von Strömungsunterbrechern umfasst, die sich schräg in die Vielzahl paralleler Kanäle in einer Richtung erstrecken, die dem zweiten Satz von Strömungsunterbrechern entgegengesetzt ist.
Bipolplattenzusammenbau nach Anspruch 1, ferner mit einer ersten Dichtung, die an der Außenseite der ersten Platte angeordnet ist und damit zusammenwirkt, um einen ersten Fluidverbindungspfad zwischen einer dritten Sammelleitung, die in dem ersten Rand ausgebildet ist, und dem ersten Strömungsfeld und einen zweiten Fluidverbindungspfad zwischen dem ersten Strömungsfeld und einer vierten Sammelleitung vorzusehen, die in dem zweiten Rand ausgebildet ist.
Bipolplattenzusammenbau nach Anspruch 7, ferner mit einer zweiten Dichtung, die an der Außenseite der zweiten Platte angeordnet ist und damit zusammenwirkt, um einen dritten Fluidverbindungspfad zwischen einer fünften Sammelleitung, die in dem ersten Rand ausgebildet ist, und dem zweiten Strömungsfeld und einen vierten Fluidverbindungspfad zwischen dem zweiten Strömungsfeld und einer sechsten Sammelleitung vorzusehen, die in dem zweiten Rand ausgebildet ist.
Separatorplatte für einen Bipolplattenzusammenbau für eine Brennstoffzelle mit einer dünnen Platte, die einen Einlassrand, der ein Paar von Reaktandengaseinlasssammelleitungen und eine Kühlmitteleinlasssammelleitung, die hindurch ausgebildet sind, umfasst, einen Austragsrand, der ein Paar von Reaktandengasaustragssammelleitungen und eine Kühlmittelaustragssammelleitung, die hindurch ausgebildet sind, umfasst, und ein Strömungsfeld aufweist, das an einer Hauptseite der dünnen Platte ausgebildet ist, wobei das Strömungsfeld einen ersten Satz von Strömungskanälen umfasst, wobei jeder des ersten Satzes von Strömungskanälen einen Einlassschenkel mit einem ersten Längsabschnitt in Fluidverbindung mit einer des Paares von Reaktandengaseinlasssammellei tungen und einem ersten Querabschnitt, einen Serpentinenschenkel mit einem ersten Ende in Fluidverbindung mit dem ersten Querabschnitt und einem zweiten Ende und einen Austragsschenkel mit einem zweiten Querabschnitt in Fluidverbindung mit dem zweiten Ende des Serpentinenschenkels und einem zweiten Längsabschnitt in Fluidverbindung mit einer des Paares von Reaktandengasaustragssammelleitungen umfasst, wobei zumindest einer des ersten Querabschnitts des Einlassschenkels benachbart der Kühlmitteleinlasssammelleitung und des zweiten Querabschnitts des Austragsschenkels benachbart der Kühlmittelaustragssammelleitung einen wellenförmigen Strömungskanal definiert.
Separatorplatte nach Anspruch 9, wobei der wellenförmige Strömungskanal in dem ersten Satz von Strömungskanälen in dem ersten Querabschnitt des Einlassschenkels ausgebildet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 9, wobei der wellenförmige Strömungskanal in dem ersten Satz von Strömungskanälen in dem zweiten Querabschnitt des Austragsschenkels ausgebildet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 9, wobei der wellenförmige Strömungskanal zumindest zwei Wellenbiegungen umfasst.
Separatorplatte nach Anspruch 9, wobei das Paar von Reaktandengaseinlasssammelleitungen seitlich an jeder Seite der Kühlmitteleinlasssammelleitung angeordnet ist und das Paar von Reaktandengasaustragssammelleitungen seitlich an jeder Seite der Kühlmittelaustragssammelleitung angeordnet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 9, wobei das Strömungsfeld ferner einen zweiten Satz von Strömungskanälen umfasst, wobei jeder des zweiten Satzes von Strömungskanälen einen Einlassschenkel mit einem ersten Längsabschnitt in Fluidverbindung mit der einen des Paares von Reaktandengaseinlasssammelleitungen und einem ersten Querabschnitt, einen Serpentinenschenkel mit einem ersten Ende in Fluidverbindung mit dem ersten Querabschnitt und einem zweiten Ende, und einen Austragsschenkel mit einem zweiten Querabschnitt in Fluidverbindung mit dem zweiten Ende des Serpentinenschenkels und einem zweiten Längsabschnitt in Fluidverbindung mit der einen des Paares von Reaktandengasaustragssammelleitungen umfasst, wobei zumindest einer des ersten Querabschnittes des Einlassschenkels benachbart der Kühlmitteleinlasssammelleitung und des zweiten Querabschnitts des Austragsschenkels benachbart der Kühlmittelaustragssammelleitung einen wellenförmigen Strömungskanal definiert.
Separatorplatte nach Anspruch 14, wobei der wellenförmige Strömungskanal in dem zweiten Satz von Strömungskanälen in dem ersten Querabschnitt des Einlassschenkels ausgebildet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 14, wobei der wellenförmige Strömungskanal in dem zweiten Satz von Strömungskanälen in dem zweiten Querabschnitt des Austragsschenkels ausgebildet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 14, wobei der wellenförmige Strömungskanal zumindest zwei Wellenbiegungen umfasst.
Separatorplatte nach Anspruch 14, wobei das Paar von Reaktandengaseinlasssammelleitungen seitlich an jeder Seite der Kühlmit teleinlasssammelleitung angeordnet ist und das Paar von Reaktandengasaustragssammelleitungen seitlich an jeder Seite der Kühlmittelaustragssammelleitung angeordnet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 9, wobei jeder des ersten Satzes von Strömungskanälen ferner einen dritten Querabschnitt mit einem ersten Ende in Fluidverbindung mit dem ersten Längsabschnitt, einen zweiten Serpentinenschenkel mit einem ersten Ende in Fluidverbindung mit dem dritten Querabschnitt und einem zweiten Ende und einen vierten Querabschnitt in Fluidverbindung mit dem zweiten Ende des zweiten Serpentinenschenkels und dem zweiten Längsabschnitt umfasst, wobei zumindest einer des dritten Querabschnitts des Einlassschenkels benachbart der Kühlmitteleinlasssammelleitung und des vierten Querabschnittes des Austragsschenkels benachbart der Kühlmittelaustragssammelleitung einen wellenförmigen Strömungskanal definiert.