本発明は、電気化学システム用のセパレータプレート、およびそのような電気化学システムに関する。

セパレータプレートは、例えば、水素および酸素から電気エネルギーが得られる燃料電池システムに用いられ得る。セパレータプレートは、水素および酸素が電位の印加により水から生成される電気分解装置にも用いられ得る。同じく、セパレータプレートは、電位の印加による酸化/還元に起因して膜を通じて水素分子が運ばれ、同時に圧縮される電気化学コンプレッサに用いられ得る。その上、セパレータプレートは、電気化学システムに供給される乾燥ガスが、大抵は電気化学システムの排出ガスである湿性ガスにより加湿される、電気化学システム用の加湿器にも用いられ得る。

通常、電気化学システム用のセパレータプレートは、2つの金属個別プレートを含むプレートのペアを備える。それぞれの場合において、2つのセパレータプレートは、電気化学セル、例えば燃料電池を囲み、この電気化学セルと隣の電気化学セルとを画定する。ここで、電気化学システムでは、多数の、例えば最大200個の電気化学セルのほとんどは、セルがその後それぞれセパレータプレートにより互いに隔てられるように、積層体となるよう直列に積層される。セル自体は通常、MEA(膜電極アセンブリ)とも呼ばれる膜電極アセンブリ/ユニット、およびそれぞれの場合において、例えばMEAの両側の導電性炭素不織布から成るガス拡散層(GDL)から成る。完成した積層体は、クランプシステムを介して2つのエンドプレートの間でまとめて保持され、予め定められた押圧が与えられる。加湿器の場合、セルは、膜だけから成るが、場合によっては、支持媒体、およびGDLと比較され得るが導電性を有している必要はない多孔質構造を備える。

電気化学システムにおいて、電気化学セルを互いに分離することの他に、セパレータプレートはさらなる機能を果たす。一方では、これらは、異なる電気化学セルの電極を電気的に接触させること、およびそれぞれの隣接するセルに電流を導くことであり、他方では、セルに作動媒体を供給すること、反応生成物を除去すること、さらには、電気化学セルを冷却すること、廃熱を前方に運ぶこと、ならびに、2つの異なる作動媒体および冷却剤の区画を互いに、かつ、外側に対してシーリングすることである。

通常、一方ではとりわけ水素またはメタノール用、他方ではとりわけ空気または酸素用および冷却剤用であり、大抵は脱塩水と不凍剤との混合物である作動媒体用の貫通開口が、電気化学セルの供給のために、セパレータプレートの金属個別プレートの両方にそれに応じて形成される。作動媒体および冷却剤は以下、媒体と総称される。その上、分配構造が、2つの金属個別プレートのそれぞれに形成され、2つの個別プレートの両面にチャネルが形成される。作動媒体がセパレータプレートの外側向き表面のそれぞれで送られ、冷却剤は2つの金属個別プレートの間の中間スペース内で送られる。作動媒体がチャネル構造内において導かれる領域は、セパレータプレートの電気化学的活性領域とも称される。分配構造のそれぞれは、貫通開口の少なくとも2つと、具体的には、それぞれの流体の少なくとも1つの入口および少なくとも1つの出口と連通する。金属個別プレートのそれぞれは、電気化学的活性領域または貫通開口のそれぞれの縁から離れたシーリング構造により、異なる媒体領域を互いに、かつ、外側に対してシーリングするよう、少なくとも、セパレータプレートの電気化学的活性領域の周りで、かつ、貫通開口の周りで周囲が閉鎖されるよう、囲まれる。ここで、電気化学的活性領域のシーリングは、電気化学的活性領域を含む区画に対してそれら自体の周囲のシーリング構造によりシーリングされる貫通開口が、この領域の周りで周囲が閉鎖されたシーリング構造内に配置されるよう、実施され得る。

シーリング構造をセパレータ構造の金属個別プレート内に、具体的には、直線に延在するフルビードまたはハーフビードの形式でエンボス加工することが、独国特許出願公開第10158772号明細書において既に提案されている。その時の期待を満たすシーリング結果は、実質的に正方形である基底面を有する、小〜中プレート数の小型のセパレータプレートの場合、同時にクランプ積層体が高くクランプされた状態で、これらの直線に並んだビードにより達成され得た。しかしながら、かなり細長いプレート基底面を有するセパレータプレートまたはより大きなセパレータプレート内で直線に延在するビードだと、シーリング結果は、既にほとんど満足できないものであった。直線に延びる長いビード部分だと、ビードは、隅角点からの距離が長くなるにつれその剛性を失い、関連する領域内で十分な復元力がなくなる。

国際公開第2004/036677号において、少なくとも部分的に非直線の進路を有するフルビードとして設計されたシーリング要素により、これに対処する試みがなされた。これらは、一方では、両側で周期的に交互に厚さが増減するビードであり、他方では、部分的に波状進路全体を有するビードである。ここで、ビード側面の基底幅(波状ビードのそれぞれの中立線に対して右角度で測定される)は、波状部分における側面の進路全体で同一である。結果的に、異なる剛性および弾性を有する異なる内半径および外半径は、特に波のピークおよび波の谷の領域、すなわち頂点に形成される。それぞれの場合において、互いに反対に位置するビード側面に対して互いに反対に変わる、ビード頂部の接触領域における押圧の交互の均一性は、この理由で、両方のビード側面に沿って生じる。ここで、シーリング構造からビード剛性がより低い領域において媒体が流れてしまうリスク、つまり、セパレータプレートの内部に作動媒体が流れてしまうリスク、およびセパレータプレートの外部空間に冷却剤が流れてしまうリスクが存在する。一方、それぞれの媒体は、電気化学システムの動作が失われる。これは、電気化学システムの効率に関して許容できないことである。他方、冷却剤が作動媒体の領域に入り込んでしまうリスク、例えば、そこにある膜を損傷してしまうリスクが存在する。

積層体内に多数のセパレータプレートがあることに起因して、単一のセパレータプレートまたはセパレータプレートの単一の金属個別プレートにおいてその進路に沿ったシーリングビードの剛性および弾性の小さな差が、直列に接続/配置されたシーリングビードの弾性の非常に大きな差につながる。これにより、個々のセパレータプレートでの小さな差は、完成した積層体の密閉性に著しい影響を及ぼす。

従って、本発明の目的は、シーリングに要求されている従来技術のシーリング配置に必要であるよりも著しく多くの構造空間を設けることなく電気化学セルの均一なシーリングを可能にするセパレータプレートを規定することである。セパレータプレートのコストは、従来技術のセパレータプレートのコストと同等のままであるべきである。これにより、製造方法コストおよび材料費がせいぜい微増に過ぎないようであるべきである。シーリングは、ブランチおよび連続部分がないシーリングシステムならびにブランチおよび/または連続部分があるシーリングシステムに適用可能であるべきである。

この目的は、請求項1および18に記載のセパレータプレートならびに請求項22に記載の電気化学システムにより達成される。さらなる発展結果は、従属請求項から確認され得る。

よって、本発明は、一方で、2つの金属個別プレートを備える電気化学システム用のセパレータプレートに関する。金属個別プレートは、作動媒体用および適宜冷却剤用の貫通開口、ならびに金属個別プレートに形成され、かつ、それぞれ貫通開口の少なくとも2つと連通する分配構造をそれぞれ備える。周囲のシーリング構造は、少なくとも、電気化学的活性領域の周囲で、かつ、電気化学的活性領域から離れて、および/または貫通開口の少なくとも1つの周囲で、かつ、これらの貫通開口の縁から離れて、金属個別プレートのそれぞれに形成される。上記シーリング構造の断面は、ビード頂部、2つのビード側面、および少なくとも部分的に2つのビード足部を有する。ここで、画定線は、ビード頂部の両側に形成される。これらの線は、プレート面、この面に対して傾斜したビード側面、に平行に延びるビード頂部を画定し、大部分に存在している移行範囲を含む。ここで、必須であることは、ビード頂部からビード側面への移行部分で上側の内半径および外半径が形成され、かつ、ビード足部に下側の内半径および外半径が形成されるよう、シーリング構造が、少なくともそのビード頂部の領域において、かつ、少なくとも部分的に、凸部分および凹部分を含む少なくとも2つの波周期で波状に続くことである。従来技術とは異なる点は、ビード頂部の幅(W_D)はその波状延在部の領域で一定であるが、2つのビード側面の少なくとも1つの基底幅(W_I、W_A)が変化するということである。これにより、完全なシーリング構造が、その潜在的に存在する直線領域でだけ均一なシーリング性質をするだけでなく、ビード頂部からそれぞれのビード側面への移行部分に少なくとも沿って、ビード頂部の波状進路の領域でも均一なシーリング性質/均一な剛性を有することが確実になる。

波状進路の凸部分および凹部分は、それぞれの場合において、変曲点で互いに合流する。主延在方向は、ビード頂部の波形に重なる。この主延在方向は、ビード頂部の中立線の変曲点の接続線から生じる。よって、凸部分は、1つの変曲点から、つまり、その変曲点でのビード頂部の中立線の接線に対する垂直線から、ビードの主延在方向からより大きく突出した頂点を越えて、次の変曲点に達し、凸部分は、変曲点から、つまり、その変曲点でのビード頂部の中立線の接線に対する垂直線から、ビードの主延在方向からより小さく突出した頂点を越えて、次の変曲点に達する。完全なシーリング構造については、中立線のそれぞれの地点での接線に対するそれぞれの垂直線が常に参照される。

ビード頂部の画定線の振幅はビード足部の進路の線の振幅と異なり得るが、波長は同一である。

上記は、ビード側面の少なくとも1つがビード頂部の波状進路の領域において連続部分を備える有利な実施形態にも当てはまる。上記連続部分は、頂部、2つの側面および2つの足部を有する。これらの連続部分は、連続部分の全高がシーリング構造の全高より低く、これにより、連続部分が実際のシーリング線に影響を及ぼさず、もしくは損なわず、または少しだけ影響したり損なったりするよう設計される。一方で、これらの連続部分は、媒体がシーリング線を横断して通過できるようにする機能を果たし得る。この目的で、連続部分は、両方のシーリング側面に設けられるのが好ましい。しかしながら、1つの側に連続部分を設けることも可能である。これらは、故に作動媒体または冷却剤の流れを最適に導くべく、そこを越えてビード頂部が突出する個別プレートの表面で、分配構造とシーリング構造との間の障壁を形成する。連続部分が媒体を通過させる機能を果たすか、障壁として機能するかに拘らず、これらの連続部分の少なくとも1つがシーリング構造の内部を分配構造の1つまたは作動媒体用もしくは冷却剤用の貫通開口の1つに接続することが好ましい。この他に、連続部分は、専ら支持構造または補剛構造としても機能し得、ここではほとんど、ビード頂部の幅の5倍より短い長さだけを有する。

連続部分の配置は、ここで有利に実施される。これにより、λがビード頂部の波形の周期長であり、nが自然数である場合、ビード側面での少なくとも2つの連続部分の互いまでの距離、好ましくは全ての連続部分の互いまでの距離はn×λ/2である。よって、連続部分は、例えば、ビード頂部が波状進路を有するシーリング構造の断面の各波の谷および/または各波のピークに存在し得る。しかしながら、連続部分は、波状構造の変曲点にも配置され得る。連続部分の数は、それぞれの適用例の目的、および全長、すなわち、ビード頂部の波状領域の波周期の数に関連する。

均一のシーリングについて、ビード側面の少なくとも1つの基底幅(W_A、W_I)が連続的に変化すれば有利である。これは、急激な変化は均一なシーリングを妨げるであろうためである。

既に説明した少なくとも1つのビード側面の基底幅の変化に加え、セパレータプレートのシーリングシステムがビード頂部の波状延在部の領域において側面角の変化も有する場合も、均一なシーリングに有利である。ここで、凹部分に延在するビード頂部とビード側面との間の側面角(α_I)、および凸部分に延在するビード頂部と反対のビード側面との間の側面角(α_A)は、少なくとも部分的に、異なる程度、波状延在部の領域に沿って変化する。

その上、セパレータプレートの製造に関しては、シーリング構造の断面の下側の外半径が上側の外半径と同一であるか、それより大きいと、特に有利である。本発明におけるビードの断面は常に、ビード頂部の中立線に垂直に画定される。

特に、多くのセパレータプレートを有するプレートスタックの均一なシーリングに関しては、セパレータプレートの2つの金属個別プレートのシーリング構造のビード頂部がそれらの接触面に対して互いに鏡面対称な進路を有していると、特に有利である。よって、完全なプレートスタックへのシーリング線の正確な進行は、ビード頂部の幅が十分であると仮定すると、プレートスタックの個々のセパレータプレートの配置がわずかに不正確であっても達成される。鏡面対称は、まず第1にシーリング構造のビード頂部の進路に関連するが、完全なシーリング構造にも関連し得る。これは、ここで意味する連続部分なしの潜在的に存在するシーリング構造である。その上、シーリング構造の高さも、セパレータプレートの金属個別プレートの両方で実質的に同一であり得る。ビードの弾力が個別プレートの両方で同一であることに起因して、特に均一な押圧およびシーリングがこれにより達成される。

セパレータプレートのシーリング構造は、単一の連続部分において波状ビード頂部と共に続くだけでないことが好ましいが、対照的に、最適なシーリングについては、ビードの進路に接続されているが空間的に隔てられた(すなわち、例えばプレートの別の位置に配置された)ビード頂部の複数の部分がそれぞれ波状に延在すると有利である。一般的に、波状延在部の異なる部分は異なる波長および/または振幅を有する可能性があるが、連続するビードの、好ましくはビード頂部の波状進路を有する実に全てのビードの少なくとも全ての頂部が同一の波長および振幅を有すると好ましい。

ここでは、一方で、周囲のシーリング構造においてビード頂部の複数の部分が電気化学的活性領域の周りで周囲が閉鎖される状態で少なくとも2つの波周期で波状に延在すると仮定すると、個別プレートの電気化学的活性領域の互いに反対に位置する側に沿って少なくとも2つの波状部分が延在すると有利である。波状部分は部分的に、電気化学的活性領域の全ての側に沿っても延在し得る。

他方で、周囲のシーリング構造においてビード頂部の複数の部分が少なくとも2つの波周期で金属個別プレートの内縁に沿って、つまり、作動媒体用または冷却剤用の少なくとも1つの貫通開口の縁に沿って波状に延在すると仮定すると、互いに反対に位置する貫通開口の内縁に沿って少なくとも2つの波状部分が延在すると有利であり得る。ここでも、波状ビード頂部を有するビードは基本的に、全ての内縁で部分的に続く可能性がある。

シーリング構造が、巨視的にみなされたときに、すなわち、その主延在方向に関して、直線進路または15mmより大きい半径の弱円弧進路を有するシーリング構造のそれらの部分にビード頂部の波状部分が延在すると、基本的に有利である。

ビード頂部の幅は、少なくともビード頂部の波状進路の一部分において、0.2〜2 mmであり、0.9 〜1.2 mmが好ましい。一般的に、ビード頂部の幅は、さらなる直線進路または円弧状進路における上述の領域に同じく位置する。

ビード頂部の波状進路を有するビード部分では、少なくとも1つのビード側面の基底幅が変化する他に、それぞれのビード側面の側面角も変化する。ビード頂部の凸部分に着目した場合には、隣接する側面角は、中立線の変曲点の接線に垂直な断面を始点として、ビード頂部の中立線の凸部分の頂点の接線に垂直な断面まで増加した後、中立線の次の変曲点の接線に垂直な断面まで再び減少する。それに応じて、凹部分の側面角は、中立線の変曲点の接線に垂直な断面を始点として、まずビード頂部の中立線の凹部分の頂点の接線に垂直な断面まで故に最低でも増加し、次に、中立線の次の変曲点の接線に垂直な断面まで再び増加する。有利なことに、この変化は、連続的に続く。基本的に、凹部分の側面角が凸部分の側面角より小さいと有利である。凹部分の側面角は一般的に15°〜60°であり、25°〜50°が好ましいが、凸部分の側面角は一般的に20°〜65°であり、30°〜55°が好ましい。ここで、これらの領域は、それぞれの場合で、上述の区域を含むように、または含まないように画定される。この理由で、本発明による解決策は、側面角がビードの進路全体で変化しないままである従来技術とは著しく異なる。

ここで、変曲点と頂点との間の凹部分における側面角の変化は、変曲点での値に対して最大50%、好ましくは最大40%の減少に対応し、変曲点と頂点との間の凸部分における側面角の変化は、変曲点での値に対して最大120%、好ましくは最大100%、特に好ましくは最大70%の増加に対応する。

ビード頂部が波状に続くその部分の1つに沿ったビードの基底幅は、1つのビード側面でだけ変化し得るが、一実施形態において、両方のビード側面で変化し得る。基底幅が1つのビード側面でだけ変化する場合には、この側面での変化は、変化が凸部分において生じる場合、つまり減少の場合、隣接する変曲点の1つの接線に垂直な断面での基底幅に対して少なくとも5%、好ましくは少なくとも25%であり、変化が凹部分において生じる場合、つまり増加の場合、変化は、隣接する変曲点の1つの接線に垂直な断面での基底幅に対して少なくとも5%、好ましくは少なくとも20%である。

両方のビード側面の基底幅が変化する場合には、変化は、隣接する変曲点の1つの接線に垂直な断面での基底幅に対して5〜70%、好ましくは30〜55%である。

本発明によるセパレータプレートの有利な実施形態において、ビード足部からビード足部までのシーリング構造の全幅は、ビード頂部の波状延在部の領域において一定である。これにより、従って、2つのビード側面の基底幅は、常に補完的に変化する。特に有利な実施形態において、シーリング構造は、全体として、ビード頂部の波状延在部の領域において線形に続く。ここで、シーリング構造用の空間設備は特に小さい。

他方で、本発明は、作動媒体用および適宜冷却剤用の貫通開口、ならびに金属個別プレートに形成され、かつ、それぞれ貫通開口の少なくとも2つと連通する分配構造をそれぞれ備える2つの金属個別プレートを備える電気化学システム用のセパレータプレートに関する。ここで、周囲のシーリング構造は、少なくとも、電気化学的活性領域の周囲で、かつ、電気化学的活性領域から離れて、および/または貫通開口の少なくとも1つの周囲で、かつ、その縁から離れて、金属個別プレートのそれぞれに形成される。上記シーリング構造の断面は、ビード頂部、2つのビード側面、および少なくとも部分的に2つのビード足部を有する。ここでも、シーリング構造は、少なくともそのビード頂部の領域において、少なくとも部分的に、凸部分および凹部分を含む少なくとも2つの波周期で波状に延在する。ここでも、上側の内半径および外半径はビード頂部からビード側面への移行部分に形成され、下側の内半径および外半径はビード足部に形成される。本発明の本実施形態は、ビード足部に隣接する少なくとも1つの側で、ビード頂部が波状に延在する領域に少なくとも沿って、溶接接続部がセパレータプレートの2つの金属個別プレートの間に部分的に設けられることを特徴とする。溶接接続部は、それぞれの場合において、波状進路の凸領域に隣接する領域で、好ましくは下側の外半径と実質的に同心円状に延在する。ここで、ビード足部への距離は、ビード頂部の幅の最大で2倍、とりわけ最大で1倍に対応するのが好ましい。ここで、さらなる対策がないと、曲がりやすいという理由で分かれてしまいがちである、ビード足部に隣接する平坦部分は、互いに接続され、故に、完全なセパレータプレートは構造の剛性がより高くなる。他方で、溶接は正確に、構造の剛性が高められる領域で実施されるが、ビード足部に沿った十分な構造の剛性またはスチフネスを有する領域は、溶接接続部がないままである。

本発明の本実施形態においても、ビード側面の1つは、ビード頂部の波状進路の領域において、頂部、2つの側面および2つの足部を有する連続部分を備え得る。これらの連続部分は、連続部分の全高がシーリング構造の全高より低くなるよう設計される。連続部分に関して前に記載されたことは、ここでも同程度当てはまる。

既に記載されたとおり、溶接接続部は部分的に延在するに過ぎない。ここで、それぞれの場合における溶接接続部の延在は、ビード頂部の波状進路の波長の少なくとも1/9であると好ましい。さらに、溶接接続部の延在が最大限、波状進路の凸領域全体に、故にビード頂部の中立線の互いに隣接する変曲点の垂直線の間に延在していると好ましい。

本発明の全ての実施形態において、個別プレートのシーリング構造が一定の高さを有し、除外されるのが潜在的に存在する連続部分だけであると有利である。一定の高さを有するシーリング構造を全ての個別プレートが備えていると特に好ましい。

本発明によるセパレータプレートの上記実施形態の全てについて、シーリング構造が少なくともビード頂部の領域において微小なシーリング用のコーティングを備えていると有利である。ここでのコーティングは、セパレータプレートの外側に位置するよう、例えば、少なくとも1つの、しかしながら好ましくは両方の個別プレート上でビード頂部に溶着させられる。ここでの結合剤としてのコーティングは、FPM(フッ素ゴム)、シリコーンゴムまたはNBR(ニトリルブタジエンゴム)、PUR(ポリウレタン)、NR(天然ゴム)、FFKM(パーフロロエラストマー化合物)、SBR(スチレンブタジエンゴム)、BR(ブチルゴム)、FVSQ(フルオロシリコーン)、CSM(クロロスルホン化ポリエチレン)、シリコン樹脂および/もしくはエポキシ樹脂または上述の物質の混合物を有利に含む。コーティングは、コンタクト接着剤または硬化接着剤であってもよい。これは例えば、好ましくはいわゆる粘着性付与剤であるゴムおよび接着性樹脂の混合物から成るか、合成樹脂および天然樹脂が接着性樹脂とみなされ得る場合は弱硬化ゴムから成る永久粘着接着剤であってもよい。ここで、天然ゴムおよび合成ゴム、ポリアクリラート、ポリエステル、ポリクロロプレン、ポリビニルエーテルおよび/またはポリウレタンおよび/またはフルオロポリマーゴムが、例えばロジン樹脂および/または人工樹脂(例えばポリエステル樹脂、フェノール樹脂)ならびに軟化剤および/または酸化防止剤、とりわけ改質天然樹脂などの樹脂が付加され得る基材ポリマーとして用いられ得る。典型的には、全ての上記物質のコーティング厚は、5〜200マイクロメートルである。

セパレータプレートの金属層は鋼、とりわけステンレス鋼から成るのが好ましく、導電性コーティングが電気化学的活性領域に存在し得る。代替的実施形態において、アルミニウム、チタニウム、例えばクロム、ステンレス鋼、ニオブ、タンタルまたはクロムニッケル合金でコーティングされたローラーコーティング済み低合金鋼が、材料として用いられ得る。一般的なシートメタル厚は、50〜200マイクロメートル、好ましくは60〜150マイクロメートルである。

一般的に、セパレータプレートに関して、異なる媒体が両面に導かれる双極プレートと、同一の媒体が単極プレートの両面に導かれる単極プレートとを区別し得る。ここで、わずかに異なる単極プレートが大抵、異なる両方の媒体のために用いられる。これらの差はとりわけ、シーリングビード上の連続部分の存在に関係し得る。シーリング構造の進路、および故に対照的にシーリング構造の部分的に波状の設計は、全てのプレートにおいてほとんど同一または鏡面対称である。これらの差が明確な言及により強調されていない限り、本説明の実施形態は、両方の種類のプレートに適用される。冷却剤は、それぞれのプレートの2つの個別プレートの中間スペースに導かれるのが好ましい。これは両方の種類のプレートの場合である。

本発明によるセパレータプレートは、電気化学システムにおいて有利に用いられる。そのような電気化学システムは、2つのエンドプレート、ならびにそれぞれの場合において本発明によるセパレータプレートにより互いに隔てられた多数の電気化学セルを備える。完全なシステムは、ここで好ましくはボルトまたはストラップなどのクランプ手段によりまとめて保持され、ここでシーリング用に最適なクランプ力が提供される。その設計が積層体のセパレータプレートの設計とは異なる移行プレートは、エンドプレートと、積層体の最も外側のセルとの間に設けられ得る。大抵、多層にも設計され得るそのような1つの移行プレートは、エンドプレートごとに存在する。

電気化学システムに関して、これは、燃料電池システム、電気分解装置、電気化学コンプレッサシステム、または燃料電池システム用の加湿システムであるのが好ましい。

本発明は、以下、図面によりさらに詳細に説明される。これらの図面は、本発明の好ましい実施形態例の説明のみのものであり、本発明はこれに限定されない。図面において、同一の部分には同一の参照数字が付される。全ての例は燃料電池システムに関するが、説明は、上述の電気化学システムの他のタイプにも同程度当てはまる。独立請求項に記載される本発明の必須の特徴の他に、図面は、異なる構成においても有利であろう任意のさらなる発展結果も含む。本発明のこれらの有利なおよび/または任意のさらなる発展結果の各々は、例にも示される任意および/または有利なさらなる発展結果の1つ、複数または全てを1つに統合しなくても、それ自体で、独立請求項に記載の本発明のさらなる発展結果になり得る。図面は下記を概略的に示す。

電気化学システムの概略図である。

隣接する2つのセパレータプレートを備える電気化学セルの分解図である。

そのようなセルの部分断面図である。

そのようなセパレータプレートの平面図である。

セパレータプレートのシーリングシステムの断面図である。

3枚の副図面のうちの、従来技術によるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細図である。

3枚の副図面のうちの、従来技術によるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細図である。

3枚の副図面のうちの、従来技術によるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

それぞれ5枚の副図面のうちの、本発明による3つの異なるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の図である。

本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の平面図である。

シーリングシステムを貫通する貫通部を有する、本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の斜視図である。

シーリングシステムを貫通する貫通部を有する、本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の平面図である。

シーリングシステムに隣接する画定要素を有する、本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の平面図である。

シーリングシステムに隣接する画定要素を有する、本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の平面図である。

シーリングシステムに隣接する画定要素を有する、本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の平面図である。

本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の斜視図である。

本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の平面図である。

本発明によるさらなるセパレータプレートのシーリングシステムの詳細の平面図である。

図1は、交互に積層された多数のセル46およびセパレータプレート2ならびに積層体を画定する2つのエンドプレート11、11'を備える電気化学システム1を示す。観察者に面したエンドプレートは、反応媒体および冷却剤の供給および排出を行う6つのブランチ12〜17を備える。12は空気供給ブランチ、17は酸欠空気排出ブランチ、13は水素供給ブランチ、16は未使用水素排出ブランチ、15は冷却剤供給ブランチ、14は加熱された冷却材排出ブランチを示す。よって、6つの媒体の流れを区別し得る。Aは高酸素の、つまり未処理の空気、Dは酸欠空気、Bは水素、Cは未使用水素、Eは冷えた冷却剤、Fは加熱された冷却材を示す。

図2−aは、電気化学システム1のセル46を示す。ここでは、セル46を画定する2つのセパレータプレート2および2' を備える燃料電池システム1である。この図は実質的に、図1に示される座標系のz方向である。図2−aの電気化学システム1は、還元剤、具体的には水素が、プレート面に垂直なポートを介して積層体を通じてではなく、上部の角に位置する2つのポート23、23'を介して導かれる程度において、図1のものとは異なる。積層体方向前方への未使用水素ガスの伝導は、低部の角に位置する2つのポート26、26'を介して実施される。2つの横ポート24、25は、プレートの面に垂直な方向への積層体を通じた冷却剤を導入する機能を果たす。上部ポート27は、積層体を通じて高酸素空気を導入する機能を、下部ポート22は、積層体を通じて酸素欠乏低品位空気を導入する機能を果たす。最上部に位置するセパレータプレート2の層2aは、複数のビードから成るシーリング構造を備える。電気化学的活性領域29の周囲にあり、かつ部分的に外縁19に沿った周囲にあるビード32は、電気化学的活性領域29またはこの領域を取り囲む区画ならびにプレート全体の、外側に対するシーリングを行う。その上、ポート22〜27の各々は、それぞれのポートを囲むセパレートビード31、31'を備える。反応媒体用のポート23、23、23'、26、26'、27ならびにそれらを囲むビード31がビード32に囲まれる領域内に位置することが強調されるべきである。その上、観察者に面したセパレータプレート2の表面は、ここでは分配または空気用のチャネル構造28を備え、電気化学的活性表面29を同時に形成する。よって、ビード32は、周囲に、かつ離れて電気化学的活性表面29を囲む。距離は進路内で変わる。ポート27からチャネル構造28への空気の供給およびチャネル構造28からポート22への酸欠空気の排出は、図2−cによりさらに詳細に説明される。

図2−bは、2つのセパレータプレート2、2'、2つのセパレータプレート2、2'の間に配置された電気化学セル46、具体的には燃料電池、およびセパレータプレート2の他方側に配置された隣の電気化学セルの要素にかけての断面を示す。示された要素に関するこの断面は、図2−aの断面B−Bに対応するが、異なる要素の距離は、スペースを節約する表現に関して適合させられている。よって、見えている表面は、図1のy−z平面に位置する。ここではより良く理解できるよう、電気化学セル46が各々の場合において両側で実際の高分子電解質膜(PEM)上の触媒層42、42'を保持していること、およびこの層が電極になり、離れて示されていることは、断面図から明らかである。これらの要素は共に、いわゆる膜電極ユニット(MEA)を示す。それぞれの場合において例えば導電性グラファイト線不織布から成るガス拡散層(GDL)44、44'がそれぞれの場合においてMEAの両側に配置される。

チャネル構造28は、セパレータプレート2の2つの層2a、2b内に形成され、層の両側で媒体の分配に用られる。ここで、チャネル構造28は、電気化学的活性領域29を形成する。第1媒体M1、具体的には空気は、層2aの上側で分配される。冷却剤Kは、この層2aの下側、すなわち、2つの層2aおよび2bの間の空洞に分配される。第2媒体M2は、層2bの下側に分配される。電気化学システムの双極構造の場合、第2媒体M2は、水素である。この場合、M3は再び空気であり、M4は再び水素である。電気化学システムの単極構造では、第2媒体M2は再び空気である。対照的に、単極構造では、第2セパレータプレート2'の両外表面上のチャネルは、ここでは第3媒体M3および第4媒体M4を示す水素の分配を行う。双極構造の場合、積層体の全てのセパレータプレートは同一であり、単極構造の場合、適宜、2つの異なるセパレータプレートの変形物が、積層体に沿って互い違いになる。

ビード31が貫通開口23を囲み、故に水素ポートを密閉することも、図2−bの断面から明らかである。対照的に、示された断面の電気化学的活性領域の周囲を密閉するビード31は、一度だけ切断されるよう、ここで示される断面において、実質的にセパレータプレート2の層2aの外縁19に沿って延びている。ビード31、32の高さは、互いに実質的に同一であるが、チャネル構造28の高さよりも著しく高いことも、この断面図から明らかである。

図2−cは、図2−aにおいて観察者の最も近くに位置するセパレータプレート2の層2aを平面図で示し、故に再び、図1のz方向の眺めに対応する。ここでは、ビード31、31'および32の設計がさらに詳細に扱われる。ビード31'は、ポート開口25の周囲を囲むとともに、ここでは、ビード自体の波状構造を無視すると、ポート開口25の縁に対して、短い、実質的に一定の距離がある。ビード31は、同等に、ポート開口26'を囲むが、必ず、波状構造なしで実質的に環状の進路を有する。ここでも、ポートの縁までの距離は実質的に一定である。ビード32は、セパレータプレート2の層2aの外縁19に沿って延び、外縁19と離れており、ここでは、ポート22、23、23'、26、26'、27をシーリングするビード31と共に、ビード32が密閉する電気化学的活性領域20だけでなく、ポート22、23、23'、26、26'、27も取り囲む。示される例において、ビード32は、ビード頂部が波状進路を有する複数の部分35を備える。これらの部分35が、それ自体に着目すると、巨視的には直線進路を有する。ビード32がビード頂部の波状進路を有する部分35が各々の場合においてシーリングシステムの細長い直線部分に配置される一方、楕円形に囲まれた領域Sなどのビード32の比較的大きく曲がった領域は、それぞれの部分においてビード32の全体的な延在方向に対応するビード頂部の形を有し、故に、周期的な波状進路を有さないことは明らかである。

空気がポート27から出て連続部分33に沿ってビード31を通って流れ、それ故に、空気に含まれる酸素がMEAを通って入る陽子と反応する電気化学的活性領域29に到達することも、図2−cから認識され得る。空気は、そのようにして酸素が欠乏し、この反応の結果として高含水量を有し、次に、連続部分33へとさらに下流に流れ、再度ビード31を通過し、ポート22を介してエンドプレートに導かれる。ここで、連続部分は、シーリングが損なわれないよう、ビード31の側面に形成される。

図3は基本的に、以下で適用される、セパレータプレートのシーリングシステムにおける寸法比および角度の詳細を示す。ここで、図3の断面は、例えば図2−cの断面C−Cに対応し、故に、図1のy−z平面に平行な平面に位置する。シーリングシステムのビード3の全幅はW_Tで示され、ビード頂部39の幅はW_Dで示される。内基底幅W_Iおよび外基底幅W_Aはそれぞれ、着目される対称なビード断面において同一である。これにより、単純化のために、異なる用語であるW_I、W_Aの代わりに、Wという用語が用いられる。これは、類似的にαと単純化して示される内側面角α_Iおよび外側面角α_Aに同様に当てはまる。セパレータプレート2の個別の層2a、2bのビードの高さは、Hで示される。図3はさらに、ビード3の断面の異なる部分を右から左に示す。第1ビード足部37に続くのはビード側面38であり、ビード頂部39はさらなる先の曲点に接続する。ビード頂部の他方側には、さらに先のビード側面38'がさらに先の曲部に続き、その後が第2ビード足部37である。ビード足部は、ビード頂部から離れ、かつ、層の進路の接線がセパレータプレート2の中央平面に平行に延びるビード足部側のビード側面に隣接する境界点として画定される。電気化学的活性領域29の周りのシーリング要素32としての、または内縁のシーリング要素31、31'としてのその機能とは無関係にビードが着目される場合には、ビードは、ここで、および以下で、3で示される。

図3はさらに、どのように、セパレータプレート2の2つの層2a、2bが実質的に鏡面対称に設計されているか、および、ビード3の外側の領域で、より正確にはビード足部37、37' を始点として互いに表面が(広範囲に)接触することに関して示す。チャネル構造の図示は省略されているので、ここでは、図2−bにおける説明が参照される。

図1〜3に関する実施形態は、従来技術のセパレータプレートおよび本発明によるセパレータプレートに適用される。

ビード頂部39が一定の幅W_D、具体的には1.6mmの幅で、波長λの少なくとも2つの波周期で波状に延在する従来技術のビード3の断面の波状進路が、セパレータプレート2の個別の層2aの詳細により、3枚の図4−a、図4−b、および図4−cに示される。ここで、図4−cの断面図は、図4−bに示される3本の断面線AD−AD、BD−BD、CD−CDの全てに等しく対応する。2つのビード側面38、38'は、進路全体で、各々の場合において0.7mmという一定の基底幅Wを有する。よって、ビード3の全幅W_Tは3mmである。ビード側面38、38'の基底幅はビードの進路全体で変わらず、ビード頂部39の両側のビード側面38、38'の基底幅は同じく同一であるので、結果的に、ビードは均一の側面角αを有する。よって、従来技術のセパレータプレート2では、側面角αを、外側の角度、つまり、凸部分における側面角α_A、および内側の角度、つまり、凹部分における側面角α_Iと区別することは不可能である。それぞれの場合において、角度αは35°である。その上、図4−bは、それぞれのビード足部の振幅、およびビード頂部とそれに隣接するビード側面との間の2つの移行曲線の振幅が同一であることを明白にしている。

図4−bはさらに、各々の場合において2本の破線、つまり、各々の場合においてビード頂部39の中立線の接線に対する垂直線を表す断面線CD−CDの間に延在する凸領域および凹領域を示す。これらの他に、上側の内半径r_IOおよび下側の内半径r_IUならびに上側の外半径r_AOおよび下側の外半径r_AUも、二点鎖線により示される仮想円から導出される。ビードの平均を上回る剛性が凹領域に与えられ、故に内半径が存在する一方、これは外半径が存在する凸領域での平均未満である。これは、ビード部分が互いに面していることに起因する、凹領域の内部での支持の結果である。低ビード剛性の領域はgで示され、高ビード剛性の領域はhで示される。この不均一に分配されたビード剛性に起因して漏れが起こり得る。なぜなら、媒体が、低ビード剛性の部分を通って流れ得、これらの媒体が入るべきではない領域に染み込み得るからである。本発明は、これについての是正措置を設ける。

図4−a、図4−b、および図4−cに示されるビード3の同等の描写が図5−a、図5−b、図5−c、図5−d、および図5−eに示されるが、ここでは、本発明によるセパレータプレート2の第1の実施形態が示される。従来技術の上述の例ではビード頂部39の中立線の接線に垂直な断面はビード頂部39の波状進路の全ての点で同一である一方、ここでは、当該断面は互いに著しく異なる。この理由で、図5−a、図5−b、図5−c、図5−d、および図5−eは3つの断面図を含む。図5−cは、変曲点での断面、すなわち、図5−bの断面AE−AEおよび断面DE−DEを示す。よって、図5−cは、図4−cに対応する。図5−dは波のピークでの断面BE−BEを示し、図5−eは図5−bのビードの波の谷での断面CE−CEを示す。ビード頂部39の幅W_Dは、ビード頂部39の波状進路全体で一定であり、従来技術の上述の例のように1.6mmである。上述の例のようなビード3の凸部分と凹部分とを画定する変曲点は、破線により表される。つまり、2本の断面線AE−AEおよびDE−DE上に位置する。線Tは、ビード3の主延在方向を示し、ビード頂部の中立線の変曲点の接続線から生じている。そのビード側面38、38'が図5−bで各々の場合においてハッチングにより描写される凸領域では、それぞれのビード側面38、38'の基底幅W_Aは、変曲点を始点として頂点まで減少し、頂点から次の変曲点まで再び増加するよう、減少する。基底幅は、変曲点で0.85 mmであり、頂点では対照的にわずか0.65 mmである。対照的に、凹領域では、それぞれのビード側面38、38'の幅W_Iは基底幅0.85 mmで一定で続く。よって、ビードの全幅W_Tは、3.1mmと3.3mmとが交互になる。ここでのビード足部の振幅は、ビード頂部とビード側面との間の移行線の振幅より幾分長く、その比はほぼ1.25:1である。

それに応じて、凹領域の側面角α_Iはそれぞれの凹領域で一定であり、変曲点での角度αとして35°である。対照的に、変曲点を始点とする凸領域の側面角α_Aは、頂点で35°から60°に増加し、その後再び、次の変曲点までで35°に減少する。この領域のビード側面は、従来技術で低ビード剛性を有し(図4−bにおける表示gを参照のこと)、ビードが全体としてその波状進路で一定の剛性を有するよう、急な側面角により剛化される。

ここで、基準W_Aおよびα_Aはそれぞれ凸部分に関連し、基準W_Iおよびα_Iはそれぞれ凹部分に関連し、故に、各変曲点で1つのビード側面から反対のビード側面に変わることに留意されたい。

再び5枚の図6−a、図6−b、図6−c、図6−d、および図6−eは、ビード3の詳細により、本発明によるセパレータプレート2の第2実施形態を示す。再び、図6−cにおいて示される変曲点での断面は、ここでのビード3が対称に形成されているように見えるので、図4−cの断面に実質的に対応する。しかしながら、図6−bは、変曲点間の凹領域のビード側面38、38'がそれぞれ広げられ、これにより、ビード3がここでも全体として非対称な進路を有していることを示している。

図6−a、図6−b、図6−c、図6−d、および図6−eによる実施形態のビード3は、ビード頂部39が幾分より狭く設計され、具体的には1.2mmの幅W_Dだけを有するという点で、図5−a、図5−b、図5−c、図5−d、および図5−eによる実施形態のビード3とは基本的に異なる。ビード側面の基底幅Wは、転換点で0.6 mmである。ビードの外側面W_Aは、変曲点から変曲点へこの基底幅で延在する。対照的に、変曲点を始点とする内側面の基底幅W_Iは、次の変曲点までのその進路内で0.6 mmに再び減少するよう、波の谷で0.6 mmから0.8 mmに広がる。本実施形態におけるビード3の全幅W_Tは2.4mm〜2.6mmの間で変化する。

それに応じて、外側面の側面角α_Aは、一定であり、ここでは34°である。対照的に、内側面の側面角α_Iは、再び34°に増加するよう、凹部分の進路において変曲点から変曲点までで波の谷で34°から26°まで減少する。この理由で、ビード剛性は、その平均を上回るビード剛性に起因して図4−bにおいてhにより描写される領域で減少し、故に、漏れが防止されるよう、ビード3の波状進路上のビード側面38、38'の両方で均一化される。ビード側面38、38'の基底幅が変化するこの領域は、図6−bにおいてハッチングにより描写される。

まとめると、ビード足部の振幅は、ビード頂部39とビード側面38、38との間の移行線の振幅のほぼわずか3分の2であることが強調されるべきである。

図7−a、図7−b、図7−c、図7−d、および図7−eは、凸部分ではビード側面の基底幅W_Aが減少してから再び増加し、凹部分ではビード側面の基底幅W_Iが増加してから再び減少する、本発明の実施形態を示す。従って、基底幅が変化する領域のハッチングは省略されている。前述の実施形態例の両方でのように、Tは、図示部においてビードの主延在方向を示す。よって、凸部分の側面角α_Aは、頂点までの増加を経て、この後減少し、対照的に、凹部分の側面角α_Iは、減少を経た後、頂点の後で増加する。よって、図7−a、図7−b、図7−c、図7−d、および図7−eによる実施形態例は、図5−a、図5−b、図5−c、図5−d、および図5−eおよび図6−a、図6−b、図6−c、図6−d、および図6−eの実施形態例では互いに別個に適用された両方の手法を統一して、ビード頂部の波状進路のビード厚を均一化している。それにより、特に効果的であり故に有利なビード厚の均一化が達成される。

具体的には、ビード頂部の幅W_Dが1.2 mmである一方、主延在線Tより先の頂点でのビード側面は最小で0.6mmの幅W_Aを有し、その後で、次の変曲点までで1mmの幅Wに増加し、主延在線Tのより近くに位置する頂点までで最大で1.4mmの幅W_Iにさらに増加する。変曲点での側面角αは21°であり、従って、側面角αは、前述の実施形態例におけるよりも浅い。側面角α_Aは、主延在線Tとは遠い頂点に向かって42°まで増加し、側面角α_Iは、主延在線Tのより近くに位置する頂点に向かって16°まで減少する。

ビード3の全幅W_Tが、ビード頂部39が波状に延びる部分全体で一定であり、それにより、図7−a、図7−b、図7−c、図7−d、および図7−eによる実施形態の空間要件は特に低く、これにより、本実施形態が特に有利であることは、特に注目すべきである。ビード3の全幅W_Tは、ここでは3.2mmである。

図8は、ここでそれ自体で、かつ、示された断面においてそのビード頂部が波状に延びるビード3の部分の平面図により、本発明によるセパレータプレート2のさらなる実施形態を示す。図7−a、図7−b、図7−c、図7−d、および図7−eの実施形態例のように、凸部分の側面角は拡大し、凹部分の側面角は減少する。それに応じて、頂点での、故に、波のピークおよび谷での基底幅は、変曲点の基底幅と比較して拡大している。図7−a、図7−b、図7−c、図7−d、および図7−eの実施形態例のように、ビード3の全幅W_Tは、示された断面において、ビード頂部39の波状進路と共に一定に延びる。ビード足部が図7−a、図7−b、図7−c、図7−d、および図7−eの実施形態例において直線で延びる一方、ここでは、ビード足部は、ビード頂部の画定線の振幅のほぼ0.45倍である、著しく減少した振幅で延びる。

図9−aおよび図9−bは、本発明によるセパレータプレート2のビード3の部分を示す。図2−a、図2−b、および図2−cにおいて既に説明されたとおり、上記ビードは、ビード側面38、38'の両方で連続部分33を有する。ここで、ビード側面38、38'の両方での連続部分が、距離λ/2で周期的に、具体的には、各々の場合において、ビード頂部39の波状進路の変曲点の領域に配置されていることは明らかである。連続部分33は、観察者から離れたセパレータプレート2の層2aの当該表面であり、具体的には2つの層2aおよび2bの間である、ビード3のシーリング障壁を通じて、媒体の導入を行う。連続部分がそれぞれ、図9−bにおいて縦方向に延在する2つの足部、ならびに2つの側面および頂部から成ることは、図9−aおよび図9−bから明らかである。連続部分の足部は、ビード足部と同一平面に位置するものの、しかしながら、連続部分だけがビードの押圧挙動にわずかに影響を及ぼすよう、連続部分の全高はビード3の高さより低くなっている。ビード足部37、37'は、連続部分の領域においてさえぎられる。連続部分33は、最上部に位置する層2aにだけ形成される。本実施形態のビードは、その残りの設計に関して、とりわけ、ビード頂部39の波状進路、ならびに隣接する変曲点に対する、凸領域での基底幅W_Aの減少および側面角α_Aの増加に関して、図5−a、図5−b、図5−c、図5−d、および図5−eによる実施形態のものに対応する。

図10−aは、本発明によるセパレータプレート2のビード3の断面を示す。上記セパレータプレートは、波長λだけ互いに離れた2つの連続部分33を、図の底部に位置するビード側面38にだけ有する。ここでの連続部分は、図示されないが図示部の下で接続するチャネル構造と、シーリング構造との間の障壁として機能する。これらの連続部分は、電気化学的活性領域の外側の媒体が、図2−bに示されるガス拡散層44および44'を通過して流れないように、故に、電気化学的活性電極42および42'による利用ができないようにする。これは、燃焼ガスの利用において受け入れ難い損失につながり、故に、電気化学セルの効率の著しい減少につながるであろう。

図10−bは、本発明によるセパレータプレートのビード3の断面を示す。これは、(ビード足部37がある)1つのビード側面38だけが変化する一方、この場合には連続部分の反対に位置する側面38'が一定であり、故に、ビード足部37'がビード頂部39に対して平行に延びる実施形態である。図10−bに示される、凹領域での側面角の増加は、可能性の1つに過ぎない。(図10−cに示される)さらなる実施形態において、側面角は、変曲点(αおよびα_A=21°)から凹領域における頂点(α_I=32°)まで増加する。それぞれの実施形態の利点は、連続部分33をビード側面38に組み込むことにより、ビード特性を幾何学的な変化に適合させるという目論見から生じる。

説明された、側面角の単一の側での変化は、連続部分33がビード側面に組み込まれた領域だけに限定されないが、セパレータプレート2、2'上の波状ビード領域の他のあらゆる領域に、類似する形で適用され得る。ここで、活性領域に面したビード側面または外側を向いたビード側面のいずれも適合され得、これは、ビード特性に対する局所的な必要性に従い、セパレータプレートの異なる領域において、個別に変更もされ得る。

本発明によるセパレータプレート2のさらなる実施形態が、斜視図および平面図により図11−aおよび図11−bに示される。ここでは、図9−aを除いて、前の斜視図とは対照的に、セパレータプレート2の層2a、2bの両方が示される。ここで、ビード側面は、一定の基底幅で延び、ここで、実質的にその半径と共にセパレータプレート2の2つの層2a、2bのビード足部37、37'のものと同心円状に延びる溶接接続部60、60'が、ビード押圧を均一化するために、凸領域に部分的に設けられる。ここで、溶接接続部60、60'の延在は、凸領域の延在に正確に、すなわち、第1変曲点を通る、ビード頂部39の中立線の接線に対する垂直線から、第1変曲点に隣接する第2変曲点を通る、ビード頂部39の中立線の接線に対する垂直線まで、対応する。ここで、溶接接続部は、ビードの両側に設けられるよう、全ての図示される凸領域に設けられる。

図12は、図11−aおよび図11−bの実施形態の変形例を示す。この実施形態では、図11−aおよび図11−bの実施形態と比較して、溶接シームの延在だけが減少している。ここでは、それは波長λのほぼ20%である。