View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

62 4 Auswertung der Messergebnisse
Mäander- und Kanal-Füßchen-Struktur bei niedriger Last nahezu gleich groß ist, lässt allerdings
darauf schließen, dass die unterversorgten Gebiete keine gravierenden Diffusionsüberspannungen
hervorrufen.
Auslass
unterversorgtes
Gebiet
Einlass
Bild 4.1: Visualisierung der Strömung in der Kanal-Füßchen-Struktur
Bei der Visualisierung der Strömung in der Mäander-Struktur (Bild 4.2) zeigt sich eine sehr
homogene Verteilung der Reaktanden. Auffällig ist, dass in den äußeren Kanälen die Strömungsgeschwindigkeit
um rund 3 % höher ist als in den mittleren Kanälen. Dies liegt darin begründet,
dass die Druckverluste für die in den äußeren Kanälen vorkommenden 180° Strömungsumlenkungen
geringer sind als für zwei hintereinander angeordnete 90° Umlenkungen,
wie sie bei den mittleren Kanälen vorliegen. Der Einfluss der Fertigungstoleranzen von
± 0,03 mm zwischen den einzelnen Kanälen auf die Strömungsgeschwindigkeit wird mit maximal
5 % abgeschätzt.
Auslass
äußere
Kanäle
Umlenkung:
2 x 90°
Einlass
Umlenkung:
180°
Bild 4.2: Visualisierung der Strömung in der Mäander-Struktur
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Kanal-Füßchen-Struktur im Vergleich zu der
Mäander-Struktur einen geringeren Strömungsdruckverlust aufweist, aber auch einen um 11 %
geringeren Flächennutzungsgrad besitzt. Ferner ist bei Zellen mit einer Kanal-Füßchen-Struktur
bei geringen Stromdichten keine stabile Betriebsführung möglich. Bei hohen Stromdichten
weisen die Zellen größere Diffusionsüberspannungen als Zellen mit Mäanderstruktur auf. Die
Mäander-Struktur zeichnet sich durch eine homogene Verteilung der Reaktanden über der
aktiven Fläche bei einem ebenfalls geringen Druckverlust aus. Im Hinblick auf einen späteren
Massenfertigungsprozess zeigen Bipolarplatten mit Mäander-Struktur weitere Vorteile, da sie im
Gegensatz zu solchen mit Kanal-Füßchen-Struktur in einem Spritzgießprozess gefertigt werden
können.