DE102004003670B4

DE102004003670B4 - Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen

Info

Publication number: DE102004003670B4
Application number: DE102004003670A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Niehues; Gerhard Dr. Filip
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2004-01-24
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2024-01-25
Also published as: DE102004003670A1

Abstract

Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls (2) zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen (3), wobei das Verteilermodul (2) jeweilige zum Anschluss der Brennstoffzellenmodule (3) vorgesehene Anschlussstellen (5) mit zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der Brennstoffzellenmodule (3) erforderlichen Medien vorgesehene Versorgungsanschlüsse (11, 12, 13, 14, 15, 16) und mit den Versorgungsanschlüssen (11, 12, 13, 14, 15, 16) verbundene Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) enthält, wobei das Verteilermodul (2) als Gussteil ausgebildet ist, in welchem die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) in Form von gegossenen Kanälen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilermodul (2) eine sich in einer Längsrichtung erstreckende Form aufweist, wobei die die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle in Längsrichtung des Verteilermoduls (2) verlaufen und die Brennstoffzellenmodule (3) seitlich am Verteilermodul (2) angebracht sind, und dass einer oder mehrere der die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle einen sich im...

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
Aus der WO 99/60644 ist eine Brennstoffzellenanordnung bekannt, bei der mehrere Brennstoffzellenmodule, die jeweils eine Anzahl von in Form eines Stapels oder Stacks angeordneten Brennstoffzellen umfassen, mittels eines Verteilermoduls zusammengeschaltet sind. Das Verteilermodul enthält jeweilige Anschlussstellen, die zum Anschluss der Brennstoffzellenmodule vorgesehen sind und zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der in den Brennstoffzellenmodulen enthaltenen Brennstoffzellen erforderlichen Medien vorgesehene Versorgungsanschlüsse enthalten, sowie mit diesen Versorgungsanschlüssen verbundene Versorgungsleitungen.
Damit bei Anwendungen, bei denen höhere elektrische Leistungen erforderlich sind, wie in Schiffen und bei Bahnen, die erforderlichen Leistungen, insbesondere 0,5 bis 30 MW oder auch mehr, dargestellt werden können, besteht eine Möglichkeit darin, übliche Brennstoffzellenmodule kleinerer Leistung, insbesondere 1 kW bis 300 kW oder auch mehr, zu koppeln und zentral zu versorgen. Die dazu erforderliche Verrohrung der einzelnen Module zum Zuführen und Abführen der für das Betreiben der in den Brennstoffzellenmodulen enthaltenen Brennstoffzellen erforderlichen Medien, d.h. Brenngas, Oxidationsgas, Produktgas, Kühlflüssigkeit, wird dabei aufwendig, teuer und wenig wartungsfreundlich. Weiterhin ist wegen der Lauflänge zwischen der Versorgung und den Brennstoffzellenmodulen mit Auskondensation und mit Druckverlusten zu rechnen.
Aus der EP 1 263 075 A2 ist eine Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen bekannt. Das Verteilermodul enthält zum Anschluss der Brennstoffzellenmodule vorgesehene Anschlussstellen mit zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der Brennstoffzellenmodule erforderlichen Medien vorgesehene Versorgungsanschlüsse und mit den Versorgungsanschlüssen verbundene Versorgungsleitungen.
Aus der WO 03/090300 A2 geht ein Verteilermodul zur Versorgung einer Anzahl von Brennstoffzellen als bekannt hervor, das gegossene Kanäle enthält.
Die DE 100 49 801 A1 zeigt eine aus mehreren Stapeln bestehende Brennstoffzellenvorrichtung, die einen gemeinsamen Verteilermodul für die Zu- und Abführung der notwendigen Medien besitzen. Dabei ist ein Abgaskanal vorgesehen, der die Möglichkeit zum Abführen von Wasser beinhaltet.
Bei einem Verteilermodul für mehrere Brennstoffzellenmodule nach der WO 00/63997 A1 sind neben Zu- und Abführungskanälen für die Medien auch Kühlmittelkanäle vorgesehen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Brennstoffzellenanordnung der vorausgesetzten Art mit einem verbesserten Vertei lermodul zu schaffen. Insbesondere sollen der Aufwand für Herstellung und Montage vermindert und die Betriebsbedingungen für die Brennstoffzellenmodule verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennstoffzellenanordnung nach dem Anspruch 1 oder 2 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung sind in den Ansprüchen 3 bis 21 angegeben.
Durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 wird eine Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen geschaffen, wobei das Verteilermodul jeweilige zum Anschluss der Brennstoffzellenmodule vorgesehene Anschlussstellen mit zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der Brennstoffzellenmodule erforderlichen Medien vorgesehene Versorgungsanschlüsse und mit den Versorgungsanschlüssen verbundene Versorgungsleitungen enthält, und wobei das Verteilermodul als Gussteil ausgebildet ist, in welchem die Versorgungsleitungen in Form von gegossenen Kanälen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß hat das Verteilermodul eine sich in einer Längsrichtung erstreckende Form, wobei die die Versorgungsleitungen bildenden Kanäle in Längsrichtung des Verteilermoduls verlaufen und die Brennstoffzellenmodule seitlich am Verteilermodul angebracht sind. Ferner ist es vorgesehen, dass einer oder mehrere der die Versorgungsleitungen bildenden Kanäle einen sich im Sinne des Erreichens eines konstanten Drucks in dem Kanal über die Länge des Verteilermoduls verändernden Querschnitt aufweisen. Der Vorteil hiervon ist es, dass der Versorgungsdruck für alle an das Verteilermodul angeschlossenen Brennstoffzellenmodule im wesentlichen gleich ist.
Durch die Erfindung gemäß Anspruch 2 wird eine Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen geschaffen, wobei das Verteilermodul jeweilige zum Anschluss der Brennstoffzellenmodule vorgesehene Anschlussstellen mit zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der Brennstoffzellenmodule erforderlichen Medien vorgesehene Versorgungsanschlüsse und mit den Versorgungsanschlüssen verbundene Versorgungsleitungen enthält, und wobei das Verteilermodul als Gussteil ausgebildet ist, in welchem die Versorgungsleitungen in Form von gegossenen Kanälen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß hat das Verteilermodul eine sich in einer Längsrichtung erstreckende Form, wobei die die Versorgungsleitungen bildenden Kanäle in Längsrichtung des Verteilermoduls verlaufen und die Brennstoffzellenmodule seitlich am Verteilermodul angebracht sind. Ferner besitzen die die Versorgungsleitungen bildenden Kanäle mindestens jeweils einen Kühlwasservorlaufkanal und einen Kühlwasserrücklaufkanal zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlwasser zu bzw. von den Brennstoffzellenmodulen und die Kanäle für Brenngas und/oder Oxidationsgas sind den Kühlwasserkanälen benachbart verlaufend angeordnet. Der besondere Vorteil hiervon ist es, dass die Temperatur in den Kanälen für Brenngas und/oder Oxidationsgas nicht unter die Kondensationstemperatur des befeuchteten Brenn- oder Oxidationsgases abfällt.
Die Brennstoffzellenmodule können in einer Reihe an einer Seite des Verteilermoduls angebracht sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Brennstoffzellenmodule in zwei Reihen an zwei Seiten des Verteilermoduls angebracht.
Vorzugsweise sind dabei die Brennstoffzellenmodule an zwei entgegengesetzten Seiten des Verteilermoduls angebracht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die die Versorgungsleitungen bildenden Kanäle mindestens einen Brenngaszuführungskanal zur Zuführung von Brenngas zu den Brennstoffzellenmodulen, mindestens einen Oxidationsgaszuführungskanal zur Zuführung von Oxidationsgas oder Luft zu den Brennstoffzellenmodulen und mindestens einen Abgaskanal zum Abführen von Abgas oder Produktgas von den Brennstoffzellenmodulen.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die die Versorgungsleitungen bildenden Kanäle mindestens einen Brenngasrückführungskanal zum Rückführen von nicht umgesetztem Brenngas von den Brennstoffzellenmodulen enthalten.
In den Kanälen für Brenngas, Oxidationsgas und/oder Abgas können Verengungen, Rippen oder Blenden zur Verwirbelung der Gase vorgesehen sein. Der Vorteil hiervon ist es, dass durch die Verwirbelung eine gleichmäßige Temperatur über den Querschnitt und damit gleichmäßige Betriebsbedingungen für alle Brennstoffzellenmodule erreichbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwischen dem Kühlwasservorlaufkanal und dem Kühlwasserrücklaufkanal eine Wärmeisolierung vorgesehen ist. Eine solche Wärmeisolierung hilft einen thermischen Kurzschluss zwischen Kühlwasservorlauf und Kühlwasserrücklauf in dem Verteilermodul zu vermeiden und damit die Leistungsfähigkeit des Kühlsystems zu gewährleisten.
Die Wärmeisolierung kann vorzugsweise durch gegossene Hohlräume gebildet sein.
Weiterhin können im Verteilermodul Stromschienen oder zur Durchführung von Stromschienen dienende Kanäle oder Hohlräume für den elektrischen Anschluss der Brennstoffzellenmodule vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein weiterer Kühlwasserkanal zum Führen von sehr kaltem Kühlwasser dem Abgaskanal benachbart verlaufend angeordnet ist. Dieser Kühlwasserkanal, der bei einem Schiff beispielsweise mit kaltem Seewasser aus einem Primärkühlkreislauf versorgt werden kann, unterstützt die Kondensation von Produktwasser aus dem Abgas, so dass ein nachgeschalteter apparativer Aufwand zur Wasserrückgewinnung verringert oder vermieden werden kann.
Hierbei kann der Abgaskanal tief liegende oder teilweise abgetrennte Teile zum Abführen von aus dem Abgas auskondensierendem Produktwasser enthalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mehrere Verteilermodule mit jeweils daran angeschlossenen Brennstoffzellenmodulen hintereinander geschaltet angeordnet sind.
Vorzugsweise hat jedes Verteilermodul eigene Zu- und Abführungen für die in den Versorgungsleitungen geführten Gase und/oder Flüssigkeiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anschlussstellen Einrastvorrichtungen aufweisen, an denen die Brennstoffzellenmodule auf einfache Weise anbringbar und lösbar sind.
Zweckmäßigerweise sind im Bereich der Anschlussstellen Verschlussvorrichtungen vorgesehen, die beim Ausbau eines Brennstoffzellenmoduls die zugehörigen Versorgungsanschlüsse vorzugsweise selbsttätig verschließen.
Vorzugsweise ist das Verteilermodul aus Metall, Kunststoff oder Keramik hergestellt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Brennstoffzellenanordnung sowie eines Verteilermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung, bei der mehrere Brennstoffzellenmodule mittels eines Verteilermoduls zusammengeschaltet sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Draufsicht auf die in Figur dargestellte Brennstoffzellenanordnung;
3 einen Längsschnitt durch das in den 1 und 2 dargestellte Verteilermodul in der Seitenansicht;
4 einen Querschnitt durch Verteilermodul und Brennstoffzellenmodule des in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels; und
5 einen Querschnitt durch ein Verteilermodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In den 1 und 2 ist eine Brennstoffzellenanordnung 1 dargestellt, bei der mehrere Brennstoffzellenmodule 3, die jeweils eine Anzahl von in Form eines Stapels oder Stacks angeordneten Brennstoffzellen enthalten, mittels eines Verteilermoduls 2 zusammengeschaltet sind. Dabei ist jedes Brennstoffzellenmodul 3 an einer jeweiligen Anschlussstelle 5 an das Verteilermodul 2 angeschlossen.
Wie die 3 zeigt, in welcher das Verteilermodul 2 im Längsschnitt dargestellt ist, hat dieses eine sich in einer Längsrichtung ausgestreckte Form, wobei mehrere Kanäle in Längsrichtung des Verteilermoduls 2 verlaufen, welche Versorgungsleitungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der in den Brennstoffzellenmodulen 3 enthaltenen Brennstoffzellen erforderlichen Medien bilden.
Wie aus 4 ersichtlich ist, die einen Querschnitt durch die Brennstoffzellenanordnung 1 entlang der Linie B-B in 2 zeigt, sind die Brennstoffzellenmodule 3 seitlich an zwei entgegengesetzten Seiten des Verteilermoduls 2 angebracht und an den Anschlussstellen 5 mit den die Versorgungsleitungen bildenden Kanälen verbunden.
Die die Versorgungsleitungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 bildenden Kanäle umfassen bei dem in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Brenngaszuführungskanäle 21 zur Zuführung von Brenngas, beispielsweise Wasserstoff, zu den Brenn stoffzellenmodulen 3 über jeweilige an den Anschlussstellen 5 vorgesehene Versorgungsanschlüsse 11, sowie einen Oxidationsgaszuführungskanal 22 zur Zuführung von Oxidationsgas, beispielsweise Luft, zu den Brennstoffzellenmodulen 3 über jeweilige in den Anschlussstellen 5 vorgesehene Versorgungsanschlüsse 12. Zum Abführen des in den Brennstoffzellenmodulen 3 anfallenden Abgases oder Produktgases ist ein Abgaskanal 23 vorgesehen, der über jeweilige in den Anschlussstellen 5 enthaltene Versorgungsanschlüsse 13 mit den Brennstoffzellenmodulen 3 verbunden ist. Zum Rückführen von in den Brennstoffzellen der Brennstoffzellenmodule 3 nicht umgesetztem Brenngas sind zwei Brenngasrückführungskanäle 24 vorgesehen, die über ebenfalls an den Anschlussstellen 5 vorgesehene Versorgungsanschlüsse 14 mit den Brennstoffzellenmodulen 3 verbunden sind.
Weiterhin umfassen die die Versorgungsleitungen bildenden Kanäle jeweils einen Kühlwasservorlaufkanal 25 und einen Kühlwasserrücklaufkanal 26 zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlwasser zu bzw. von den Brennstoffzellenmodulen 3, die an jeweiligen in den Anschlussstellen 5 enthaltenen Versorgungsanschlüssen 15, 16 mit den Brennstoffzellenmodulen 3 verbunden sind. Die Brenngaszuführungskanäle 21 und der Oxidationsgaszuführungskanal 22 sind dem Kühlwasserrücklaufkanal 26 benachbart verlaufen angeordnet, so dass die darin strömenden Gase auf einer Temperatur gehalten werden können, die höher als die Kondensationstemperatur der mit Wasserdampf befeuchteten Brenn- bzw. Oxidationsgase ist.
Weiterhin sind in dem Verteilermodul 2 Stromschienen oder Hohlräume 28 zur Durchführung von Stromschienen vorgesehen, welche dem elektrischen Anschluss der in den Brennstoffzellenmodulen 3 enthaltenen Brennstoffzellen dienen.
Ein weiterer Kühlwasserkanal 27, der dem Abgaskanal 23 benachbart verlaufend angeordnet ist, ist zum Führen von sehr kaltem Kühlwasser, beispielsweise von kaltem Seewasser aus einem Primärkühlkreis eines Seeschiffs, vorgesehen. Hierdurch wird der Abgaskanal 23 und damit das durch diesen strömende Produktgas soweit gekühlt, dass das in dem Abgas enthaltene Produktwasser weitestgehend auskondensiert wird und dadurch auf einen zusätzlichen nachgeschalteten apparativen Aufwand zur Wasserrückgewinnung verzichtet werden kann.
Das Verteilermodul 2 ist als Gussteil ausgebildet, welches aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Mischformen gegossen sein kann, in welchem die Versorgungsleitungen 21, 22, 23, 24, 25, 26, sowie der zusätzliche Kühlwasserkanal 27 in Form von gegossenen Kanälen vorgesehen sind. Einer oder mehrere der die Versorgungsleitungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 bildenden Kanäle, gegebenenfalls auch der zusätzliche Kühlwasserkanal 27, kann mit einem sich über die Länge des Verteilermoduls 2 verändernden Querschnitt ausgebildet sein, um insbesondere einen konstanten Druck in dem Kanal zu erreichen oder um in anderer Weise die Strömung der in den Kanälen fließenden Medien zu beeinflussen. Insbesondere für die das Brenngas und das Oxidationsgas sowie das Abgas bzw. Produktgas führenden Kanäle sind ein konstanter Druck und damit für alle Brennstoffzellenmodule 3 gleiche Druck- und damit Betriebsverhältnisse sehr vorteilhaft.
Weiterhin können in den Kanälen 21, 22, 23, 24 für Brenngas, Oxidationsgas und/oder Abgas Verengungen, Rippen oder Blenden vorgesehen sein, die einer Verwirbelung der Gase und damit gleichmäßigen Temperatur- und Konzentrationsverhältnissen der in den Kanälen geführte Gase dienlich sind.
Wie die 1 bis 3 erkennen lassen, kann die Brennstoffzellenanordnung 1 so aufgebaut sein, dass mehrere Verteilermodule 2 mit jeweils daran angeschlossenen Brennstoffzellenmodulen 3 hintereinander geschaltet angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an einem Verteilermodul 2 an zwei einander entgegengesetzten Seiten zwei Brennstoffzellenmodule 3 angeschaltet. Es können jedoch auch mehrere Brennstoffzellenmodule 3 an einer oder an zwei entgegengesetzten Seiten eines einzigen Verteilermoduls 2 vorgesehen sein. Jedes Verteilermodul 2 kann eigene Zu- und Abführungen für die in den Versorgungsleitungen 21, 22, 23, 24, 25, 26 und in den zusätzlichen Kühlwasserkanal 27 geführten Gase und/oder Flüssigkeiten aufweisen.
Die Anschlussstellen 5 können mit, in den Figuren nicht eigens dargestellten, Einrastvorrichtungen versehen sein, an denen die Brennstoffzellenmodule 3 auf einfache Weise anbringbar und lösbar sind.
Im Bereich der Einraststellen können mit Ventilen in Verbindung stehende elektrische Kontakte oder Steckvorrichtungen angebracht sein, die es ermöglichen, die Versorgungskanäle entweder von Hand oder selbsttätig zu verschließen, so dass der Betrieb der anderen Module nicht notwendigerweise unterbrochen werden muss, wenn ein Modul ausgetauscht wird. Diese Ventile können auch in einem separat davor montierten "standardisierten" Anschlussblock enthalten sein.
Wenn automatisch schließende Ventile vorhanden sind, so kann die Verriegelung so vorgesehen sein, dass die Ventile beim Abziehen des Steuer- und Kontrollkabels selbsttätig schließen und den Modul freigeben.
Auf jeden Fall sollen Vorrichtungen vorhanden sein, die ein Verschließen der Versorgungskanäle ermöglichen, wenn ein Modul ausgebaut ist, damit die anderen weiter betrieben oder wieder in Betrieb genommen werden können.
In 5 ist in größerer Detailliertheit ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Verteilermoduls 2 dargestellt, welches in seinem grundsätzlichen Aufbau dem in 4 gezeigten entspricht. Die in Längsrichtung des Verteilermoduls 2 verlaufenden Kanäle umfassen zwei Brenngaszuführungskanäle 21 zur Zuführung von Brenngas, insbesondere Wasserstoff, zu den Brennstoffzellenmodulen 3, welche im oberen Bereich des Verteilermoduls 2 vorgesehen sind und in Versorgungsanschlüssen 11 münden. Darunter und den Brenngaszuführungskanälen 21 benachbart ist ein Oxidationsgaszuführungskanal 22 zur Zuführung von Oxidationsgas, insbesondere Luft, zu den Brennstoffzellenmodulen 3 angeordnet, welcher in Versorgungsanschlüssen 11 mündet.
Wiederum dem Oxidationsgaszuführungskanal 22 benachbart ist ein Kühlwasserrücklaufkanal 26 vorgesehen, der in Versorgungsanschlüssen 16 mündet. Ein Kühlwasservorlaufkanal 25 ist von dem Kühlwasserrücklaufkanal 26 durch eine Wärmeisolierung 29 thermisch getrennt, die durch Hohlräume gebildet ist, welche in das Verteilermodul 2 eingegossen sind. Ein Abgaskanal 23 zum Abführen des Abgases bzw. Produktgases aus den Brennstoffzellen der Brennstoffzellenmodule 3 ist an Versorgungsanschlüssen 13 an letztere angeschlossen, ist dem Kühlwasservorlaufkanal 25 benachbart angeordnet und enthält teilweise abgegrenzte und tiefer liegende Teile 23a zum Abführen von aus dem Abgas auskondensierenden Produktwasser.
Unter dem Abgaskanal 23, 23a ist unmittelbar benachbart ein zusätzlicher Kühlwasserkanal 27 vorgesehen, welche in der be reits genannten Weise von sehr kaltem Kühlwasser durchströmt wird. Durch das in dem Kühlwasserkanal 27 strömende sehr kalte Kühlwasser wird die beim Auskondensieren des Produktwassers in dem Abgaskanal 23, 23a anfallende Kondensationswärme abgeführt. Die abgeteilten Kanäle 23a, in denen das Produktwasser auskondensieren soll, liegen tiefer als die Versorgungsanschlüsse 13, um einen Wasserrückschluss und damit eine Verstopfung zu vermeiden, und sie sind so abschüssig ausgebildet, dass ein zuverlässiger Ablauf des Kondenswassers gewährleistet ist.
Schließlich sind Stromschienen bzw. zum Durchführen von Stromschienen vorgesehene Hohlräume oder Kanäle 28 in Längsrichtung in dem Verteilermodul 2 vorgesehen.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind mehrer Brennstoffzellenmodule 3 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Verteilermoduls 2 vorgesehen, die Brennstoffzellenmodule 3 können jedoch auch an nur einer Seite des Verteilermoduls 2 vorgesehen sein oder sie können auch in anderer Weise an dem Verteilermodul 2 vorgesehen sein.

1: Brennstoffzellenanordnung
2: Verteilermodul
3: Brennstoffzellenmodul
5: Anschlussstelle
11: Versorgungsanschluss
12: Versorgungsanschluss
13: Versorgungsanschluss
14: Versorgungsanschluss
15: Versorgungsanschluss
16: Versorgungsanschluss
21: Brenngaszuführungskanal
22: Oxidationsgaszuführungskanal
23: Abgaskanal
23a: Produktwasserkanal
24: Brenngasrückführungskanal
25: Kühlwasservorlaufkanal
26: Kühlwasserrücklaufkanal
27: Kühlwasserkanal (sehr kalt)
28: Stromschiene/Stromschienenkanal
29: Wärmeisolierung

Claims

Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls (2) zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen (3), wobei das Verteilermodul (2) jeweilige zum Anschluss der Brennstoffzellenmodule (3) vorgesehene Anschlussstellen (5) mit zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der Brennstoffzellenmodule (3) erforderlichen Medien vorgesehene Versorgungsanschlüsse (11, 12, 13, 14, 15, 16) und mit den Versorgungsanschlüssen (11, 12, 13, 14, 15, 16) verbundene Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) enthält, wobei das Verteilermodul (2) als Gussteil ausgebildet ist, in welchem die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) in Form von gegossenen Kanälen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilermodul (2) eine sich in einer Längsrichtung erstreckende Form aufweist, wobei die die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle in Längsrichtung des Verteilermoduls (2) verlaufen und die Brennstoffzellenmodule (3) seitlich am Verteilermodul (2) angebracht sind, und dass einer oder mehrere der die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle einen sich im Sinne des Erreichens eines konstanten Drucks in dem Kanal über die Länge des Verteilermoduls (2) verändernden Querschnitt aufweist.
Brennstoffzellenanordnung mit mehreren mittels eines Verteilermoduls (2) zusammengeschalteten Brennstoffzellenmodulen (3), wobei das Verteilermodul (2) jeweilige zum Anschluss der Brennstoffzellenmodule (3) vorgesehene Anschlussstellen (5) mit zum Zu- und Abführen der für das Betreiben der Brennstoffzellenmodule (3) erforderlichen Medien vorgesehene Versorgungsanschlüsse (11, 12, 13, 14, 15, 16) und mit den Versorgungsanschlüssen (11, 12, 13, 14, 15, 16) verbundene Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) enthält, wobei das Verteilermodul (2) als Gussteil ausgebildet ist, in welchem die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) in Form von gegossenen Kanälen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilermodul (2) eine sich in einer Längsrichtung erstreckende Form aufweist, wobei die die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle in Längsrichtung des Verteilermoduls (2) verlaufen und die Brennstoffzellenmodule (3) seitlich am Verteilermodul (2) angebracht sind, dass die die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle mindestens jeweils einen Kühlwasservorlaufkanal (25) und einen Kühlwasserrücklaufkanal (26) zum Zuführen bzw. Abführen von Kühlwasser zu bzw. von den Brennstoffzellenmodulen (3) enthalten, und dass die Kanäle (21, 22, 23, 24) für Brenngas und/oder Oxidationsgas und/oder Abgas den Kühlwasserkanälen (25, 26) benachbart verlaufend angeordnet sind.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenmodule (3) in einer Reihe an einer Seite des Verteilermoduls (2) angebracht sind.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenmodule (3) in zwei Reihen an zwei Seiten des Verteilermoduls (2) angebracht sind.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenmodule (3) an zwei entgegengesetzten Seiten des Verteilermoduls (2) angebracht sind.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle mindestens einen Brenngaszuführungskanal (21) zur Zuführung von Brenngas zu den Brennstoffzellenmodulen (3), mindestens einen Oxidationsgaszuführungskanal (22) zur Zuführung von Oxidationsgas oder Luft zu den Brennstoffzellenmodulen (3) und mindestens einen Abgaskanal (23) zum Abführen von Abgas oder Produktgas von den Brennstoffzellenmodulen (3) enthalten.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26) bildenden Kanäle mindestens einen Brenngasrückführungskanal (24) zum Rückführen von nicht umgesetzten Brenngas von den Brennstoffzellenmodulen (3) enthalten.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanälen (21, 22, 23, 24) für Brenngas, Oxidationsgas und/oder Abgas Verengungen, Rippen oder Blenden zur Verwirbelung der Gase vorgesehen sind.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlwasservorlaufkanal (25) und dem Kühlwasserrücklaufkanal (26) eine Wärmeisolierung (29) vorgesehen ist.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung (29) durch gegossene Hohlräume gebildet ist.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin im Verteilermodul (2) Stromschienen oder zur Durchführung von Stromschienen dienende Kanäle oder Hohlräume (28) für den elektrischen Anschluss der Brennstoffzellenmodule (3) vorgesehen sind.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Kühlwasserkanal (27) zum Führen von kaltem, zur Kondensation von Produktwasser aus dem Abgas dienendem Kühlwasser dem Abgaskanal (23) benachbart verlaufend angeordnet ist.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (23) tief liegende Teile (23a) zum Abführen von aus dem Abgas auskondensierendem Produktwasser enthält.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verteilermodule (2) mit jeweils daran angeschlossenen Brennstoffzellenmodulen (3) hintereinander geschaltet angeordnet sind.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verteilermodul (2) eigene Zu- und Abführungen für die in den Versorgungsleitungen (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27) geführten Gase oder Flüssigkeiten aufweist.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstellen (5) Einrastvorrichtungen aufweisen, an denen die Brennstoffzellenmodule (3) auf einfache Weise anbringbar und lösbar sind.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsanschlüsse (11, 12, 13, 14, 15, 16) im Bereich der Anschlussstellen (5) durch Verschlussvorrichtungen verschließbar sind.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtungen in einem separaten, zwischen Verteilermodul (2) und Brennstoffzellenmodul (3) angeordneten Anschlussblock angeordnet sind.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtungen beim Ausbau eines Brennstoffzellenmoduls (3) jeweils die zugehörigen Versorgungsanschlüsse (11, 12, 13, 14, 15, 16) selbsttätig verschließen.
Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische oder elektrische Betätigungseinrichtungen für die Verschlussvorrichtungen mit den Einrastvorrichtungen gekoppelt sind.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilermodul (2) aus Metall und/oder Kunststoff und/oder Keramik hergestellt ist.