DE102004026123B4

DE102004026123B4 - Fluidführendes Rohr, Strömungsübertragungskomponente Verteiler und Brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE102004026123B4
Application number: DE102004026123A
Authority: DE
Inventors: Stephen Raiser
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: General Motors LLC
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2024-05-29
Also published as: US7332239B2; DE102004026123A1; US20040253497A1

Abstract

Fluidführendes Rohr mit einer Strömungsübertragungskomponente, wobei:
das fluidführende Rohr einen elektrisch leitenden Strömungsdurchgang umfasst; und
die Strömungsübertragungskomponente umfasst:
einen ersten Einlass bzw. Auslass, wobei der erste Einlass bzw. Auslass in Fluidverbindung mit dem fluidführenden Rohr steht;
einen zweiten Einlass bzw. Auslass, wobei der zweite Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt, und
einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt, der einen verengten Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall definiert, wobei:
zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass positioniert ist,
zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts sich in das fluidführende Rohr erstreckt, und
der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt eine Strömungspfadlänge definiert, die ausreichend ist, so dass über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellensysteme und insbesondere eine Komponente zur Übertragung von Kühlmittelströmung wie auch einen Brennstoffzellenverteiler für flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellenstapel, von denen jeder einen Durchflussabschnitt mit elektrischem Widerstand besitzt.
Standardsicherheitsanforderungen für Elektrofahrzeuge erfordern von Konstrukteuren und Ingenieuren von Fahrzeugen, die flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellenstapel verwenden, bestimmte Weiterentwicklungen. Obwohl eine gewisse hohe Impedanz zulässig ist, beispielsweise 500 Ohm/V (FMVSS-Standard), müssen flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellenstapel von dem Kühlmittelkreislauf größtenteils elektrisch isoliert werden. Wenn Elektrofahrzeuge mit oder ohne Brennstoffzellen entweder mit einem zu niedrigen Isolationswiderstand konstruiert werden oder wenn die Probleme in Verbindung mit der elektrischen Isolierung ignoriert werden, kann dies zu gefährlichen Situationen oder zu einem Komponentenschaden führen, da Fehlerströme durch hohe Isolierungswiderstände nicht begrenzt werden können.
Bisher wurde die elektrische Isolierung des Kühlmittelkreislaufs erreicht, indem nicht leitende oder dielektrische Flüssigkeiten in dem Kühlmittelkreislauf verwendet wurden. Jedoch weisen derartige nicht leitende Kühlmittel (beispielsweise deionisiertes Wasser, Öl) bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften (beispielsweise Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Viskosität, Umweltbeschränkungen sowie Gefrieren) im Vergleich zu kombinierten, auf Wasser wie auch Frostschutzmittel basierenden Kühlmitteln (beispielsweise Wasser-Glykol) erhebliche Nachteile auf. Diese Nachteile können die Systemleistungsdichte, die Kühlergröße, das Kühlergebläse und/oder die Kühlmittelpumpenleistung nachteilig beeinflussen. Demgemäß soll die vorliegende Erfindung Verbesserungen hinsichtlich flüssigkeitsgekühlter Brennstoffzellensystemkonstruktionen bereitstellen.
Die DE 26 31 132 C2 offenbart ein fluidführendes Rohr mit einer Strömungsübertragungskomponente, wobei das fluidführende Rohr einen elektrisch leitenden Strömungsdurchgang umfasst, und wobei die Strömungsübertragungskomponente einen ersten und einen zweiten Einlass bzw. Auslass umfasst, wobei der erste Einlass bzw. Auslass in Fluidverbindung mit dem fluidführenden Rohr steht und der zweite Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt. Die Strömungsübertragungskomponente umfasst weiterhin einen mit einem elektrischen Widerstand behafteten Strömungsabschnitt, wobei zumindest ein Segment des Strömungsabschnitts zwischen dem ersten und dem zweiten Einlass bzw. Auslass positioniert ist und wobei sich ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts in das fluidführende Rohr erstreckt. Das fluidführende Rohr weist rohrförmige dielektrische Wandteile mit einem hohen Länge:Durchmesser-Verhältnis auf, um eine Strecke mit einer hohen Impedanz zu schaffen.
Die DE 100 40 792 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem mit einem Kühlmedium-Verteilungsraum und einem Kühlmedium-Sammelraum zur Kühlung des Systems durch fluide Kühlmedien, wobei das Brennstoffzellensystem zur Isolierung bestimmter Module Strömungsabschnitte mit einem hohen elektrischen Widerstand aufweist, die den Einsatz nicht dielektrischer Kühlmedien ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung löst die oben erwähnte Aufgabe dadurch, dass eine Strömungsübertragungskomponente und ein Brennstoffzellenverteiler vorgesehen werden, von denen jeder einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt umfasst. Obwohl die Erfindung nicht auf spezifische Vorteile oder auf eine spezifische Funktionalität beschränkt ist, sei angemerkt, dass die Strömungsübertragungskomponente gut dazu geeignet ist, die existierenden Sicherheitsstandards für Elektrofahrzeuge zu erfüllen, ohne auf die Verwendung nicht leitender Kühlmittel zurückgreifen zu müssen. Die Strömungsübertragungskomponente kann sowohl in ein fluidführendes Rohr als auch einen Brennstoffzellenstapel eingebaut werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung in eine ursprüngliche Verteilerkonstruktion eingebaut werden, wodurch ein Brennstoffzellenstapel vorgesehen wird, der ein inhärent sicheres und isoliertes System darstellt, da ein Fehlerstrom durch den Isolationswiderstand selbst auf sichere Werte beschränkt wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein fluidführendes Rohr vorgesehen, das eine Strömungsübertragungskomponente enthält, wobei das fluidführende Rohr einen elektrisch leitenden Strömungsdurchgang umfasst. Die Strömungsübertragungskomponente umfasst einen ersten Einlass bzw. Auslass, einen zweiten Einlass bzw. Auslass und einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt. Der erste Einlass bzw. Auslass steht in Fluidverbindung mit dem fluidführenden Rohr, und der zweite Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts positioniert, und zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts erstreckt sich in das fluidführende Rohr. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, so dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiertes Volumen ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellenstapel vorgesehen, der zumindest eine Strömungsübertragungskomponente umfasst, wobei der Brennstoffzellenstapel zumindest einen Brennstoffzellendurchlass umfasst. Die Strömungsübertragungskomponente umfasst einen ersten Einlass bzw. Auslass, einen zweiten Einlass bzw. Auslass und einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt. Der erste Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, dass er ein fluidführendes Rohr ergänzt, und der zweite Einlass bzw. Auslass steht in Fluidverbindung mit dem Brennstoffzellen durchlass. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts positioniert, und zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts erstreckt sich über den Brennstoffzellendurchlass in den Brennstoffzellenstapel. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, so dass über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsübertragungskomponente vorgesehen, die einen ersten Einlass bzw. Auslass, einen zweiten Einlass bzw. Auslass wie auch einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt umfasst. Der erste Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, dass er ein fluidführendes Rohr ergänzt, und der zweite Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts positioniert, und zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts ist so ausgebildet, dass es sich in ein komplementäres fluidführendes Rohr erstreckt. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, so dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiertes Volumen ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsübertragungskomponente vorgesehen, die einen ersten Einlass bzw. Auslass, einen zweiten Einlass bzw. Auslass wie auch einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt umfasst. Der erste Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, dass er ein fluidführendes Rohr ergänzt und der zweite Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts positioniert, und zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts ist so ausgebildet, dass es sich in einen komplementären Brennstoffzellendurchlass erstreckt. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt definiert eine Strömungspfadlänge die ausreichend ist, so dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiertes Volumen ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Bei einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellenverteiler vorgesehen, der mehrere erste Einlässe bzw. Auslässe, mehrere zweite Einlässe bzw. Auslässe wie auch einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt umfasst. Jeder erste Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, um eine Befestigung eines fluidführenden Rohres zu ermöglichen, und jeder zweite Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, um eine Befestigung eines Brennstoffzellendurchlasses zu ermöglichen. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt ist zwischen zumindest einem der mehreren ersten Einlässe bzw. Auslässe und zumindest einem der mehreren zweiten Einlässe bzw. Auslässe positioniert. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, so dass über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher. Es sei angemerkt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche und nicht durch die Beschreibung der Merkmale und Vorteile definiert ist, die in der vorliegenden Beschreibung dargestellt sind.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und wobei:
1A eine schematische Schnittansicht einer Strömungsübertragungskomponente, von der sich zumindest ein Segment in ein fluidführendes Rohr erstreckt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
1B eine schematische Schnittansicht einer Strömungsübertragungskomponente, von der sich zumindest ein Segment in ein fluidführendes Rohr erstreckt und die einen winkligen Strömungspfad definiert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Schnittansicht einer Strömungsübertragungskomponente, von der sich zumindest ein Segment in einen Brennstoffzellenstapel über einen Brennstoffzellendurchlass erstreckt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Schnittansicht einer Strömungsübertragungskomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine schematische Schnittansicht eines Einlegteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
5 eine schematische Schnittansicht eines Brennstoffzellenverteilers mit einem mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Für Fachleute ist es offensichtlich, dass für die Elemente in den Figuren eine einfache und klare Darstellung gewählt wurde und diese nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. Beispielsweise können die Abmessungen von einigen Elementen in den Figuren bezüglich anderer Elemente übertrieben dargestellt sein, um die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besser erläutern zu können.
In 1 ist ein fluidführendes Rohr 3 gezeigt, das eine Strömungsübertragungskomponente 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Das fluidführende Rohr 3 umfasst einen elektrisch leitenden Strömungsdurchgang 5, und die Strömungsübertragungskomponente 2 umfasst einen ersten Einlass bzw. Auslass 4, einen zweiten Einlass bzw. Auslass 6 und einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8. Der erste Einlass bzw. Auslass 4 steht in Fluidverbindung mit dem fluidführenden Rohr 5, und der erste Einlass bzw. Auslass 4 kann so dimensioniert sein, dass er an die Form des fluidführenden Rohres angepasst ist. Der zweite Einlass bzw. Auslass 6, der auf einer dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 gegenüberliegenden Seite der Strömungsübertragungskomponente 2 positioniert ist, ist so dimensioniert, dass er an die Form des Brennstoffzellendurchlasses 12 angepasst ist.
Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 kann einen venturiförmigen Strömungspfad umfassen. Mit "venturiförmig" ist gemeint, dass die Wände des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 einen kurzen geraden Rohrabschnitt bilden, der zwischen zwei sich verjüngenden oder begrenzenden Abschnitten positioniert ist, die an gegenüberliegenden Enden des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 liegen. Bei der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 6 positioniert. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich auch zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 in das fluidführende Rohr 3 und definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, so dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 definiertes Volumen ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird. Mit "großer elektrischer Widerstand" ist ein elektrischer Widerstand gemeint, der ausreichend ist, um ein Kühlmittel aus nicht dielektrischem Fluid, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 strömt, elektrisch vor einem Leiten von Fehler- oder Nebenschlussströmen zu isolieren, die zu gefährlichen Situationen oder zu einem Komponentenschaden innerhalb des Brennstoffzellensystems führen können. Der Isolationswiderstand, der durch die vorliegende Erfindung vorgesehen wird, erfüllt die Standardsicherheitsanforderungen für Elektrofahrzeuge für Brennstoffzellenstapel von 500 Ohm/V mit einem Verlust von 100 Ohm/V. Zusätzlich unterstützt die Strömungsübertragungskomponente 2 effektiv andere elektrisch isolierende Merkmale, die in einem flüssigkeitsgekühlten Brennstoffzellenstapel ausgebildet sein können, d. h. aktive Isolierungen und passive Isolierungen, wodurch die Abhängigkeit von diesen zusätzlichen Mitteln zur Erzeugung eines Isolationswiderstandes vermindert wird.
Gemäß seiner Venturiform kann zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 einen Abschnitt 9 mit verringertem Querschnitt zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 6 umfassen. Gewöhnlich bewirkt ein Fluid, das durch eine Begrenzung in einem Strömungspfad strömt, einen Abfall des Fluiddruckes. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 ist jedoch so ausgebildet, dass ein Druckabfall eines Fluid-Kühlmittels minimiert wird, das durch den Abschnitt 9 mit verringertem Querschnitt strömt. Die Strömungsübertragungskomponente 2 erzeugt Druckabfallergebnisse, die um etwa das Zehnfache besser als bei einer Strömungsübertragungskomponente sind, die eine abrupte Verringerung der Querschnittsfläche umfasst, wie beispielsweise bei einem Einlegeteil ohne einen Venturi-Strömungspfad oder konischen Seitenwänden, die in einen "Dünnrohr"-Abschnitt führen. Folglich sieht die vorliegende Erfindung ein System vor, das Fehler- oder Nebenschlussströme selbst beschränkt, indem hohe Isolierungswiderstände durch die Ausbildung eines langen Widerstandspfades mit einer kleinen Querschnittsfläche erreicht werden.
Der Widerstand eines Fluid-Kühlmittels, das in der Strömungsübertragungskomponente 2 der vorliegenden Erfindung strömt, kann unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden:
wobei R der Widerstand eines homologen Leiters ist, L die Länge des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 ist, ρ der spezifische elektrische Widerstand des Fluides (d. h. des Kühlmittels) ist, das in dem mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 strömt, und A(x) die Querschnittsfläche des Abschnittes 9 mit verringertem Querschnitt an einem Ort x von dem Startpunkt des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 aus ist.
Da in flüssigkeitsgekühlten Brennstoffzellen ein hoher Widerstand erreicht werden soll, um Fehler- und Nebenschlussströme zu begrenzen, die ansonsten durch das Kühlmittel aus nicht dielektrischem Fluid geführt werden, kann der Widerstand R des Volumens, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 der vorliegenden Erfindung definiert wird, durch Auswahl eines Fluid-Kühlmittels mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand ρ (d. h. deionisiertes Wasser mit Glykol wie auch korrosionshemmenden Verbindungen), durch Auswahl einer großen Länge L, wie auch durch Auswahl einer kleinen Querschnittsfläche A erhöht werden. Beispielsweise ist ein Isolationswiderstand von 100 Ohm/V erreichbar mit L = etwa 100 mm, 1/ρ = etwa 30 S/cm und A = etwa 908 mm² an dem ersten und zweiten Einlass bzw. Auslass zu dem mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt und 254 mm² an dem verringerten Innendurchmesser des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts.
Die Strömungsübertragungskomponente 2 kann ein nicht leitendes Polymermaterial umfassen, wie beispielsweise einen Kunststoff. Optional dazu kann die Strömungsübertragungskomponente 2 ein metallisches leitendes Material umfassen, wie beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, das bzw. die mit einem nicht leitenden Material beschichtet sein kann. Überdies kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Strömungsübertragungskomponente 2 optional ein Einlegeteil umfassen. Mit "Einlegeteil" ist eine separate Komponente gemeint, die nach der anfänglichen Herstellung des Verteilers in einem Brennstoffzellenverteiler positioniert wird, so dass das Einlegeteil nicht einteilig mit dem Verteiler gegossen ist. Das Einlegeteil umfasst den venturiförmigen Strömungspfad, der hier beschrieben ist, und kann ein nicht leitendes Polymermaterial umfassen, wie beispielsweise einen Kunststoff. Optional dazu kann das Einlegeteil ein metallisches leitendes Material umfassen, wie beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, das bzw. die mit einem nicht leitenden Material beschichtet sein kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann sich zumindest ein Segment des Einlegeteils in das fluidführende Rohr 3 erstrecken, und es umfasst zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 6 einen Abschnitt 9 mit verringerter Querschnittsfläche. Überdies kann das Einlegeteil so ausgebildet sein, so dass ein Druckabfall eines Fluid-Kühlmittels, das durch den Abschnitt 9 mit verringertem Querschnitt geführt wird, minimiert wird.
Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 kann einen im Wesentlichen linearen Strömungspfad definieren (siehe 1A). Alternativ dazu kann, wie in 1B gezeigt ist, der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 einen winkeligen Strömungspfad definieren, der einen angewinkelten Abschnitt umfasst, der etwa 90° beträgt.
In 2 ist gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellenstapel teilweise gezeigt, der zumindest eine Strömungsübertragungskomponente 2 umfasst. Der Brennstoffzellenstapel (nicht gezeigt) umfasst zumindest einen Brennstoffzellendurchlass 12 und die Strömungsübertragungskomponente 2. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Einlass bzw. Auslass 4 so dimensioniert, dass er das fluidführende Rohr 3 ergänzt, und der zweite Einlass bzw. Auslass 6 steht in Fluidverbindung mit dem Brennstoffzellendurchlass 12. Überdies kann der zweite Einlass bzw. Auslass 6 so dimensioniert sein, dass er komplementär zu dem Brennstoffzellendurchlass 12 ausgebildet ist.
Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 6 ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 angeordnet, und zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 erstreckt sich über den Brennstoffzellendurchlass 12 in den Brennstoffzellenstapel. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strö mungsabschnitt 8 definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 definiertes Volumen ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Brennstoffzellenstapel mehrere Brennstoffzellen. Der Brennstoffzellendurchlass 12 steht in Fluidverbindung mit den mehreren Brennstoffzellen, und jede Brennstoffzelle ist so ausgebildet, so dass sie Brennstoff mit Sauerstoff reagiert, um einen elektrischen Strom und zumindest ein Reaktionsprodukt zu erzeugen. Jede Brennstoffzelle kann einen Anodenströmungspfad umfassen, der so ausgebildet, dass er den Brennstoff durch zumindest einen Anteil jeder Brennstoffzelle führt. Die Anode steht in Fluidverbindung mit dem Anodendurchflusspfad, an der eine katalytische Reaktion mit dem Brennstoff stattfindet. Zusätzlich umfasst jede Brennstoffzelle einen Kathodenströmungspfad, der so ausgebildet ist, dass er Sauerstoff durch zumindest einen Anteil jeder Brennstoffzelle führt. Die Kathode steht in Fluidverbindung mit dem Kathodenströmungspfad, und an der Kathode findet eine katalytische Reaktion mit dem Sauerstoff statt. Überdies ist zwischen der Anode und der Kathode eine Membran angeordnet, so dass während des Betriebs jeder Brennstoffzelle dazwischen eine Elektrolytverbindung hergestellt wird. Die Strömungsübertragungskomponente 2 kann fluidmäßig von dem Anodenströmungspfad und dem Kathodenströmungspfad entkoppelt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Brennstoffzellenstapel zumindest zwei Brennstoffzellendurchlässe 12 umfassen, nämlich einen Brennstoffzellendurchlass 12, der an einem Anschlussabschnitt des Brennstoffzellenstapels positioniert ist, und einen anderen Brennstoffzellendurchlass 12, der an einem gegenüberliegenden Anschlussabschnitt des Brennstoffzellenstapels positioniert ist. Der Brennstoffzellenstapel kann ferner zumindest zwei Strömungsübertragungskomponenten 2 umfassen, von denen jede einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 besitzt. Dabei kann eine der Strömungsübertragungskomponenten 2 in Fluidverbindung mit dem Brennstoffzellendurchlass 12 stehen, der an einem Anschlussabschnitt des Brennstoffzellenstapels positioniert ist, während die andere Strömungsübertragungskomponente 2 in Fluidverbindung mit dem anderen Brennstoffzellendurchlass 12 stehen kann, der an dem gegenüberliegenden Anschlussende des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, so dass das Fluid in eine Strömungsübertragungskomponente 2 und durch den Brennstoffzellenstapel, um eine Kühlung zu bewirken, strömt und diesen durch eine andere Strömungsübertragungskomponente 2 wieder verlässt. Folglich kann der Brennstoffzellenstapel Strömungsübertragungskomponenten 2 besitzen, die sowohl in den Brennstoffzellenstapel hinein als auch aus diesem herausführen, wodurch der Isolationswiderstand des durch diesen strömenden Kühlmittels erhöht wird. Es sei ferner angemerkt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Strömungsübertragungskomponenten 2 in Fluidverbindung mit mehreren Brennstoffzellendurchlässen 12 vorgesehen sein können.
Wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform kann bei der vorliegenden Ausführungsform der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 einen venturiförmigen Strömungspfad umfassen. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 6 umfasst zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 einen Abschnitt 9 mit verringertem Querschnitt, und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 kann so ausgebildet sein, dass ein Druckabfall eines Fluid-Kühlmittels minimiert wird, das durch den Abschnitt 9 mit verringertem Querschnitt des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 strömt. Optional dazu kann die Strömungsübertragungskomponente 2 ein Einlegeteil umfassen, das einen venturiförmigen Strömungspfad umfassen kann. Bei der vorliegenden Erfindung kann sich zumindest ein Segment des Einlegeteils über den Brennstoffzellendurchlass 12 in den Brennstoffzellenstapel erstrecken. Wie bei der ersten Ausführungsform umfasst zumindest ein Segment des Einlegeteils einen Abschnitt 9 mit verringertem Querschnitt zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 6, und das Einlegeteil kann so ausgebildet sein, dass ein Druckabfall eines Fluid-Kühlmittels minimiert wird, das durch den Abschnitt 9 mit verringertem Querschnitt des Einlegeteils strömt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsübertragungskomponente vorgesehen. Diese Ausführungsform ist in den 3 und 4 gezeigt und kann einen ersten Einlass bzw. Auslass 4, einen zweiten Einlass bzw. Auslass 6 und einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 umfassen. Der erste Einlass bzw. Auslass 4 ist so dimensioniert, dass er einen fluidführendes Rohr (nicht gezeigt) ergänzt, und der zweite Einlass bzw. Auslass 6 ist so dimensioniert, dass er einen Brennstoffzellendurchlass (nicht gezeigt) ergänzt. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 4 und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 6 ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 positioniert, und zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 kann so ausgebildet sein, dass es sich in ein komplementäres fluidführendes Rohr erstreckt. Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsübertragungskomponente 2 vorgesehen, die die direkt oben beschriebenen Merkmale der Strömungsübertragungskomponente 2 aufweist, mit der Ausnahme, dass zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts 8 so ausgebildet sein kann, dass es sich in einen komplementären Brennstoffzellendurchlass erstreckt. Bei jeder Ausführungsform definiert der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, so dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 definiertes Volumen ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Bei der in 3 gezeigten Strömungsübertragungskomponente 2 kann der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 einteilig mit der Strömungsübertragungskomponente 2 gegossen sein, so dass die Strömungsübertragungskomponente 2 und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 dasselbe Material umfassen, wie beispielsweise ein nicht leitendes Polymermaterial, das ein Kunststoff sein kann, oder ein metallisches leitendes Material, wie beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, das bzw. die mit einem nicht leitenden Material beschichtet sein kann. Alternativ dazu kann, wie in 4 gezeigt ist, der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 8 ein Einlegeteil 18 umfassen, das in der Strömungsübertragungskomponente 2 positioniert ist. Das Einlegeteil 18 kann ein Material umfassen, das von dem der Strömungsübertragungskomponente 2 verschieden ist. Bei spielsweise kann das Einlegeteil 18 ein nicht leitendes Polymermaterial umfassen und die Strömungsübertragungskomponente 2 kann ein leitendes Metallmaterial umfassen. Das Einlegeteil 18 kann unter Verwendung von einem oder mehreren O-Ringen 15 fluidmäßig abgedichtet sein, wie in 4 gezeigt ist. Die O-Ringe 15 dienen dazu, eine Fluidströmung in dem durch das Einlegeteil 18 gebildeten, mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 8 beizubehalten.
In 5 ist gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellenverteiler 20 gezeigt, der mehrere erste Einlässe bzw. Auslässe, mehrere zweite Einlässe bzw. Auslässe wie auch einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 21 umfasst. Jeder erste Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, um eine Befestigung eines fluidführenden Rohres 22 zu ermöglichen, und jeder zweite Einlass bzw. Auslass ist so dimensioniert, um eine Befestigung eines Brennstoffzellendurchlasses 32 zu ermöglichen. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 21 ist zwischen zumindest einem der mehreren ersten Einlässe bzw. Auslässe und zumindest einem der mehreren zweiten Einlässe bzw. Auslässe positioniert, und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 21 definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, damit über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt 21 definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Der Verteiler 20 kann ferner einen Strömungspfad umfassen, der zwischen jedem ersten Einlass bzw. Auslass und jedem zweiten Einlass bzw. Auslass definiert ist. Die mehreren ersten Einlässe bzw. Ausläs se können zumindest einen erste Einlass bzw. Auslass 23a für Anodenmedium, zumindest einen ersten Einlass bzw. Auslass 25a für Kathodenmedium und zumindest einen ersten Einlass bzw. Auslass 24a für Kühlmittelmedium umfassen. Zusätzlich können die mehreren zweiten Einlässe bzw. Auslässe zumindest einen zweiten Einlass bzw. Auslass 23b für Anodenmedium, zumindest einen zweiten Einlass bzw. Auslass 25b für Kathodenmedium und zumindest einen zweiten Einlass bzw. Auslass 24b für Kühlmittelmedium umfassen. Der zweite Einlass bzw. Auslass 23b für Anodenmedium kann so dimensioniert sein, dass er einen in dem Brennstoffzellenstapel definierten Kanal 36 für Anodenmedium ergänzt. Ähnlicherweise kann der zweite Einlass bzw. Auslass 25b für Kathodenmedium so dimensioniert sein, dass er einen ebenfalls in einem Brennstoffzellenstapel definierten Kanal 38 für Kathodenmedium ergänzt. Der zweite Einlass bzw. Auslass 24b für Kühlmittelmedium kann ebenfalls so dimensioniert sein, dass er einen in einem Brennstoffzellenstapel definierten Kanal 37 für Kühlmittelmedium ergänzt. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 23a für Anodenmedium und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 23b für Anodenmedium kann zumindest ein Strömungspfad 26 für Anodenmedium definiert sein. Zusätzlich kann zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 25a für Kathodenmedium und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 25b für Kathodenmedium zumindest ein Strömungspfad 28 für Kathodenmedium definiert sein. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 21 kann in einen Strömungspfad 27 für Kühlmittelmedium definiert sein, der zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass 24a für Kühlmittelmedium und dem zweiten Einlass bzw. Auslass 24b für Kühlmittelmedium definiert ist.
Die Strömungspfade 26–28 können dazu dienen, Fluide durch mehrere mechanische Endplattenteile des Stapels zu führen. Beispielsweise können, wie in 5 gezeigt ist, die Strömungspfade 26–28 so ausgebildet werden, dass sie Fluide durch eine metallische Außenendplatte 40 eines Stapels, eine Polymerplatte 42 zur elektrischen Isolierung, eine elektrische Stapelanschlussendplatte 44 und eine Abdichtplatte 46 führen. Die Strömungspfade 26–28 der vorliegenden Erfindung können auch dazu dienen, Fluide durch mehrere andere mechanische Komponenten des Brennstoffzellenstapels zu führen, die nicht auf die in 5 gezeigten mechanischen Endplattenteile begrenzt sind.
Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 21 kann einen venturiförmigen Strömungspfad umfassen, der hier beschrieben ist und von dem zumindest ein Segment einen Abschnitt 29 mit verringertem Querschnitt zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass umfassen kann. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 21 ist so ausgebildet, dass er einen Druckabfall eines durch den Abschnitt 29 mit verringertem Querschnitt strömenden Fluidkühlmittels minimiert. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 21 kann einen im Wesentlichen linearen Strömungspfad oder einen winkeligen Strömungspfad definieren, der einen angewinkelten Abschnitt definiert, der etwa 90° beträgt. Der Verteiler 20 kann ferner zumindest einen Durchlass 35 für einen Taupunktsensor, der benachbart des Strömungspfades 26 für Anodenmedium positioniert ist, und zumindest einen Durchlass 35 für einen Taupunktsensor umfassen, der benachbart des Strömungspfads 28 für Kathodenmedium positioniert ist.
Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt 21 kann optional ein Einlegeteil umfassen, das einen venturiförmigen Strömungspfad aufweist, wie hier definiert ist. Der Verteiler 20 kann ein nicht leitendes Polymermaterial umfassen, das ein Kunststoff sein kann. Optional dazu kann der Verteiler 20 ein metallisches leitendes Material umfassen, wie beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung, und das Einlegeteil kann ein nicht leitendes Polymermaterial umfassen, das Kunststoff sein kann. Optional dazu kann das Einlegeteil ein metallisches, leitfähiges Material umfassen, wie beispielsweise Metall oder Metalllegierung, die mit einem nicht leitenden Material beschichtet sein kann. Zusätzlich kann der Verteiler 20, wenn er aus metallisch leitendem Material besteht, mit einem nicht leitenden Material beschichtet sein. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass umfasst zumindest ein Segment des Einlegeteils einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt, und das Einlegeteil kann so ausgebildet sein, um einen Druckabfall eines Fluidkühlmittels zu minimieren, das durch den Abschnitt mit verringertem Querschnitt des Einlegeteils gelangt.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben ist, sei zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der hier beschriebenen erfinderischen Konzepte ausgeführt werden können. Demgemäß sei zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern den durch die folgenden Ansprüche definierten Schutzumfang besitzt.
Zusammengefasst ist eine Strömungsübertragungskomponente für flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellenstapel offenbart. Die Strömungsübertragungskomponente umfasst einen ersten Einlass bzw. Auslass, einen zweiten Einlass bzw. Auslass wie auch einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt. Der erste Einlass bzw. Auslass kann so dimensioniert sein, dass er ein fluidführendes Rohr ergänzt, das einen elektrisch leitenden Strömungsdurchgang umfasst. Der zweite Einlass bzw. Auslass kann so dimensioniert sein, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt. Zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass ist zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts positioniert, und zumindest ein Segment kann sich in das fluidführende Rohr und/oder in den Brennstoffzellenstapel über den Brennstoffzellendurchlass erstrecken. Der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt definiert eine Strömungspfadlänge, die ausreichend ist, so dass über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.

Claims

Fluidführendes Rohr mit einer Strömungsübertragungskomponente, wobei: das fluidführende Rohr einen elektrisch leitenden Strömungsdurchgang umfasst; und die Strömungsübertragungskomponente umfasst: einen ersten Einlass bzw. Auslass, wobei der erste Einlass bzw. Auslass in Fluidverbindung mit dem fluidführenden Rohr steht; einen zweiten Einlass bzw. Auslass, wobei der zweite Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt, und einen mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt, der einen verengten Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall definiert, wobei: zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass positioniert ist, zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts sich in das fluidführende Rohr erstreckt, und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt eine Strömungspfadlänge definiert, die ausreichend ist, so dass über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 1, wobei der erste Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er das fluidführende Rohr ergänzt.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 1, wobei der verengte Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts einen venturiförmigen Strömungspfad umfasst.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 1, wobei die Strömungsübertragungskomponente ein Material umfasst, das gewählt ist aus einem nicht leitenden Polymermaterial und einem nicht leitenden beschichteten Metall.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 4, wobei das nicht leitende Polymermaterial einen Kunststoff umfasst.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt umfasst.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 6, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass er einen Druckabfall eines Fluidkühlmittels minimiert, das durch den Abschnitt mit verrin gertem Querschnitt des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts strömt.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 1, wobei die Strömungsübertragungskomponente ein Einlegeteil umfasst.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 8, wobei das Einlegeteil einen venturiförmigen Strömungspfad umfasst.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 8, wobei das Einlegeteil ein Material umfasst, das aus einem nicht leitenden Polymermaterial und einem nicht leitenden beschichteten Metall gewählt ist.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 10, wobei das nicht leitende Polymermaterial ein Kunststoff ist.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 8, wobei sich zumindest ein Segment des Einlegeteils in das fluidführende Rohr erstreckt.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Segment des Einlegeteils einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass umfasst.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 13, wobei das Einlegeteil so ausgebildet ist, dass es einen Druckabfall eines Fluidkühlmittels minimiert, das durch den Abschnitt mit verringertem Querschnitt des Einlegeteils strömt.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 1, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt einen im Wesentlichen linearen Strömungspfad definiert.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 1, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt einen winkeligen Strömungspfad definiert.
Fluidführendes Rohr und Strömungsübertragungskomponente nach Anspruch 16, wobei der winklige Strömungspfad einen angewinkelten Abschnitt definiert, der etwa 90° beträgt.
Brennstoffzellenstapel mit zumindest einer Strömungsübertragungskomponente, wobei: der Brennstoffzellenstapel zumindest einen Brennstoffzellendurchlass umfasst; und die Strömungsübertragungskomponente umfasst: einen ersten Einlass bzw. Auslass, wobei der erste Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er ein fluidführendes Rohr ergänzt, einem zweiten Einlass bzw. Auslass, wobei der zweite Einlass bzw. Auslass in Fluidverbindung mit dem Brennstoffzellendurchlass steht, und einem mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt, der einen verengten Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall definiert, wobei: zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass positioniert ist, zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts sich über den Brennstoffzellendurchlass in den Brennstoffzellenstapel erstreckt, und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt eine Strömungspfadlänge definiert, die ausreichend ist, so dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiertes Volumen ein großer Widerstand vorgesehen wird.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, wobei: der Brennstoffzellenstapel mehrere Brennstoffzellen umfasst, der Brennstoffzellendurchlass in Fluidverbindung mit den mehreren Brennstoffzellen steht, und jede Brennstoffzelle derart ausgebildet ist, dass Brennstoff mit Sauerstoff reagieren kann, um einen elektrischen Strom und zumindest ein Reaktionsprodukt zu erzeugen, wobei jede Brennstoffzelle umfasst: einen Anodenströmungspfad, der derart ausgebildet ist, dass er den Brennstoff durch zumindest einen Anteil jeder Brennstoffzelle führen kann; eine Anode in Fluidverbindung mit dem Anodendurchflusspfad, an der eine katalytische Reaktion mit dem Brennstoff ausgeführt werden kann; einen Kathodendurchflusspfad, der derart ausgebildet ist, dass er den Sauerstoff durch zumindest einen Anteil jeder Brennstoffzelle führen kann; eine Kathode in Fluidverbindung mit dem Kathodendurchflusspfad, an der eine katalytische Reaktion mit dem Sauerstoff ausgeführt werden kann; eine Membran, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist, so dass dazwischen während des Betriebs jeder Brennstoffzelle eine Elektrolytverbindung hergestellt wird.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 19, wobei die Strömungsübertragungskomponente fluidmäßig von dem Anodenströmungspfad und dem Kathodenströmungspfad entkoppelt ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, wobei der zweite Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er den Brennstoffzellendurchlass ergänzt.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, ferner mit zumindest zwei Brennstoffzellendurchlässen und zumindest zwei Strömungsübertragungskomponenten, wobei eine der Strömungsübertragungskomponenten in Fluidverbindung mit einem der Brennstoffzellendurchlässe, der in den Brennstoffzellenstapel hinein führt, steht, und wobei eine der Strömungsübertragungskomponenten in Fluidverbindung mit ei nem der Brennstoffzellendurchlässe, der aus dem Brennstoffzellenstapel herausführt, steht.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, wobei der verengte Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts einen venturiförmigen Strömungspfad umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, wobei zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 24, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass er einen Druckabfall eines Fluidkühlmittels minimiert, das durch den Abschnitt mit verringertem Querschnitt des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts strömt.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, wobei die Strömungsübertragungskomponente ein Einlegeteil umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 26, wobei das Einlegeteil einen venturiförmigen Strömungspfad umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 26, wobei sich zumindest ein Segment des Einlegeteils über den Brennstoffzellendurchlass in den Brennstoffzellenstapel erstreckt.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 26, wobei zumindest ein Segment des Einlegeteils einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass umfasst.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 26, wobei das Einlegeteil derart ausgebildet ist, dass es einen Druckabfall eines Fluidkühlmittels minimiert, das durch den Abschnitt mit verringertem Querschnitt des Einlegeteils strömt.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt einen im Wesentlichen linearen Strömungspfad definiert.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 18, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt einen winkeligen Strömungspfad definiert.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 32, wobei der winkelige Strömungspfad einen angewinkelten Abschnitt definiert, der etwa 90° beträgt.
Strömungsübertragungskomponente mit: einem ersten Einlass bzw. Auslass, wobei der erste Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er ein fluidführendes Rohr ergänzt; einem zweiten Einlass bzw. Auslass, wobei der zweite Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt; und einem mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt, der einen verengten Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall definiert, wobei: zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass positioniert ist, zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts derart ausgebildet ist, dass es sich in ein komplementäres fluidführendes Rohr erstreckt, und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt eine Strömungspfadlänge definiert, die ausreichend ist, so dass über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Strömungsübertragungskomponente mit: einem ersten Einlass bzw. Auslass, wobei der erste Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er ein fluidführendes Rohr ergänzt; einem zweiten Einlass bzw. Auslass, wobei der zweite Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, dass er einen Brennstoffzellendurchlass ergänzt; und einem mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt, der einen verengten Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall definiert, wobei: zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass positioniert ist; zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts derart ausgebildet ist, dass es sich in einen komplementären Brennstoffzellendurchlass erstreckt, und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt eine Strömungspfadlänge definiert, die ausreichend ist, so dass über ein Volumen, das durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiert ist, ein großer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Verteiler für Brennstoffzellen mit: mehreren ersten Einlässen bzw. Auslässen, wobei jeder erste Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, um eine Befestigung an einem fluidführenden Rohr zu ermöglichen; mehreren zweiten Einlässen bzw. Auslässen, wobei jeder zweite Einlass bzw. Auslass so dimensioniert ist, um eine Befestigung an einem Brennstoffzellendurchlass zu ermöglichen; und einem mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt, der einen verengten Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall definiert, wobei: der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt zwischen zumindest einem der mehreren ersten Einlässe bzw. Auslässe und zumindest einem der mehreren zweiten Einlässe bzw. Auslässe positioniert ist, und der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt eine Strömungspfadlänge definiert, die ausreichend ist, so dass über ein durch den mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitt definiertes Volumen ein größerer elektrischer Widerstand vorgesehen wird.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, ferner mit mehreren Strömungspfaden, die zwischen den mehreren ersten Einlässen bzw. Auslässen und den mehreren zweiten Einlässen bzw. Auslässen definiert sind.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, wobei: die mehreren ersten Einlässe bzw. Auslässe zumindest einen ersten Einlass bzw. Auslass für Anodenmedium, zumindest einen ersten Einlass bzw. Auslass für Kathodenmedium und zumindest einen ersten Einlass bzw. Auslass für Kühlmittelmedium umfassen, und die mehreren zweiten Einlässe bzw. Auslässe zumindest einen zweiten Einlass bzw. Auslass für Anodenmedium, zumindest einen zweiten Einlass bzw. Auslass für Kathodenmedium und zumindest einen zweiten Einlass bzw. Auslass für Kühlmittelmedium umfassen.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 38, ferner mit: zumindest einem Strömungspfad für Anodenmedium, der zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass für Anodenmedium und dem zweiten Einlass bzw. Auslass für Anodenmedium definiert ist, zumindest einem Strömungspfad für Kathodenmedium, der zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass für Kathodenmedium und dem zweiten Einlass bzw. Auslass für Kathodenmedium definiert ist, und zumindest einen Strömungspfad für Kühlmittelmedium, der zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass für Kühlmittelmedium und dem zweiten Einlass bzw. Auslass für Kühlmittelmedium definiert ist, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt in dem Strömungspfad für Kühlmittelmedium definiert ist.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 38, wobei der zweite Einlass bzw. Auslass für Anodenmedium derart dimensioniert ist, dass er einen Kanal für Anodenmedium ergänzt, der in einem Brennstoffzellenstapel definiert ist, der zweite Einlass bzw. Auslass für Kathodenmedium so dimensioniert ist, dass er einen Kanal für Kathodenmedium ergänzt, der an einem Brennstoffzellenstapel definiert ist; und der zweite Einlass bzw. Auslass für Kühlmittelmedium so dimensioniert ist, dass er einen in einem Brennstoffzellenstapel definierten Kanal für Kühlmittelmedium ergänzt.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, wobei der verengte Strömungspfad mit niedrigem Druckabfall des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts einen venturiförmigen Strömungspfad umfasst.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, wobei der Verteiler ein Material umfasst, das aus einem nicht leitenden Polymermaterial und einem nicht leitenden beschichteten Metall gewählt ist.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 42, wobei das nicht leitende Polymermaterial einen Kunststoff umfasst.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, wobei zumindest ein Segment des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass umfasst.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 44, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt derart ausgebildet ist, dass er einen Druckabfall eines Fluidkühlmittels minimiert, das durch den Abschnitt mit verringertem Querschnitt des mit elektrischem Widerstand behafteten Strömungsabschnitts strömt.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 39, ferner mit zumindest einem Taupunktsensordurchlass, der benachbart des Strömungspfads für Anodenmedium positioniert ist, und zumindest ei fern Taupunktsensor, der benachbart des Strömungspfads für Kathodenmedium positioniert ist.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt ein Einlegeteil umfasst.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 47, wobei das Einlegeteil einen venturiförmigen Strömungspfad umfasst.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 47, wobei der Verteiler ein leitendes Material umfasst, und wobei das Einlegeteil ein Material umfasst, das aus einem nicht leitenden Polymermaterial und einem nicht leitenden beschichteten Metall gewählt ist.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 49, wobei das leitende Material ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst, und wobei das nicht leitende Polymermaterial einen Kunststoff umfasst.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 47, wobei zumindest ein Segment des Einlegeteils zwischen dem ersten Einlass bzw. Auslass und dem zweiten Einlass bzw. Auslass einen Abschnitt mit verringertem Querschnitt umfasst.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 47, wobei das Einlegeteil derart ausgebildet ist, dass ein Druckabfall eines Fluidkühlmittels minimiert wird, das durch den Abschnitt mit verringertem Querschnitt des Einlegeteils strömt.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt einen im Wesentlichen linearen Strömungspfad definiert.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 36, wobei der mit elektrischem Widerstand behaftete Strömungsabschnitt einen winkeligen Strömungspfad definiert.
Verteiler für Brennstoffzellen nach Anspruch 54, wobei der winkelige Strömungspfad einen angewinkelten Abschnitt definiert, der etwa 90° beträgt.