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DE102005055043A1 - Chemical reactor unit especially for electricity production has at least two channels for different reaction media and channels for temperature control of the media - Google Patents

Chemical reactor unit especially for electricity production has at least two channels for different reaction media and channels for temperature control of the media Download PDF

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DE102005055043A1
DE102005055043A1 DE102005055043A DE102005055043A DE102005055043A1 DE 102005055043 A1 DE102005055043 A1 DE 102005055043A1 DE 102005055043 A DE102005055043 A DE 102005055043A DE 102005055043 A DE102005055043 A DE 102005055043A DE 102005055043 A1 DE102005055043 A1 DE 102005055043A1
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DE
Germany
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flow channel
channels
disc
channel
flow channels
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102005055043A
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German (de)
Inventor
Wolfram Dr.-Ing. Kaiser
Conrad Dr.-Ing. Pfender
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Abstract

A chemical reactor unit, especially for electricity production comprises at least two channels for different reaction media and at least two third and fourth channels for temperature control of the different media : An independent claim is also included for a sheet packet for the above unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion mit Strömungskanälen für Temperier- beziehungsweise Reaktionsmedien. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Scheibenpaket zur Bildung einer solchen Vorrichtung.The The invention relates to a device for carrying out a chemical reaction with flow channels for temperature control or reaction media. Furthermore, the invention relates a disk pack for forming such a device.

Die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie mittels derartiger Vorrichtungen stellt unter Umständen eine effiziente und umweltfreundliche Methode zur Gewinnung von elektrischem Strom aus den Betriebsmedien Wasserstoff und Sauerstoff dar. Dabei finden üblicherweise zwei räumlich getrennte Elektrodenreaktionen statt, bei denen Elektronen freigesetzt bzw. gebunden werden. Ein Beispiel für zwei korrespondierende Elektrodenreaktionen in einer gattungsgemäßen Vorrichtung sind folgende Reaktionen: H2 => 2H+ + 2e (Anodische Reaktion) 2H+ + 2e + ½O2 => H2O (Kathodische Reaktion) The conversion of chemical into electrical energy by means of such devices may represent an efficient and environmentally friendly method for recovering electric current from the operating media hydrogen and oxygen. In this case usually two spatially separated electrode reactions take place, in which electrons are released or bound. An example of two corresponding electrode reactions in a generic device are the following reactions: H 2 => 2H + + 2e - (Anodic reaction) 2H + + 2e - + ½O 2 => H 2 O (cathodic reaction)

Bei anderer Bauart können beispielsweise auch folgende Reaktionen beobachtet werden: H2 + O2– => H2O + 2e (Anodische Reaktion I) CO + O2– => CO2 + 2e (Anodische Reaktion II) O2 + 4e => 2O2– (Kathodische Reaktion) In another type, for example, the following reactions can be observed: H 2 + O 2- => H 2 O + 2e - (Anodic Reaction I) CO + O 2- => CO 2 + 2e - (Anodic Reaction II) O 2 + 4e - => 2O 2- (cathodic reaction)

Andere gattungsgemäße Vorrichtungen weisen zum Teil andere Reaktionen auf. Gemeinsam ist jeweils der Transport einer Spezies in elektrisch nicht-neutraler Form durch einen Elektrolyten und den parallel hierzu verlaufenden Transport von Elektronen durch einen äußeren Leiter, um die Spezies nach dem Transportvorgang in einen elektrisch neutralen Zustand zurückzuversetzen.Other generic devices sometimes have other reactions. Together is each of the Transport of a species in electrically non-neutral form by an electrolyte and the parallel transport of electrons through an outer conductor, around the species after the transport process into an electrically neutral Restore condition.

Durch elektrische Verbindung der räumlich getrennten Reaktionszonen kann ein Teil der dabei umgesetzten Reaktionsenthalpie direkt als elektrischer Strom gewonnen werden. Üblicherweise werden mehrere elektrisch in Serie geschaltete Reaktionseinheiten aufeinandergestapelt und ein solchermaßen gebildeter Stapel als Stromquelle verwendet. Eine einzelne Reaktionseinheit besteht dabei aus einer Elektrolyteinheit, wie Membran, welche die Reaktanden, insbesondere Wasserstoff und Sauerstoff beziehungsweise Wasserstoff/Kohlenmonoxid und Sauerstoff, voneinander trennt und eine Ionenleitfähigkeit, insbesondere eine H+-Protonenleitfähigkeit oder eine O2–-Leitfähigkeit, aufweist, sowie aus zwei mit Katalysatormaterial belegten Elektroden, die unter anderem zum Abgriff des von der Reaktionseinheit erzeugten elektrischen Stroms erforderlich sind.By electrically connecting the spatially separated reaction zones, part of the reaction enthalpy converted thereby can be obtained directly as an electric current. Usually, a plurality of reactors connected electrically in series are stacked on top of one another and a stack formed in this way is used as the current source. A single reaction unit consists of an electrolyte unit, such as membrane, which separates the reactants, in particular hydrogen and oxygen or hydrogen / carbon monoxide and oxygen, and an ionic conductivity, in particular an H + -Prononenleitfähigkeit or O 2- conductivity, as well as of two electrodes coated with catalyst material, which are required inter alia for tapping the electrical current generated by the reaction unit.

Die Reaktanden, beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff, und das Reaktionsprodukt Wasser sowie gegebenenfalls ein Medium, das zur Abführung von überschüssiger Reaktionswärme dient, strömen durch Fluidkanäle, wobei die Reaktanden nicht notwendigerweise in reiner Form vorliegen müssen. Beispielsweise kann das Fluid auf der Kathodenseite Luft sein, deren Sauerstoff an der Reaktion teilnimmt. Insbesondere bei Verwendung eines wärmeabführenden Mediums wird durch eine thermische Verbindung der jeweiligen Fluidkanäle für einen ausreichenden Wärmeübertrag zwischen den jeweiligen Fluiden gesorgt.The Reactants, for example, hydrogen and oxygen, and the reaction product Water and optionally a medium which serves to dissipate excess heat of reaction, flow through Fluid channels, wherein the reactants need not necessarily be in pure form. For example For example, the fluid on the cathode side may be air, the oxygen of which participate in the reaction. Especially when using a heat dissipating Medium is characterized by a thermal connection of the respective fluid channels for a sufficient Heat transfer provided between the respective fluids.

Reaktanden und Reaktionsprodukte werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Reaktionsmedien bezeichnet. Als Temperiermedium wird ein Medium bezeichnet, das geeignet ist, einer Vorrichtung beziehungsweise einer Reaktionszone Wärme zu- oder abzuführen.reactants and reaction products are within the scope of the present invention referred to as reaction media. The tempering medium is a medium denotes, which is suitable, a device or a reaction zone heat add or remove.

Die in einer gattungsgemäßen Vorrichtung entstehende Abwärme wird gewöhnlich über ein Kühlmedium und einen separaten Kühlkreislauf abgeführt und muss gegen die Umgebung abgegeben werden. Da die Temperaturdifferenz zwischen Vorrichtung und Umgebung üblicherweise geringer ist als bei einem Verbrennungsmotor vergleichbarer Leistung, ist der Kühlungsaufwand bzw. die Kühlergröße trotz höheren Wirkungsgrades oft größer.The resulting in a generic device waste heat usually gets over a cooling medium and a separate cooling circuit dissipated and must be delivered against the environment. Because the temperature difference between device and environment is usually less than in a combustion engine comparable performance, is the cooling effort or the cooler size despite higher Efficiency often larger.

Grundsätzlich kann zwischen gasgekühlten und flüssigkeitsgekühlten Vorrichtungen zur Durchführung einer chemischen Reaktion unterschieden werden. Bei luftgekühlten Vorrichtungen wird der Wärmehaushalt durch Integration von geeigneten Kühlkanälen in einzelne Platten eines Plattenstapels und Durchströmung dieser Kanäle mit einem Luftstrom kontrolliert und die überschüssige Abwärme mit diesem Luftstrom abgeführt wird. Flüssigkeitsgekühlte Vorrichtungen werden hingegen von einem flüssigen Kühlmedium von zumeist hoher Wärmekapazität durchflossen, das die bei der chemischen Reaktion entstehende Abwärme aufnimmt und in einem externen, räumlich von der Vorrichtung getrennten Kühler, der seinerseits meist luftgekühlt ist, an die Umgebung abgibt.Basically between gas-cooled and liquid cooled devices to carry out a chemical reaction can be distinguished. For air-cooled devices becomes the heat balance by integration of suitable cooling channels into individual plates of a Plate stack and flow of these channels controlled with an air flow and the excess heat is removed with this air flow. Liquid cooled devices are, however, of a liquid cooling medium flows through mostly high heat capacity, which absorbs the waste heat generated during the chemical reaction and in an external, spatially cooler isolated from the device, which in turn is mostly air-cooled is to give to the environment.

Aufgrund der relativ geringen Wärmekapazität von Kühlluft und den damit verbundenen relativ großen Volumenströmen ergibt sich bei der luftgekühlten Anordnung die Forderung nach relativ großen, geraden Luftkühlkanälen, um den Druckverlust und damit den energetischen Aufwand für den Kühlluftstrom in Grenzen zu halten. Da die zu kühlenden Reaktionsmedien häufig ebenfalls gasförmig sind und eine spezifische Wärmekapazität ähnlich wie die Kühlluft besitzen, weisen luftgekühlte Vorrichtungen meist einen starken Temperaturgradienten entlang des Kühlluftkanals auf. Hier wird insbesondere der Bereich der aktiven Reaktionszone, der dem Kühllufteintritt am nächsten liegt, besonders stark abgekühlt, während in Bereichen, die nahe dem Kühlluftausgang liegen, kaum noch Wärmeübertragung stattfindet. Es hat sich gezeigt, dass sich das hieraus resultierende inhomogene Temperaturprofil unter Umständen nachteilig für einen effizienten Betrieb der Vorrichtung auswirkt.Due to the relatively low heat capacity of cooling air and the associated relatively large volume flows results in the air-cooled arrangement, the demand for relatively large, straight air cooling ducts to keep the pressure loss and thus the energy cost of the cooling air flow within limits. Since the reaction media to be cooled are often also gaseous and have a specific heat capacity similar to the Cooling air, air-cooled devices usually have a strong temperature gradient along the cooling air duct. Here, in particular, the region of the active reaction zone, which is closest to the cooling air inlet, cooled particularly strong, while in areas that are close to the cooling air outlet, hardly any heat transfer takes place. It has been found that the resulting inhomogeneous temperature profile under certain circumstances adversely affects the efficient operation of the device.

Die flüssigkeitsgekühlte Anordnung ist insbesondere bei der Verwendung von Polymermaterialien für die Elektrolytmembran aufgrund deren Anfälligkeit gegen Kontamination mit Metallionen unter Umständen problematisch. Will man beispielsweise eine flüssigkeitsgekühlte Vorrichtung in Verbindung mit einem bekannten Aluminium-Wärmeübertrager betreiben, ist zur Vermeidung der Kontamination der Polymermembranen die Verwendung eines flüssigen Kühlmediums, das keine Metallionen transportieren kann, beispielsweise ein Wärmeübertrageröl, oder alternativ die Verwendung einer Ionenaustauscherpatrone zur Reinigung des flüssigen Kühlmediums erforderlich. Dadurch ergeben sich Nachteile in Form von geringerer spezifischer Wärmeübertragungsleistung (Wärmeübertrageröl) beziehungsweise in Form von zusätzlichem Systemaufwand (Ionenaustauscherpatrone).The liquid cooled arrangement is especially in the use of polymer materials for the electrolyte membrane due to their vulnerability to Contamination with metal ions may be problematic. Will you For example, a liquid-cooled device operate in conjunction with a known aluminum heat exchanger is to Prevention of contamination of polymer membranes the use a liquid Cooling medium, which can not transport metal ions, such as a heat transfer oil, or alternatively the use of an ion exchange cartridge for cleaning of the liquid cooling medium required. This results in disadvantages in the form of lesser specific heat transfer performance (heat transfer oil) or in the form of additional System cost (ion exchanger cartridge).

Zur Erzeugung des in der Vorrichtung benötigten, wasserstoffhaltigen Betriebsgases, insbesondere bei der Gaserzeugung an Bord von Kraftfahrzeugen, wird auf flüssige Kraftstoffe (beispielsweise Benzin, Diesel, Methanol, etc.) oder gasförmige Kraftstoffe (beispielsweise Erdgas) als Ausgangsbasis zurückgegriffen. Für die Herstellung wasserstoffreichen Gases aus diesen Kraftstoffen sind verschiedene Verfahren bekannt, die im Wesentlichen auf einem oder der Kombination mehrerer der folgenden chemischen Prozesse beruhen:

  • a) Zerlegung des Kraftstoffes, beispielsweise durch sogenanntes thermisches Cracken, in seine Ausgangsstoffe, gegebenenfalls über einem Katalysator. Ein Beispiel ist die Reaktion von Oktan: C8H18 → 8C + 9H2.
  • b) Partielle Oxidation des Kraftstoffes über einem Katalysator unter Zugabe von (Luft-)Sauerstoff im stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Anteil. Beispiele sind die Reaktionen von Oktan: C8H18 + 8O2 → 8CO2 + 9H2 (stöchiometrisch) beziehungsweise C8H18 + 4O2 → 8CO + 9H2 (unterstöchiometrisch).
  • c) Dampfreformierung des Kraftstoffes über einem Katalysator unter Zugabe von Wasser. Ein Beispiel ist die Reaktion von Oktan: C8H18 + 16H2O → 8CO2 + 25H2.
  • d) Autotherme Reformierung des Kraftstoffes durch Kombination von partieller Oxidation und Dampfreformierung dahingehend, dass die Energiebilanz der Gesamtreaktion durch Kombination der endothermen Dampfreformierung und der exothermen partiellen Oxidation gerade ausgeglichen wird.
To produce the required in the device, hydrogen-containing operating gas, especially in gas production on board motor vehicles, liquid fuels (for example, gasoline, diesel, methanol, etc.) or gaseous fuels (such as natural gas) is used as the starting point. For the production of hydrogen-rich gas from these fuels, various processes are known, which are based essentially on one or the combination of several of the following chemical processes:
  • a) decomposition of the fuel, for example by so-called thermal cracking, in its starting materials, optionally over a catalyst. An example is the reaction of octane: C 8 H 18 → 8C + 9H 2 .
  • b) Partial oxidation of the fuel over a catalyst with the addition of (air) oxygen in the stoichiometric or substoichiometric proportion. Examples are the reactions of octane: C 8 H 18 + 8O 2 → 8CO 2 + 9H 2 (stoichiometric) or C 8 H 18 + 4O 2 → 8CO + 9H 2 (substoichiometric).
  • c) steam reforming of the fuel over a catalyst with the addition of water. An example is the reaction of octane: C 8 H 18 + 16H 2 O → 8CO 2 + 25H 2 .
  • d) Autothermal reforming of the fuel by combining partial oxidation and steam reforming to balance the energy balance of the overall reaction by combination of endothermic steam reforming and exothermic partial oxidation.

In der Regel läuft ein solcher Prozess in einem sogenannten Reformer ab, wobei in der Praxis kein Vollumsatz erzielt wird und ein mehr oder weniger hoher Anteil an Kohlenmonoxid im erzeugten Gas verbleibt. Darauffolgend kann durch Einsatz von sogenannten Shiftstufen unter Verwendung der Wassergas-Shiftreaktion (CO + H2O → CO2 + H2) zusätzlicher Wasserstoff zu Lasten der CO-Konzentration unter Verwendung eines geeigneten Katalysators gewonnen werden.In general, such a process takes place in a so-called reformer, whereby in practice no full conversion is achieved and a more or less high proportion of carbon monoxide remains in the gas produced. Subsequently, by employing so-called shift steps using the water gas shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ), additional hydrogen can be recovered at the expense of CO concentration using a suitable catalyst.

Zur weitergehenden Reinigung des Gases von CO kann bei Bedarf eine selektive Oxidation über einem hierfür geeigneten Katalysator durchgeführt werden. Hierbei wird das verbleibende Kohlenmonoxid durch Zugabe von (Luft-) Sauerstoff zu Kohlendioxid oxidiert: 2CO + O2 → CO2.For further purification of the gas of CO, selective oxidation can be carried out over a suitable catalyst if necessary. In this case, the remaining carbon monoxide is oxidized by the addition of (air) oxygen to carbon dioxide: 2CO + O 2 → CO 2 .

Zur darüberhinausgehenden Reinigung des Gases von Schwefel bzw. Schwefelverbindungen kann eine passive Adsorption (z.B. an Zeolithen) oder eine katalytische Transformation der im Kraftstoff bzw. Reformat vorhandenen Schwefelverbindungen an einem geeigneten Katalysator bzw. Adsorbens durchgeführt werden. Die Entschwefelung ist grundsätzlich vor der Reformierung (am flüssigen oder verdampften Kraftstoff) oder auch nach der Reformierung (am Reformat) möglich. In letzterem Fall werden die im Reformat verbliebenen Schwefelverbindungen beispielsweise mittels des Vorgangs der HDS (hydro-desulfurization) mit Wasserstoff zur Reaktion gebracht; das resultierende H2S wird dann an einem geeigneten Material (beispielsweise Cu-Zn-Pellets) adsorbiert und damit dem Brenngas entzogen.to beyond that Purification of the gas from sulfur or sulfur compounds can passive adsorption (e.g., on zeolites) or catalytic Transformation of the sulfur compounds present in the fuel or reformate be carried out on a suitable catalyst or adsorbent. The desulphurization is basically before reforming (on the liquid or vaporized fuel) or even after reforming (on the reformate) possible. In the latter case, the remaining in the reformate sulfur compounds for example by means of the process of HDS (hydro-desulfurization) reacted with hydrogen; the resulting H2S becomes then on a suitable material (for example, Cu-Zn pellets) adsorbed and thus removed from the fuel gas.

Üblicherweise finden viele oder alle dieser Prozesse in jeweils hierfür spezifisch ausgebildeten Vorrichtungen statt. Einen schematischen Überblick über die Architektur eines Brennstoffzellensystems gibt 8.Usually, many or all of these processes take place in devices specifically designed for this purpose. A schematic overview of the architecture of a fuel cell system is available 8th ,

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion bereitzustellen, die bei relativ geringem Aufwand eine hohe Effizienz besitzt.It is an object of the invention, an apparatus for performing a provide chemical reaction, which at relatively low cost a has high efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion, die jeweils zumindest einen, vorzugsweise mehrere erste Strömungskanäle für ein erstes Reaktionsmedium, zweite Strömungskanäle für ein zweites Reaktionsmedium, dritte Strömungskanäle für ein ers tes Temperiermedium und vierte Strömungskanäle für ein zweites Temperiermedium aufweist.This object is achieved by a device for carrying out a chemical reaction, each having at least one, preferably a plurality of first flow channels for a first reaction medium, second flow channels for a second Re action medium, third flow channels for a first tempering medium and fourth flow channels for a second tempering medium.

Erfindungsgemäß sind also zumindest vier Medien getrennt voneinander führbar. Die Reaktionsmedien dienen der Versorgung einer chemischen Reaktionszone mit den für die chemische Reaktion erforderlichen Medien, wie beispielsweise Wasserstoff und Luftsauerstoff, beziehungsweise einer Abführung eines oder mehrerer Reaktionsprodukte. Mit Hilfe des ersten Temperiermediums ist die in der Vorrichtung entstehende Abwärme beispielsweise direkt an die Umgebung abführbar beziehungsweise ist die benötigte Wärme der Vorrichtung direkt zuführbar, insbesondere mit Hilfe einer Fluidfördereinrichtung, wie beispielsweise einer Pumpe, einem Gebläse oder dergleichen. Zu diesem Zweck wird als erstes Temperiermedium vorzugsweise Umgebungsluft verwendet, die in einer geeignet großen Menge durch die Vorrichtung geführt wird. Das zweite Temperiermedium, beispielsweise Kühlwasser, strömt in einem vorzugsweise geschlossenen Kreislauf, vorzugsweise mittels einer geeigneten Fluidfördereinrichtung.According to the invention are therefore at least four media separately feasible. The reaction media serve to supply a chemical reaction zone with those for the chemical Reaction required media, such as hydrogen and Atmospheric oxygen, or a discharge of one or more reaction products. With the help of the first tempering medium is in the device resulting waste heat For example, directly dissipated to the environment or the required heat is the Device can be fed directly, in particular by means of a fluid delivery device, such as for example, a pump, a blower or the like. To this Purpose is as a first tempering preferably ambient air used in a suitably large amount through the device guided becomes. The second temperature control medium, for example cooling water, flows in a preferably closed circuit, preferably by means of a suitable fluid delivery device.

Unter Umständen ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein geringerer baulicher Aufwand erreichbar, wenn Zusatzkomponenten wie Temperiermittelleitungen, -pumpen oder Wärmeübertrager verzichtbar werden, da die Vorrichtung selbst als Wärmeübertrager fungiert. Insbesondere durch das Vorsehen von Strömungskanälen für unterschiedliche Temperiermedien wird eine homogenere Temperaturverteilung und gegebenenfalls eine gleichmäßigere Temperaturabgabe beziehungsweise -zugabe und dadurch unter Umständen eine erhöhte Effizienz der Vorrichtung ermöglicht. Vorteilhaft wirkt sich die Verwendung zweier Temperiermedien aus, die sich in ihrer Wärmekapazität und/oder ihrem Aggregatzustand voneinander unterscheiden und/oder wenn die Strömungskanäle für die Temperiermedien unterschiedliche Formen und/oder Querschnittsflächen aufweisen.Under circumstances is with the device according to the invention a lesser structural effort achievable if additional components How temperature control lines, pumps or heat exchangers are dispensable, since the device itself as a heat exchanger acts. In particular, by providing flow channels for different Temperiermedien is a more homogeneous temperature distribution and optionally a more uniform temperature output or addition and thus possibly an increased efficiency of Device allows. The use of two tempering media has an advantageous effect, in their heat capacity and / or Their physical state differ from each other and / or if the flow channels for the tempering have different shapes and / or cross-sectional areas.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine vorzugsweise diffusionsdurchlässige Membran zwischen einem ersten und einem zweiten Strömungskanal auf, so dass die Reaktionsmedien voneinander getrennt sind, wobei die chemische Reaktion über beispielsweise ionische Diffusion eines oder mehrerer Reaktanden durch die Membran hindurch ermöglicht wird.According to one preferred embodiment, the inventive device a preferably diffusion permeable membrane between a first and a second flow channel on, so that the reaction media are separated from each other, wherein the chemical reaction over for example ionic diffusion of one or more reactants through the membrane through it becomes.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kommunizieren die Strömungskanäle für die Reaktionsmedien miteinander, so dass die Reaktanden unmittelbar miteinander in Berührung kommen und sich unter Umständen miteinander vermischen können. Hierdurch wird die chemische Reaktion unter Umständen beschleunigt, so dass die Effizienz der Vorrichtung steigt.According to one alternative embodiment, the flow channels for the reaction media communicate with each other, so that the reactants come into direct contact with each other and in some circumstances can mix with each other. hereby the chemical reaction may be accelerated, so that the efficiency of the device increases.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen fünften Strömungskanal für ein drittes Temperiermedium auf, das sich von dem ersten und dem zweiten Temperiermedium unterscheidet. Hierdurch wird eine Beaufschlagung der Vorrichtung mit drei unterschiedlichen Temperiermedien unterschiedlicher Funktion ermöglicht. Beispielsweise kann ein Temperiermedium einer Wärmeabfuhr, einer Wärmezufuhr, einer Verdampfung und/oder einer insbesondere katalytisch unterstützten Umsetzung des Temperiermediums selbst dienen.Prefers has the device according to the invention a fifth flow channel for a third tempering medium, extending from the first and the second Temperature control differentiates. This will be an admission the device with three different tempering different Function allows. For example, a tempering medium of heat removal, a heat supply, an evaporation and / or a particular catalytically assisted implementation of Serve tempering itself.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kommuniziert zumindest ein Strömungskanal für ein Reaktionsmedium mit einem Strömungskanal für ein Temperiermedium. Hierdurch ist der betreffende Strömungskanal für das Temperiermedium als Zuführkanal für frisches und gegebenenfalls vortemperiertes Reaktionsmedium verwendbar.According to one preferred embodiment communicates at least one flow channel for a reaction medium with a flow channel for a temperature control medium. As a result, the relevant flow channel for the temperature control medium as a feed channel for fresh and optionally pre-tempered reaction medium usable.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist ein dritter oder vierter Strömungskanal einen Katalysator auf und ist besonders bevorzugt katalytisch beschichtet. Das erste beziehungsweise zweite Temperiermedium nimmt dann durch eine endotherme Reaktion Wärme auf oder gibt durch eine exotherme Reaktion Wärme ab, so daß einerseits die Wärmeabfuhr beziehungsweise -zufuhr unterstützt wird und andererseits die Vorrichtung gegebenenfalls eine weitere Funktion, nämlich die Durchführung der katalysierten Reaktion, insbesondere eine Reformierung, erfüllt.According to one advantageous embodiment has a third or fourth flow channel a catalyst, and is particularly preferably catalytically coated. The first or second temperature control medium then increases an endothermic reaction heat on or gives off by an exothermic reaction heat, so that on the one hand the heat dissipation or supply is supported and, on the other hand, the device optionally has another function, namely the implementation the catalyzed reaction, in particular a reforming fulfilled.

Bevorzugt ist der Katalysator auf einer Oberfläche angeordnet, die von anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelt ist. Somit kann die katalysierte Reaktion auch auf einem anderen Temperaturniveau ablaufen als dem der anderen Strömungskanäle. Besonders bevorzugt ist der Katalysator auf einem von den anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelten Scheibenelement angeordnet. Die thermische Entkopplung ist dabei insbesondere durch Vorsprünge an der Kanalwand und/oder dem Scheibenelement bewerkstelligt, wobei dann durch ein nur punktuelles und/oder linienförmiges Berühren ein Wärmefluß von der Kanalwand zu dem Scheibenelement oder umgekehrt gehemmt wird.Prefers the catalyst is placed on one surface, the other Flow channels thermally is decoupled. Thus, the catalyzed reaction on a other temperature level than that of the other flow channels. Especially Preferably, the catalyst is thermally decoupled on one of the other flow channels Disc element arranged. The thermal decoupling is included in particular by projections accomplished on the channel wall and / or the disc element, wherein then by a only punctiform and / or linear contact a heat flow from the channel wall to the Disc element or vice versa is inhibited.

Zusätzlich oder alternativ weist die jeweilige Kanalwand und/oder das von der jeweiligen Kanalwand thermisch entkoppelte Scheibenelement einen insbesondere als Oberflächenbeschichtung ausgebildeten thermischen Isolator auf. Eine thermische Isolation ist unter Umständen auch bei Strömungskanälen ohne Katalysator vorteilhaft.Additionally or alternatively, the respective channel wall and / or the one of the respective Channel wall thermally decoupled disc element a particular as a surface coating trained thermal insulator on. A thermal insulation is under circumstances even with flow channels without Catalyst advantageous.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst das von der jeweiligen Kanalwand thermisch entkoppelte Scheibenelement einen insbesondere katalytisch beschichteten Wabenkörper, insbesondere eine Wabenkeramik, die aufgrund ihres Ausgangsmaterials im Hinblick auf eine thermische Abkoppelung besonders geeignet ist und entweder mit oder ohne Einsatz einer punktuellen Anlage verwendbar ist.According to a preferred embodiment to sums the thermally decoupled from the respective channel wall disc element a particular catalytically coated honeycomb body, in particular a honeycomb ceramic, which is particularly suitable due to their starting material in terms of thermal decoupling and either with or without the use of a punctiform plant is used.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung umfasst das von der jeweiligen Kanalwand thermisch entkoppelte Scheibenelement ein ausgedehntes Metallgestrick oder ein ausgedehntes Metallfilz, das in besonders bevorzugter Ausführung mit einer oder zwei Kanalwänden des Flowfields elektrisch leitend verbunden ist, beispielsweise durch Lötung.According to one another preferred embodiment comprises the disc element thermally decoupled from the respective channel wall a broad metal knit or a stretched metal felt that in a particularly preferred embodiment with one or two channel walls the flowfield is electrically connected, for example by soldering.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung kommuniziert zumindest ein dritter und/oder vierter Strömungskanal mit einem ersten und/oder zweiten Strömungskanal. Dadurch dient zumindest ein Reaktionsmedium auch als Temperiermedium, nämlich vor oder nach der chemischen Reaktion. Dies dient beispielsweise einer Vorwärmung eines Reaktanden, gegebenenfalls unter Rückgewinnung von Reaktionsabwärme. Besonders bevorzugt ist dazu der dritte beziehungsweise vierte Strömungskanal mit einem Katalysator versehen, so dass zumindest ein Reaktand in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit relativ geringem energetischem Aufwand darstellbar ist.According to one preferred embodiment At least a third and / or fourth flow channel communicates with a first and / or second flow channel. This serves at least a reaction medium as a tempering, namely before or after the chemical Reaction. This serves, for example, to preheat a reactant, if appropriate under recovery of reaction heat. Particularly preferred is the third or fourth flow channel for this purpose provided with a catalyst, so that at least one reactant in the device according to the invention can be displayed with relatively little energy expenditure.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus Ausführungsbeispielen, anhand derer die Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:Further advantageous embodiments The invention results from the claims and from exemplary embodiments, on the basis of which the invention is described below with reference to the drawings is explained in more detail. Show it:

1 Ein Scheibenpaket zur Bildung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Explosionsdarstellung, 1 A disk package for forming a device according to the invention in exploded view,

2 eine Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion in Explosionsdarstellung, 2 an apparatus for performing a chemical reaction in exploded view,

3 eine Temperaturverteilung über Vorrichtungen zur Durchführung einer chemischen Reaktion, 3 a temperature distribution over devices for carrying out a chemical reaction,

4 eine Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion, 4 a device for carrying out a chemical reaction,

5 ein Scheibenpaket mit zwei Scheibenpaaren, 5 a disk package with two pairs of disks,

6 einen ausschnittsweisen Querschnitt dreier Scheiben, 6 a partial cross section of three panes,

7 einen ausschnittsweisen Querschnitt dreier Scheiben, 7 a partial cross section of three panes,

8 ein Schema eines Brennstoffzellensystems, 8th a schematic of a fuel cell system,

9 einen Querschnitt eines Scheibenpakets, 9 a cross section of a disk package,

10 einen Querschnitt eines Scheibenpakets, 10 a cross section of a disk package,

11 einen Querschnitt eines Scheibenpakets und 11 a cross section of a disc package and

12 ein Scheibenpaket. 12 a disc package.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst mehrere Scheiben (1, 2, 5, 6), von denen jeweils zwei ein Paar bilden (1, 2) bzw. (5, 6). Die Scheibenpaare sind vorteilhafterweise als kommunizierende Halbschalen gemäß DE 102 24 397 A1 ausgebildet. Zwischen zweien solcher Paare (1, 2) (5, 6) ist ein dritter Strömungskanal mit einer als Luftkühlflowfield (3, 4) ausgebildeten Turbulenzeinlage angeordnet, der beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Gebläse mit Kühlluft als erstem Temperiermedium versorgt werden kann. Ein Scheibenpaket wird somit dargestellt aus den zusammengefügten Teilen 1 bis 6, die beispielsweise durch Schweißen, Löten oder mechanisches Umformen fluiddicht miteinander verbunden werden.The embodiment according to 1 includes several discs ( 1 . 2 . 5 . 6 ), two of which form a pair ( 1 . 2 ) respectively. ( 5 . 6 ). The disk pairs are advantageously as communicating half-shells according to DE 102 24 397 A1 educated. Between two such pairs ( 1 . 2 ) ( 5 . 6 ) is a third flow channel with a Luftkühlflowfield ( 3 . 4 ) arranged turbulence insert, which can be supplied, for example, by a fan, not shown, with cooling air as the first tempering medium. A disk package is thus shown from the assembled parts 1 to 6 , which are fluid-tightly interconnected, for example, by welding, soldering or mechanical forming.

In einer besonders bevorzugten Ausführung werden die Komponenten 1, 2, 5 und 6 aus Edelstahl gefertigt und miteinander verschweißt oder verlötet. Das Kühlflowfield (3, 4), das auch aus einem einzelnen Bauteil bestehen kann, wird beispielsweise aus Aluminium gefertigt und nach dem Fügevorgang der Komponenten 1, 2, 5, 6 mechanisch platziert. Das aus allen Komponenten gebildete Scheibenpaket weist dann also voneinander unabhängige Strömungskanäle beispielweise für Kühlluft, Kühlflüssigkeit, Anodenversorgungsgas und Kathodenversorgungsgas auf.In a particularly preferred embodiment, the components 1 . 2 . 5 and 6 made of stainless steel and welded or soldered together. The cooling flowfield ( 3 . 4 ), which may also consist of a single component, is made of aluminum, for example, and after the joining process of the components 1 . 2 . 5 . 6 placed mechanically. The disk package formed from all components then has independent flow channels, for example for cooling air, cooling liquid, anode supply gas and cathode supply gas.

2 zeigt ebenfalls in Explosionsdarstellung eine Anordnung mehrer Scheibenpakete (7) als Scheibenstapel zur Bildung einer Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion. Die Scheibenpakete (7) werden dabei abwechselnd mit Membranen (8), die beidseitig mit Elektroden versehen sind, aufeinandergestapelt. 2 also shows an exploded view of an arrangement of several disk packs ( 7 ) as a disk stack to form a device for performing a chemical reaction. The disk packs ( 7 ) are alternated with membranes ( 8th ), which are provided on both sides with electrodes stacked on each other.

Die in dieser Darstellung gefügten Scheibenpakete weisen eine umlaufende Abdichtung (9) auf, die für eine Durchströmung mit dem ersten Temperiermedium Kühlluft zur Bildung von Ein- und/oder Austrittsöffnungen Unterbrechungen (10) aufweist. Das erste Temperiermedium wird also außerhalb der Scheibenelemente auf die durch Zwischenräume zwischen zwei Scheibenelemente gebildeten dritten Strömungskanäle verteilt beziehungsweise aus diesen gesammelt. Zu diesem Zweck schließen an den Scheibenstapel seitlich ein nicht dargestellter Verteil- und ein Sammelkanal an, die mit den dritten Strömungskanälen kommunizieren. Zusätzlich ist es möglich, mit Hilfe von geeigneten Umlenkkanälen eine serpentinenartige Durchströmung der dritten Strömungskanäle vorzusehen, wobei jeder der zwei oder mehr Serpentinenabschnitte wiederum mehrere parallel geschaltete Strömungskanäle, insbesondere aus verschiedenen Scheibenzwischenräumen, umfassen kann. Die Reaktionsmedien und das zweite Temperiermedium werden über Verteil- und Sammelkanäle innerhalb des Scheibenstapels zu- beziehungsweise abgeführt, wozu die einzelnen Scheiben beispielsweise rechteckförmige Durchbrüche aufweisen.The disk packs shown in this illustration have a circumferential seal ( 9 ), which for a flow with the first temperature control medium cooling air for the formation of inlet and / or outlet openings interruptions ( 10 ) having. The first tempering medium is therefore outside the Disc elements distributed on the third flow channels formed by spaces between two disc elements or collected from these. To this end, connect laterally to the disk stack a not shown distribution and a collecting channel, which communicate with the third flow channels. In addition, it is possible with the aid of suitable deflection channels to provide a serpentine flow through the third flow channels, wherein each of the two or more serpentine sections may in turn comprise a plurality of parallel flow channels, in particular from different interpane spaces. The reaction media and the second temperature control medium are supplied or removed via distribution and collection channels within the disk stack, for which purpose the individual disks have, for example, rectangular openings.

3 zeigt den qualitativen Verlauf der Temperatur T eines Reaktionsmediums entlang der Länge I eines Kühlluftkanals einer bekannten (11) und einer erfindungsgemäßen (12) Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion. Es zeigt sich deutlich, dass durch einen zusätzlichen Flüssigkühlkreislauf eine homogenere Temperaturverteilung entlang der Kühlluftkanäle erzielbar ist. Durch die Anordnung von vierten Strömungskanälen für ein flüssiges Kühlmedium jeweils zwischen den Strömungskanälen für die Reaktionsmedien und die Kühlluft wird das Temperaturprofil entlang der Kühlluftkanäle besonders vergleichmäßigt. 3 shows the qualitative course of the temperature T of a reaction medium along the length I of a cooling air channel of a known ( 11 ) and an inventive ( 12 ) Apparatus for carrying out a chemical reaction. It can be clearly seen that a more homogeneous temperature distribution along the cooling air channels can be achieved by means of an additional liquid cooling circuit. By arranging fourth flow channels for a liquid cooling medium in each case between the flow channels for the reaction media and the cooling air, the temperature profile along the cooling air channels is particularly uniform.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit interner (Dampf-)Reformierung eingesetzt. Dies geschieht dadurch, dass anstelle von Kühlluft einer der Reaktanden durch die dritten Strömungskanäle und anschließend durch die ersten oder zweiten Strömungskanäle strömt, indem die ersten beziehungsweise zweiten Strömungskanäle mit den dritten Strömungskanälen kommunizieren, beispielsweise über eine Verbindungsleitung oder aber innerhalb des Scheibenstapels.In Another particularly preferred embodiment is a device according to the invention used with internal (steam) reforming. This happens by that instead of cooling air one of the reactants through the third flow channels and then through the first or second flow channels flow by the first and second flow channels communicate with the third flow channels, for example via a Connecting cable or within the disk stack.

In einer spezielleren Ausführungsform wird ein Bereich für die Verdampfung des flüssigen Kraftstoffs erzeugt, der dem eigentlichen Reformierungsbereich funktional vorgeschaltet ist, aber zur Erzielung einer Verdampfung ohne chemische Reformierungsreaktion nicht über eine katalytische Beschichtung verfügt. Bei diesem Anwendungsfall werden die Segmente (3, 4) oder ein entsprechendes Bauteil zumindest teilweise mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Für den Fall, dass eine Verdampfung von flüssigen Kraftstoffkomponenten vorgesehen ist, wird im Verdampfungsbereich, der am Reformateintrittsbereich beginnt und über eine geeignete Ausdehnung entlang eines Kanals verfügt, keine katalytische Beschichtung angebracht.In a more specific embodiment, an area for the vaporization of the liquid fuel is provided, which is functionally upstream of the actual reforming area, but does not have a catalytic coating to achieve evaporation without a chemical reforming reaction. In this case, the segments ( 3 . 4 ) or a corresponding component at least partially provided with a catalytic coating. In the event that evaporation of liquid fuel components is provided, no catalytic coating is applied in the evaporation zone, which begins at the reformate entry zone and has a suitable expansion along a channel.

Der Anteil an elektrisch nicht nutzbarer Abwärme an der chemisch freigesetzten Energie ergibt sich dabei aus dem Verhältnis der Differenz von reversibler Wärmetönung [1,48V] und der elektrischen Zellspannung im jeweiligen Betriebspunkt zur reversiblen Wärmetönung. Wird der Reformierungsprozess so gefahren, dass die für die Verdampfung und/oder Reformierung erforderliche Wärmemenge der Abwärme entspricht, kann ein solches System sogar autotherm und völlig ohne externen Kühler betrieben werden.Of the Share of electrically unusable waste heat at the chemically released Energy results from the ratio of the difference of reversible Catalyst [1,48V] and the electrical cell voltage at the respective operating point for reversible heat of reaction. Becomes the reforming process so driven that for the evaporation and / or Reforming required amount of heat the waste heat equivalent, such a system can even be autothermal and completely without external cooler operate.

In einer besonders bevorzugten Ausführung wird als Kühlmedium zur Einstellung eines isothermen Zustandes ein Kraftstoff-Wasser-Gemisch verwendet, das im Bereich des Kühlflowfields zwischen den Platten (12) bzw. (56) aufgewärmt wird und im Folgenden im Bereich des Reformierungsflowfields (Teile 34) dampfreformiert wird.In a particularly preferred embodiment, a fuel-water mixture is used as cooling medium for setting an isothermal state, which in the region of the cooling flow field between the plates (FIG. 1 - 2 ) respectively. ( 5 - 6 ) and subsequently in the area of the reforming flowfield (parts 3 - 4 ) is steam reformed.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird das Kraftstoff-Wasser-Gemisch unter Druck geführt, so dass es im Bereich des Kühlflowfields in flüssiger Form vorliegt und vor dem Eintritt ins Reformierungsflowfield druckentspannt, so dass hier eine schlagartige Verdampfung eintritt als Vorbereitung für die Reformierungsreaktion.In Another preferred embodiment the fuel-water mixture under pressure, so it's in the area of the cooling flowfield in liquid Form and before the entry into the Reformierungsflowfield pressure-relieved, so that here comes a sudden evaporation as preparation for the Reforming reaction.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird der Betriebspunkt beziehungsweise die Abwärme des Stapels so eingestellt, dass der Vorgang des Aufheizens des Kraftstoff-Wasser-Gemischs in Verbindung mit der Dampfreformierung durch die bei der chemischen Reaktion entstehende Abwärme energetisch zumindest teilweise gedeckt wird, so dass ein autothermer Betrieb gefördert wird. Grundsätzlich ist diese Anordnung für jede endotherme oder leicht exotherme Reaktionskombination geeignet.In Another preferred embodiment set the operating point or the waste heat of the stack, that the process of heating the fuel-water mixture in Compound with the steam reforming by the chemical Reaction resulting waste heat energetically at least partially covered, so that an autothermal Operation promoted becomes. in principle is this arrangement for any endothermic or slightly exothermic reaction combination suitable.

Im Rahmen einer katalytisch gekühlten Vorrichtung mit interner Reformierung (beispielsweise Methanolreformierung) kann die Reformierung durch die erfindungsgemäße quasi-isotherme Temperaturverteilung im ganzen katalytisch beschichteten Bereich unter Umständen effizienter ablaufen.in the Frame of a catalytically cooled Device with internal reforming (for example methanol reforming) can the reforming by the quasi-isothermal temperature distribution according to the invention may be more efficient throughout the catalytically coated area expire.

4 zeigt einen Brennstoffzellensystemcluster 13 mit Bipolarplatten 15, der beispielsweise gemäß 2 aufgebaut ist. Dritte Strömungskanäle 14 in einer Kühlzone 23 dienen einer Durchströmung mit Kühlluft. Durch den Einsatz eines insbesondere geschlossenen Flüssig-Kühlkreislaufs durch äußerlich nicht sichtbare vierte Strömungskanäle kann der Kühleffekt der Kühlluft auf benachbarte Bipolarplatten übertragen werden, so dass nicht jeder dritte Strömungskanal für die Kühlfunktion genutzt werden muß. Die somit gewissermaßen freiwerdenden dritten Strömungskanäle sind für verschiedene andere Aufgaben im Brennstoffzellensystem verwendbar. 4 shows a fuel cell system cluster 13 with bipolar plates 15 , for example, according to 2 is constructed. Third flow channels 14 in a cooling zone 23 serve a flow with cooling air. By using a particular closed liquid-cooling circuit by externally invisible fourth flow channels, the cooling effect of the cooling air can be transferred to adjacent bipolar plates, so that not every third flow channel must be used for the cooling function. The thus released so to speak third flow channels are for various others Tasks in the fuel cell system usable.

In einer Verdampfungszone 16 wird Wasser oder ein Wasser-Kraftstoff-Gemisch 18 in dritten Kanälen 17 verdampft, so dass unter Umständen auf einen Verdampfer als Vorstufe für den Reformer als eigenständiges Bauteil verzichtet werden kann.In an evaporation zone 16 becomes water or a water-fuel mixture 18 in third channels 17 evaporates, so that it may be possible to dispense with an evaporator as a precursor for the reformer as an independent component.

In einer Reformierungszone 19 geschieht eine partielle Oxidation, eine autotherme Reformierung oder eine Dampfreformierung, wobei die dortigen dritten Strömungskanäle 20 gegebenenfalls eine geeignete katalytische Beschichtung der Kanalwände mit einem für die jeweilige Aufgabe geeigneten Katalysator aufweisen. Unter Umständen kann somit auf einen Reformer als eigenständiges Bauteil verzichtet werden.In a reforming zone 19 happens a partial oxidation, an autothermal reforming or steam reforming, where the local third flow channels 20 optionally have a suitable catalytic coating of the channel walls with a suitable catalyst for the respective task. Under certain circumstances can thus be dispensed with a reformer as an independent component.

In einer Niedertemperatur-Shift-Zone 21 sind dritte Strömungskanäle 22 für eine Wassergas-Shiftreaktion vorgesehen, die gegebenenfalls auch mittels eines Katalysators unterstützt wird. Unter Umständen kann somit auf einen NT-Shift-Reaktor als eigenständiges Bauteil verzichtet werden.In a low-temperature shift zone 21 are third flow channels 22 intended for a water gas shift reaction, which is optionally supported by means of a catalyst. Under certain circumstances can therefore be dispensed with an NT shift reactor as an independent component.

Die dritten Strömungskanäle der unterschiedlichen Zonen sind über geeignete, nicht näher dargestellte Verbindungskanäle miteinander verbunden, so dass das jeweilige Fluid, wie durch die Pfeile 24, 25 angedeutet, von einer Zone in die jeweils nächste Zone übertritt. In ähnlicher Weise wird das aufbereitete Anodengas, wie durch die Pfeile 26 angedeutet, einem Anodengasverteilerkanal 27 zugeführt. Parallel dazu wird Kathodengas 28 einem Kathodengasverteilerkanal 29 zugeführt.The third flow channels of the different zones are connected to each other via suitable connection channels, not shown, so that the respective fluid, as shown by the arrows 24 . 25 indicated, passes from one zone to the next zone. Similarly, the treated anode gas becomes as indicated by the arrows 26 indicated, an anode gas distribution channel 27 fed. Parallel to this is cathode gas 28 a cathode gas distribution channel 29 fed.

Gemäß nicht gezeigter Ausführungsformen werden in bestimmten Zonen dritte Strömungskanäle für eine selektive Oxidation oder eine Anodenabgasverbrennung eingesetzt. Die dafür bislang vorgesehenen, eigenständigen Bauteile können dann grundsätzlich entfallen.Not according to shown embodiments in certain zones third flow channels for a selective Oxidation or anode exhaust gas combustion used. The so far provided, separate Components can then basically omitted.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird durch Beaufschlagen dritter Strömungskanäle mit Reaktionsluft für einen ATR („autotherme Reformierung")-Reformer die benötigte Luft vorgewärmt, so dass die ATR-Reaktion unter Umständen gleichmäßiger abläuft und eine entsprechende Vorwärmstufe als eigenständiges Bauteil wegfällt.According to one another embodiment By applying third flow channels with reaction air for a ATR ("autothermal Reforming ") - Reformer the needed Air preheated, so that the ATR reaction may run more smoothly and a corresponding preheating stage as independent Component is eliminated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird durch Beaufschlagen dritter Strömungskanäle mit Reaktionsluft für den kathodenseitigen Brennstoffzellenprozess das Kathodengas vorgewärmt, so dass am Kathodengaseintritt des Brennstoffzellenstapels auftretende negative Temperatureffekte (wie beispielsweise Elektrolytalterung, Kondensation, etc.) reduziert oder verhindert werden.According to one another embodiment is by applying third flow channels with reaction air for the cathode side Fuel cell process preheated the cathode gas, so that at the cathode gas inlet the fuel cell stack occurring negative temperature effects (such as electrolyte aging, condensation, etc.) reduced or prevented.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird durch Integration eines geeigneten Transformationskatalysators (aktive Entschwefelung) oder eines geeigneten Adsorbens (passive Entschwefelung) in die dritten Strömungskanäle, beispielsweise durch Beschichtung der Wände und/oder durch Einfüllen von chemisch aktivem Schüttgut, wie beispielsweise Pellets, Tabletten etc., und Sicherung gegen Austrag aus dem Strömungskanalbereich, beispielsweise mittels Gitter an beiden Enden der Strömungskanäle, eine Entschwefelung des verwendeten Brennstoffes ermöglicht. Diese Entschwefelung kann grundsätzlich am flüssigen oder dampfförmigen Kraftstoff vor der Reformierung erfolgen oder auch am Reformat nach der Reformierung durchgeführt werden. Durch das hierdurch erzielte Absenken des Schwefelgehalts im Reformat wird im Folgenden die Deaktivierung katalytisch aktiver Komponenten (z.B. Shiftstufen) verringert oder vermieden und die Lebensdauer und Effizienz des Brennstoffzellensystems gesteigert.According to one another embodiment is achieved by integration of a suitable transformation catalyst (active desulfurization) or a suitable adsorbent (passive Desulfurization) in the third flow channels, for example by coating the walls and / or by filling of chemically active bulk material, such as pellets, tablets, etc., and securing against Discharge from the flow channel area, For example, by means of grids at both ends of the flow channels, a desulfurization allows the fuel used. This desulphurization can basically on liquid or vaporous Fuel before reforming or on the reformate after the Reforming carried out become. By thus lowering the sulfur content In the following, deactivation becomes catalytically more active in the reformate Reduced or avoided components (e.g., shift steps) and the Increased service life and efficiency of the fuel cell system.

In einer besonders bevorzugten Ausführung wird das Schüttgut nach Erreichen einer definierten Mindestaktivitätsschwelle gegen unverbrauchte Ware ausgetauscht. Zur Vereinfachung dieses Austauschs kann das Schüttgut in Form einer geeignet geformten Austauschpatrone in die vierflutige Bipolarplatte eingesetzt und gegebenenfalls einfach ausgewechselt werden.In a particularly preferred embodiment the bulk material After reaching a defined minimum activity threshold against unused goods replaced. To simplify this exchange, the bulk material can in Shape of a suitably shaped replacement cartridge in the four-flow Inserted bipolar plate and optionally simply replaced become.

Voraussetzung für die meisten der oben genannten Aufgaben ist ein relativ hohes Temperaturniveau, das zweckmäßigerweise durch Betrieb des Brennstoffzellensystemclusters in Verbindung mit Membran-Elektroden-Einheiten unter Verwendung von Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membranen und der Ausnutzung der entsprechenden Nenn-Betriebstemperaturen (100...200°C) bereitgestellt werden kann.requirement for the most of the above tasks is a relatively high temperature level, that expediently by operating the fuel cell system cluster in conjunction with membrane-electrode assemblies using High-temperature polymer electrolyte membranes and the utilization of the corresponding rated operating temperatures (100 ... 200 ° C) can be provided.

Hier ist zu unterscheiden zwischen Prozessen, die bei Zelltemperatur ablaufen (zum Beispiel Verdampfung, Niedertemperatur(NT)-Shiftreaktion, Kühlung) und Prozessen, die zwar bei Zelltemperatur starten können, gewöhnlich aber adiabater Natur sind und bei höheren Temperaturen als Zelltemperatur ablaufen (zum Beispiel autotherme Reformierung, partielle Oxidation, Niedertemperatur-Shiftreaktion, selektive Oxidation, Anodenabgasverbrennung).Here is to differentiate between processes at cell temperature run (for example, evaporation, low temperature (NT) -Shiftreaktion, cooling) and Processes that can start at cell temperature, but are usually adiabatic in nature and at higher Temperatures occur as cell temperature (for example, autothermal Reforming, partial oxidation, low-temperature shift reaction, selective Oxidation, anode exhaust gas combustion).

Um Prozesse der letztgenannten Art beispielsweise in einem Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellensystemcluster ablaufen lassen zu können, ist die Ausbildung unterschiedlicher Temperaturniveaus innerhalb des Brennstoffzellensystemclusters zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist der für die jeweilige Reaktion geeignete Katalysator bevorzugt auf einer Oberfläche angeordnet, die von anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelt ist.Around For example, processes of the latter type in a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell system cluster to be able to drain is the formation of different temperature levels within enable the fuel cell cluster. For this purpose is the for the particular reaction is preferably on a catalyst Surface arranged, that of other flow channels thermally is decoupled.

Gemäß 5 und 6 ist ein Katalysator auf einem von den anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelten Scheibenelement 31 angeordnet. Die thermische Entkopplung ist dabei insbesondere durch Vorsprünge 32 an der Kanalwand des dritten Strömungskanals 33 bewerkstelligt, indem ein Wärmefluß von dem Scheibenelement 31 zur Kanalwand dadurch gehemmt wird, dass das Scheibenelement 31 die Kanalwand nur punktuell, nämlich an den Spitzen der Vorsprünge, berührt, insbesondere mit der Kanalwand verlötet ist. Durch Verwendung des Scheibenelements 31 werden adiabate Reaktionen von der Wandtemperatur des Multifunktionsflowfields entkoppelt, so dass hier Reaktionen mit höherer Temperatur ablaufen können.According to 5 and 6 is a catalyst on one of the other flow channels thermally decoupled disc element 31 arranged. The thermal decoupling is in particular by projections 32 on the channel wall of the third flow channel 33 accomplished by a heat flow from the disk element 31 is inhibited to the channel wall, that the disc element 31 the channel wall only selectively, namely at the tips of the projections, touched, in particular soldered to the channel wall. By using the disc element 31 For example, adiabatic reactions are decoupled from the wall temperature of the multifunctional flowfield so that higher temperature reactions can occur.

Alternativ oder, wie in 7 dargestellt, zusätzlich zu einer nur punktuellen Berührung und je nach Höhe der gewünschten Temperatur ist die Reaktion durch Einsatz von Wärmedämmschichten 34 an den Kanalwänden der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Strömungskanäle von der Zelltemperatur abschirmbar. Geeignet für diesen Verwendungszweck sind keramische Wärmedämmschichten, wie zum Beispiel Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminium-Titanoxid (Al2O3/TiO2), Zirkonkorung (Al2O3/ZrO2), Mullit (Al2O3/SiO2), Spinelle (Al2O3·MgO), Zirkonoxid (Mg-ZrO2), Zirkonsilikat (ZrSiO4), etc.Alternatively or, as in 7 shown, in addition to a one-touch contact and depending on the height of the desired temperature, the reaction is by using thermal barrier coatings 34 can be shielded from the cell temperature at the channel walls of the first, second, third and / or fourth flow channels. Suitable for this purpose are ceramic thermal barrier coatings such as alumina (Al 2 O 3 ), aluminum-titanium oxide (Al 2 O 3 / TiO 2 ), zirconia (Al 2 O 3 / ZrO 2 ), mullite (Al 2 O 3 / SiO 2 ), spinels (Al 2 O 3 .MgO), zirconium oxide (Mg-ZrO 2 ), zirconium silicate (ZrSiO 4 ), etc.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform eines Brennstoffzellensystemclusters werden die vierten Strömungskanäle für das flüssige Kühlmittel durch einen Aufbau analog zur Ausgestaltung eines Wärmerohres ersetzt.In a non-illustrated embodiment of a Fuel cell system clusters undergo the fourth flow channels for the liquid coolant replaced a structure analogous to the design of a heat pipe.

Hierdurch kann auf den Einsatz einer Pumpe zur Umwälzung des Flüssigkühlmediums verzichtet werden, wodurch sich gegebenenfalls ein weiterer Bauraumgewinn und unter Umständen eine Verbesserung des Systemwirkungsgrades ergibt.hereby may be due to the use of a pump for circulating the liquid cooling medium be omitted, which may be a further space gain and possibly gives an improvement of the system efficiency.

Die Erfindung ermöglicht es unter Umständen, ein vereinfachtes System zu schaffen, mit dem die beim Stand der Technik erforderliche Vielzahl von Komponenten verzichtbar wird und gegebenenfalls eine Kosten- und/oder Bauraumreduzierung möglich ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform fasst die erfindungsgemäße Vorrichtung alle wesentlichen Komponenten aus 8 in einer einzigen Baugruppe – einem Brennstoffzellensystemclusterzusammen. Hierdurch wird der Bauraumbedarf des Brennstoffzellensystems reduziert und unter Umständen eine Kostenreduzierung erzielt. Bei anderen Ausgestaltungen ist eine nur teilweise Übernahme von Systemfunktionen in den Brennstoffzellensystemcluster verwirklicht, wobei weitere, funktional eigenständige Bauteile im System verbleiben.Under certain circumstances, the invention makes it possible to provide a simplified system with which the multiplicity of components required in the prior art can be dispensed with and, if appropriate, a cost and / or installation space reduction is possible. In an advantageous embodiment, the device according to the invention comprises all essential components 8th in a single assembly - a fuel cell cluster. As a result, the space requirement of the fuel cell system is reduced and possibly achieved a cost reduction. In other embodiments, only partial adoption of system functions in the fuel cell system cluster is realized, with further, functionally independent components remaining in the system.

9 zeigt einen Querschnitt eines Scheibenpakets, das zwischen einer oberen Membran-Elektroden-Einheit (MEA) 41 und einer unteren MEA 42 angeordnet ist. Erste Strömungskanäle 43 dienen einer Beaufschlagung der oberen MEA 41 mit einem Kathodengas, während zweite Strömungskanäle 44 einer Beaufschlagung der unteren MEA 42 mit einem Anodengas dienen. Dritte Strömungskanäle 45 dienen der Führung eines ersten Temperiermediums, beispielsweise Kühlmittel oder Kühlluft. Die ersten Strömungskanäle 43 kommunizieren über Durchbrüche 46 in einer benachbarten Scheibe mit vierten Strömungskanälen, wodurch eine Kathodengaszudosierung entlang der ersten Strömungskanäle möglich wird. 9 shows a cross-section of a disc pack that is interposed between an upper membrane-electrode assembly (MEA) 41 and a lower MEA 42 is arranged. First flow channels 43 serve to load the upper MEA 41 with a cathode gas, while second flow channels 44 an admission of the lower MEA 42 to serve with an anode gas. Third flow channels 45 serve to guide a first tempering medium, for example, coolant or cooling air. The first flow channels 43 communicate via breakthroughs 46 in an adjacent disk with fourth flow channels, whereby a Kathodenengaszudosierung along the first flow channels is possible.

10 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Scheibenpakets, welches zwischen einer oberen Membran-Elektroden-Einheit (MEA) 51 und einer unteren MEA 52 angeordnet ist. Erste Strömungskanäle 53 dienen einer Beauf schlagung der oberen MEA 51 mit einem Kathodengas, während zweite Strömungskanäle 54 einer Beaufschlagung der unteren MEA 52 mit einem Anodengas dienen. Dritte Strömungskanäle 55 dienen der Führung eines ersten Temperiermediums, beispielsweise Kühlluft. Die ersten Strömungskanäle 53 kommunizieren über fluchtende Durchbrüche 56 zweier zueinander benachbarter Scheiben mit den dritten Strömungskanälen 55, wodurch eine Kathodengaszudosierung insbesondere mit Luft oder Sauerstoff entlang der ersten Strömungskanäle möglich wird. Vierte Strömungskanäle dienen der Führung eines zweiten Temperiermediums, beispielsweise flüssigen Kühlmittels. 10 shows a cross-section of another disk pack which is interposed between an upper membrane electrode assembly (MEA) 51 and a lower MEA 52 is arranged. First flow channels 53 serve to apply to the upper MEA 51 with a cathode gas, while second flow channels 54 an admission of the lower MEA 52 to serve with an anode gas. Third flow channels 55 serve to guide a first tempering, such as cooling air. The first flow channels 53 communicate via aligned breakthroughs 56 two adjacent discs with the third flow channels 55 whereby a Kathodenengaszudosierung in particular with air or oxygen along the first flow channels is possible. Fourth flow channels serve to guide a second tempering medium, for example liquid coolant.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind einige oder alle dritten Strömungskanäle einseitig mit einer Kathodengasquelle, wie beispielsweise einem Kompressor, verbunden und auf der anderen Seite verschlossen.In a particularly preferred embodiment some or all third flow channels are one-sided with a cathode gas source, such as a compressor, connected and on the other Side closed.

11 zeigt einen Querschnitt eines Scheibenpakets, das zwischen einer oberen Membran-Elektroden-Einheit (MEA) 61 und einer unteren MEA 62 angeordnet ist. Erste Strömungskanäle 63 dienen einer Beaufschlagung der oberen MEA 61 mit einem Kathodengas, während zweite Strömungskanäle 64 einer Beaufschlagung der unteren MEA 62 mit einem Anodengas dienen. Dritte Strömungskanäle 65 dienen der Führung eines ersten Temperiermediums, beispielsweise Kühlmittel oder Kühlluft. Die ersten Strömungskanäle 63 kommunizieren über Durchbrüche 66 in einer benachbarten Scheibe mit vierten Strömungskanälen 67, wodurch eine Kathodengaszudosierung beispielsweise mit Reaktionsluft entlang der ersten Strömungskanäle möglich wird. Fünfte Strömungskanäle 68 dienen der Führung eines dritten Temperiermediums, beispielsweise eines flüssigen Kühlmittels oder Kühlluft. Die dritten Strömungskanäle 65 und/oder die fünften Strömungskanäle 68 sind bei diesem Ausführungsbeispiel auch für die Verdampfung, Umsetzung und dergleichen des ersten beziehungsweise dritten Temperiermediums verwendbar. 11 shows a cross-section of a disc pack that is interposed between an upper membrane-electrode assembly (MEA) 61 and a lower MEA 62 is arranged. First flow channels 63 serve to load the upper MEA 61 with a cathode gas, while second flow channels 64 an admission of the lower MEA 62 to serve with an anode gas. Third flow channels 65 serve to guide a first tempering medium, for example, coolant or cooling air. The first flow channels 63 communicate via breakthroughs 66 in an adjacent disc with fourth flow channels 67 whereby a Kathodenengaszudosierung example, with reaction air along the first flow channels is possible. Fifth flow channels 68 serve to guide a third tempering medium, for example a liquid coolant or cooling air. The third flow channels 65 and / or the fifth flow channels 68 are in this embodiment also for the evaporation, reaction and the like of the first and third tempering used.

12 zeigt ein Scheibenpaket mit ersten Strömungskanälen 73 und zweiten Strömungskanälen 74. Dritte Strömungskanäle 75 dienen der Führung eines ersten Temperiermediums, beispielsweise Kühlmittel oder Kühlluft, während vierte Strömungskanäle 77, 78 der Führung eines zweiten Temperiermediums dienen. Die dritten Strömungskanäle sind durch eine Mehrzahl parallel angebrachter Scheibenelemente 79, die in besonderes bevorzugter Ausführung konturiert sind, beispielsweise in Form einer Wellrippe, in mehrere Teilkanäle unterteilt. Hierdurch wird die gegebenenfalls von den ersten, zweiten und/oder vierten Strömungskanälen thermisch entkoppelte Oberfläche der dritten Strömungskanäle 75 beispielsweise für eine insbesondere katalytische Reaktion vergrößert. 12 shows a disk pack with first flow channels 73 and second flow channels 74 , Third flow channels 75 serve to guide a first tempering, for example, coolant or cooling air, while fourth flow channels 77 . 78 serve the leadership of a second tempering. The third flow channels are by a plurality of parallel mounted disc elements 79 , which are contoured in a particular preferred embodiment, for example in the form of a corrugated fin, divided into a plurality of sub-channels. As a result, the surface of the third flow channels, which is optionally thermally decoupled from the first, second and / or fourth flow channels, becomes 75 for example, increased for a particular catalytic reaction.

Claims (41)

Vorrichtung zur Durchführung einer chemischen Reaktion, insbesondere zur Erzeugung elektrischer Energie, mit zumindest einem ersten Strömungskanal für ein erstes Reaktionsmedium, zumindest einem zweiten Strömungskanal für ein sich von dem ersten Reaktionsmedium unterscheidendes zweites Reaktionsmedium, zumindest einem dritten Strömungskanal für ein erstes Temperiermedium und zumindest einem vierten Strömungskanal für ein sich von dem ersten Temperiermedium unterscheidendes zweites Temperiermedium.Device for carrying out a chemical reaction, in particular for the generation of electrical energy, with at least one first flow channel for a first reaction medium, at least one second flow channel for a second reaction medium different from the first reaction medium, at least a third flow channel for a first temperature control medium and at least a fourth flow channel for a different from the first tempering second tempering. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweils mehrere erste, zweite, dritte und/oder vierte Strömungskanäle.Apparatus according to claim 1, characterized by in each case a plurality of first, second, third and / or fourth flow channels. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen fünften Strömungskanal für ein sich von dem ersten und dem zweiten Temperiermedium unterscheidendes drittes Temperiermedium.Device according to one of the preceding claims, characterized through a fifth flow channel for a different from the first and the second tempering medium third temperature control medium. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein erster und/oder zweiter Strömungskanal mit zumindest einem dritten und/oder vierten Strömungskanal kommunizierend verbunden ist, insbesondere über einen oder mehrere Durchbrüche in einer Trennwand zwischen dem ersten oder zweiten Strömungskanal und dem dritten oder vierten Strömungskanal.Device according to one of the preceding claims, wherein at least one first and / or second flow channel with at least one third and / or fourth flow channel is communicatively connected, in particular via one or more breakthroughs in one Partition between the first or second flow channel and the third or fourth flow channel. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das zweite Temperiermedium in seiner Wärmekapazität oder seinem Aggregatzustand von dem ersten Temperiermedium unterscheidet.Device according to one of the preceding claims, wherein the second temperature control in its heat capacity or its state of aggregation different from the first temperature control. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der vierte Strömungskanal in seiner Form oder Querschnittsfläche von dem dritten Strömungkanal unterscheidet.Device according to one of the preceding claims, wherein the fourth flow channel in its shape or cross-sectional area of the third flow channel different. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Temperiermedium gasförmig ist und insbesondere Luft aufweist oder daraus besteht.Device according to one of the preceding claims, wherein the first tempering gaseous is and in particular comprises or consists of air. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Temperiermedium flüssig ist und insbesondere Wasser aufweist oder daraus besteht.Device according to one of the preceding claims, wherein the second temperature control liquid is and in particular comprises or consists of water. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Reaktionsmedium gasförmig ist und insbesondere Wasserstoff, Sauerstoff oder Luft aufweist oder daraus besteht.Device according to one of the preceding claims, wherein the first and / or the second reaction medium is gaseous and in particular hydrogen, oxygen or air or it consists. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein dritter und/oder vierter Strömungskanal einen Katalysator für eine chemische Reaktion des ersten beziehungsweise zweiten Temperiermediums aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein at least a third and / or fourth flow channel a catalyst for a chemical Reaction of the first and second tempering medium has. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator als Schüttgut, insbesondere Pulver, Granulat, Tabletten, Pellets oder dergleichen, ausgebildet ist oder in einem Schüttgut enthalten ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the catalyst as bulk material, in particular powder, granules, tablets, pellets or the like, is formed or contained in a bulk material. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator in einer insbesondere austauschbaren Patrone gehalten ist, die bevorzugt als Käfig für ein Schüttgut ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the catalyst is held in a particular replaceable cartridge which is preferred as a cage for a bulk is trained. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator auf einer Oberfläche angeordnet ist, die von anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the catalyst on a surface is arranged, which is thermally decoupled from other flow channels. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Katalysator auf einem von anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelten Scheibenelement angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the catalyst on a thermally decoupled from other flow channels disc element is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Kanalwand und/oder das von anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelte Scheibenelement Vorsprünge aufweist, wobei sich die Kanalwand und das von anderen Strömungskanälen thermisch entkoppelte Scheibenelement insbesondere nur an den Vorsprüngen berühren.Device according to one of the preceding claims, wherein the respective channel wall and / or thermally from other flow channels decoupled disc element having projections, wherein the Channel wall and the thermally decoupled from other flow channels disc element especially only on the projections touch. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Kanalwand und/oder das von der jeweiligen Kanalwand thermisch entkoppelte Scheibenelement einen insbesondere als Oberflächenbeschichtung ausgebildeten thermischen Isolator aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the respective channel wall and / or thermally entkop of the respective channel wall Pelte disc element has a particular designed as a surface coating thermal insulator. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermisch entkoppelte Scheibenelement einen insbesondere katalytisch beschichteten Wabenkörper umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the thermally decoupled disc element a particular catalytic coated honeycomb body includes. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermisch entkoppelte Scheibenelement teilweise oder ganz aus einem keramischen Material besteht.Device according to one of the preceding claims, wherein the thermally decoupled disc element partially or completely a ceramic material. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermisch entkoppelte Scheibenelement ein Fasermaterial, insbesondere ein Gestrick oder Filz umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the thermally decoupled disc element is a fiber material, in particular includes a knit or felt. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermisch entkoppelte Scheibenelement teilweise oder ganz aus einem Metall besteht und insbesondere mit wenigstens einer Kanalwand elektrisch leitend verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the thermally decoupled disc element partially or completely a metal and in particular with at least one channel wall is electrically connected. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein dritter und/oder vierter Strömungskanal mit einem ersten und/oder zweiten Strömungskanal kommuniziert.Device according to one of the preceding claims, wherein at least a third and / or fourth flow channel with a first and / or second flow channel communicated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Verteil- und/oder Sammelkanal zur Verteilung beziehungsweise Sammlung des jeweiligen Mediums auf die beziehungsweise aus den ersten, zweiten, dritten beziehungsweise vierten Strömungskanälen.Device according to one of the preceding claims, characterized by at least a first, second, third and / or fourth Distribution and / or collection channel for distribution or collection of the respective medium to or from the first, second, third and fourth flow channels. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Scheibenelemente aufweist, wobei zumindest ein erster, zweiter, dritter und/oder vierter Strömungskanal durch einen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Scheibenelementen gebildet wird.Device according to one of the preceding claims, wherein the device comprises disc elements, wherein at least a first, second, third and / or fourth flow channel through a gap is formed between two adjacent disk elements. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei benachbarte Scheibenelemente als insbesondere aufeinander zuweisende Halbschalen ausgebildet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein two adjacent disk elements as in particular facing each other half shells are formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein erster, zweiter, dritter und/oder vierter Strömungskanal als Einprägung in einem Scheibenelement ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein at least a first, second, third and / or fourth flow channel as an imprint in a disc element is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein erster, zweiter, dritter und/oder vierter Strömungskanal serpentinenartig ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein at least a first, second, third and / or fourth flow channel serpentine formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibenelemente Durchbrüche zur Bildung des oder der Verteil- und/oder Sammelkanäle aufweisen.Device according to one of the preceding claims, wherein the disk elements breakthroughs for the formation of the distribution and / or collecting channels exhibit. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Verteil- und/oder Sammelkanal außerhalb der Scheiben elemente angeordnet ist und mit dem Zwischenraum zwischen zwei Scheibenelementen kommuniziert.Device according to one of the preceding claims, wherein at least one distribution and / or collection channel outside the discs elements is arranged and with the space between two disc elements communicated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Strömungskanal miteinander kommunizieren.Device according to one of the preceding claims, wherein the first and the second flow channel communicate with each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Strömungskanal durch zumindest eine insbesondere diffusionsdurchlässige Membran voneinander getrennt sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the first and the second flow channel by at least one in particular diffusion-permeable membrane are separated from each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Scheibenelemente aus Metall oder einer Legierung bestehen.Device according to one of the preceding claims, wherein Disc elements made of metal or an alloy. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein erster, zweiter, dritter und/oder vierter Strömungskanal zumindest ein Oberflächenvergrößerungselement aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein at least a first, second, third and / or fourth flow channel at least one surface enlargement element having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Oberflächenvergrößerungselement durch eine Turbulenzeinlage oder durch eine Wandeinprägung und/oder -ausprägung gebildet wird.Device according to one of the preceding claims, wherein at least one surface enlargement element by a turbulence insert or by a Wandeinprägung and / or -ausprägung formed becomes. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei benachbarte Scheibenelemente umlaufend dichtend miteinander verbunden sind, insbesondere durch Schweißen, Löten und/oder mechanisches Umformen.Device according to one of the preceding claims, wherein two adjacent disc elements circumferentially sealing each other are connected, in particular by welding, soldering and / or mechanical forming. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster, zweiter, dritter und/oder vierter Strömungskanal Teil eines geschlossenen Kreislaufs ist.Device according to one of the preceding claims, wherein a first, second, third and / or fourth flow channel Is part of a closed cycle. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster, zweiter, dritter und/oder vierter Strömungskanal Teil eines Kreislaufs mit einer Fluidfördereinrichtung ist.Device according to one of the preceding claims, wherein a first, second, third and / or fourth flow channel Part of a circuit with a fluid conveyor is. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen einem ersten und/oder zweiten Strömungskanal und einem dritten Strömungskanal ein vierter Strömungskanal angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein between a first and / or second flow channel and a third flow channel a fourth flow channel is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Scheibenelement zumindest eine Vertiefung, insbesondere Einprägung zur Bildung eines ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Strömungskanals aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein at least one disc element has at least one recess, in particular stamped to form a first, second, third and / or fourth flow channel. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibenelemente zur Bildung eines Scheibenstapels aufeinandergestapelt sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the disk elements are stacked to form a disk stack are. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils einige, insbesondere vier Scheibenelemente zu einem Scheibenpaket aufeinandergestapelt sind, und daß die Scheibenpakete abwechselnd mit Membranen und/oder Elektrolyteinheiten zur Bildung eines Scheibenstapels aufeinanderstapelbar sind.Device according to one of the preceding claims, wherein in each case some, in particular four disc elements to a disc package stacked on each other, and that the disk packages alternately with membranes and / or electrolyte units to form a disk stack stacked on each other. Scheibenpaket, insbesondere zur Bildung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest zwei Scheibenpaaren, wobei ein Zwischenraum zwischen den Scheibenpaaren zumindest einen dritten Strömungskanal bildet, und wobei jedes Scheibenpaar zwei Scheiben aufweist, deren Zwischenraum einen vierten Strömungkanal bildet.Disk package, in particular for forming a device according to one of the preceding claims, with at least two disc pairs, wherein a gap between the disk pairs at least one third flow channel forms, and wherein each pair of disks comprises two discs whose Interspace forms a fourth flow channel.
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