DE102007028299A1 - Brennstoffzellenanordnung mit belüftetem Brennstoffzellengehäuse - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung mit einem Brennstoffzellenstapel und mit einem Gehäuse, wobei der Brennstoffzellenstapel in dem Gehäuse angeordnet ist, und mit einem für Wasserstoff diffusionsoffenen Füllmaterial, welches in einem Zwischenraum zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem Gehäuse angeordnet ist.
- Brennstoffzellenanordnungen sind Energiequellen, die mittels eines elektro-chemischen Prozesses einen Brennstoff, meist Wasserstoff, mit einem Oxidanten, meist Umgebungsluft, zur Erzeugung von elektrischer Energie miteinander umwandeln. Die Betriebsicherheit von Brennstoffzellenanordnungen ist insbesondere bei dem mobilen Einsatz eine Grundbedingung für die wirtschaftliche Verwertbarkeit dieser für Fahrzeuge zukunftsweisenden Technologie der Energieerzeugung. Insbesondere ist bei der Entwicklung der Brennstoffzellenanordnungen Sorge dafür zu tragen, dass eine mögliche Explosionsgefahr aufgrund des verwendeten Brennstoffes ausgeschlossen wird, selbst wenn der Brennstoff im Fehlerfall aus dem geschlossenen Gassystem austritt und zusammen mit der vorliegenden Umgebungsluft ein zündfähiges Gemisch bilden könnte.
- Die Druckschrift
DE 103 42 493 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt ein Brennstoffzellenmodul mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen, die in einem Stapel angeordnet und in einem Gehäuse so untergebracht sind, dass eine permanente äußere Spülung mit Umgebungsluft um die Anschlussstutzen der Brennstoffzellen in dem Gehäuse nicht nur eine Kühlung ermöglicht, sondern auch leichte betriebsbedingte Undichtigkeiten der Anschlussstutzen und damit einen Austritt von Wasserstoff tolerabel sein lässt. In einem anderen Abschnitt dieser Druckschrift wird darauf hingewiesen, dass zwischen den Anoden- bzw. Kathodenplatten Füllmaterial eingesetzt werden kann, welches beispielsweise als ein metallischer Schwamm oder ein metallischer Filz ausgebildet ist. Dieses Füllmaterial dient zur elektrischen Kontaktierung zwischen den übereinanderliegenden Anschlussenden der Anoden- bzw. Kathodenplatten. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzellenordnung vorzuschlagen, welche eine erhöhte Betriebssicherheit aufweist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
- Erfindungsgemäß wird eine Brennstoffzellenanordnung vorgeschlagen, welche für den mobilen und stationären Einsatz, vorzugsweise in Fahrzeugen, ausgebildet und/oder geeignet ist, wobei die Brennstoffzellenanordnung zur Erzeugung der Antriebsenergie z. B. in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs Verwendung findet. Die Brennstoffzellenanordnung weist eine Mehrzahl von Brennstoffzellen auf, welche vorzugsweise in ein oder mehreren Stapeln angeordnet sind. Insbesondere werden mehr als 100 derartige Brennstoffzellen in einem Stapel zusammengefasst. Die Brennstoffzellen weisen eine Kathoden- und einen Anodenbereich auf, welche voneinander durch eine Membran (PEM) getrennt sind, wobei in diesen Elektrodenbereichen der elektro-chemische Prozess zum Ablauf gebracht wird, in dem Wasserstoff mit einem Oxidanten, vorzugsweise Umgebungsluft, umgesetzt wird, um elektrische Energie zu erzeugen bzw. aus der chemischen Energie des Wasserstoffs zu wandeln. Der Wasserstoff wird entweder von einem betankbaren Tank der Brennstoffzellenanordnung zur Verfügung gestellt oder mittels einer mobilen mit dem Fahrzeug mitbewegten Reformeranlage produziert.
- Der mindestens eine Brennstoffzellenstapel ist in einem Gehäuse angeordnet, welches gegenüber der Umgebung bis auf Zu- und Ableitungen, welche beispielsweise für die Versorgung des Brennstoffzellenstapels notwendig sind, gasdicht abgeschlossen ist. Die Gasdichtheit des Gehäuses erfüllt nicht zuletzt die Aufgabe, den oder die Brennstoffzellenstapel vor Verschmutzungen zu schützen. Konstruktiv bedingt ist zwischen dem oder den Brennstoffzellenstapel(n) und dem Gehäuse ein Zwischenraum, welcher zunächst als Leerraum oder Leervolumen ausgebildet ist.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass dieser Zwischenraum mit einem Füllmaterial gefüllt ist, wobei gemäß einer Ausprägung a) der Erfindung das Füllmaterial den gesamten Zwischenraum vollständig und/oder im wesentlichen vollständig ausfüllt und/oder gemäß einer Ausprägung b) der Erfindung das Füllmaterial den Brennstoffzellenstapel vollflächig und/oder im wesentlichen vollflächig umschließt.
- Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die aus dem Stand der Technik bekannte aktive Zwangsspülung des Gehäuses aufgrund der eingesetzten Lüfter bzw. Kompressoren technisch aufwendig erscheint. Zudem können sich die auftretenden Lüftergeräusche im Betrieb störend auswirken. Ein weiterer möglicher Nachteil besteht darin, dass sich nach dem Abstellen des Lüfters Wasserstoff in dem Gehäuse anreichern kann ggf. bis ein zündfähiges Gemisch vorliegt.
- Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, den Brennstoffzellenstapel mit Füllmaterial zu füllen, wobei das Füllmaterial diffusionsoffen für Wasserstoff und optional ergänzend für diffusionsoffen für Feuchtigkeit ausgebildet ist, und auf diese Weise den Brennstoffzellenstapel mittels des Füllmaterials zu umschließen. Durch das Füllmaterial wird vorzugsweise sichergestellt, dass eventuell verbleibende freie Resträume zwischen dem Brennstoffzellenstapel bzw. den Brennstoffzellenstapeln und dem Gehäuse so klein ausgebildet sind, dass – selbst wenn sich in diesen ein zündfähiges Gemisch bilden würde – keine Explosion entstehen würde. Die Materialeigenschaft der Diffusionsoffenheit für Wasserstoff führt ergänzend dazu, dass eventuell vorhandener Wasserstoff und Luftfeuchtigkeit mit der Zeit durch das Füllmaterial hindurch zu einem Ausgang aus dem Gehäuse diffundieren kann und so gefahrlos abgeleitet wird. Für eine praktische Realisierung des Explosionsschutzes ist es vorteilhaft, dass gleichzeitig mit dem Wasserstoff auch die anfallende Feuchtigkeit aus dem Gehäuse diffundieren kann. Mit dem Entfall eines Lüfters besteht sonst die Gefahr, dass Wasser im Zwischenraum kondensiert und der Isolationswiderstand des Stacks herabgesetzt wird.
- Bei der ersten Ausprägung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass der gesamte Zwischenraum – ggf. bis auf die konstruktiv bedingte Resträume – vollständig mit dem Füllmaterial ausgefüllt ist. Vorzugsweise ist mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, insbesondere mindestens 98% des Zwischenraums mit dem Füllmaterial gefüllt. Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass die freien verbleibenden Resträume durch das Füllmaterial voneinander getrennte Hohlräume bilden, wobei der einzelne Hohlraum kleiner als 10 Kubikzentimeter, vorzugsweise kleiner als 5 Kubikzentimeter, insbesondere kleiner als 1 Kubikzentimeter ausgebildet ist.
- Bei einer anderen Ausprägung der Erfindung ist gefordert, dass das Füllmaterial den bzw. die Brennstoffzellenstapel vollflächig – ggf. unter Auslassung von weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% und insbesondere von weniger als 3% der Gesamtfläche – von dem Füllmaterial vollflächig umschlossen ist. Bei dieser Ausprägung ist es möglich, dass im strömungstechnischen Anschluss an das Füllmaterial ein Entsorgungsspalt oder -gasleitungssystem für eventuell austretenden Wasserstoffe vorgesehen ist.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Materialeigenschaft der Diffusionsoffenheit dadurch gebildet, dass das Füllmaterial porös und/oder faserig ausgebildet ist, z. B. als Glaswolle, poröse Keramik (als Schüttgut oder als Plattenausführung). Bei einem porösen Material kann der Wasserstoff durch das Material selbst diffundieren. Bei einem faserigen Material kann der Wasserstoff durch die als Hohlfasern mit Kanälen ausgebildeten Fasern oder durch die Zwischenräume zwischen den Fasern diffundieren. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Füllmaterial schwer entflammbar/oder nicht brennbar ausgebildet ist und optional elektrisch isolierend wirkt.
- Bei einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung ist das Füllmaterial als ein Schüttmaterial ausgebildet, zum Beispiel in Partikelform. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass nach der Montage des Brennstoffzellenstapels in dem Gehäuse die Zwischenräume in einfacher Weise ausgeschüttet werden können.
- Bei einer anderen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Füllmaterial als Geflecht oder als Matte insbesondere als mehrlagiges Geflecht bzw. Matte ausgebildet ist. Bei dieser Ausbildung wird insbesondere die vollflächige Kapselung des Brennstoffzellenstapels bei der Montage vereinfacht. Zudem ist das Füllmaterial einfacher zu entfernen, falls die Brennstoffzellenanordnung z. B. aus Reparaturgründen zerlegt werden muss.
- Das Füllmaterial kann homogene und/oder isotrope Materialeigenschaften aufweisen. Bei abgewandelten Ausführungsformen ist das Füllmaterial beispielsweise mehrlagig, insbesondere als mehrlagiges Geflecht ausgebildet, wobei sich die mehreren Lagen vorzugsweise durch den Grad der Diffusionsoffenheit und/oder ihren Isolationswert unterscheiden, so dass Abschnitte des Füllmaterials mit unterschiedlicher Diffusionsoffenheit strömungstechnisch seriell geschaltet sind, wobei die am Stack anliegende poröse Schicht vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet ist. Bei weiteren, abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung ist das Füllmaterial so ausgebildet und/oder angeordnet, dass Abschnitte unterschiedlicher Diffusionsoffenheit strömungstechnisch parallel geschaltet sind, so dass austretender Wasserstoff zum Teil in weniger diffusionsoffenen Füllmaterialabschnitte gespeichert und zu einem anderen Teil durch mehr diffusionsoffene Abschnitte des Füllmaterials weitergeleitet wird.
- Bei einer konstruktiven Realisierung ist vorgesehen, dass das Füllmaterial oder eine Lage davon durch ein Metallgeflecht gebildet und/oder gestützt ist. Durch diese Ausbildung wird ein besonders stabiler Aufbau des Füllmaterialmantels realisiert. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit einer ersten elektrisch isolierenden Schicht (oder Füllmaterial), die den Brennstoffzellenstapel unmittelbar umgibt und evtl. eine geringe Diffusionsoffenheit aufweist, und die mit einer zweiten Schicht Füllmaterial umgeben ist, die als Metallgeflecht ausgebildet ist oder zumindest ein Metallgeflecht umfasst und eine größere Diffusionsoffenheit aufweist. Diese Ausführungsform ermöglicht es, dass eventuell austretender Wasserstoff durch die zweite Schicht rasch diffundieren kann.
- Bei einer Verwirklichung der Erfindung ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Gehäuse eine Entlüftungsvorrichtung zur Entlüftung des Zwischenraums aufweist, wobei durch die Entlüftungsvorrichtung ausgetretener Wasserstoff und Feuchtigkeit aus dem Gehäuse abtransportiert wird.
- Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Entlüftungsvorrichtung als eine passive Entlüftungsleitung ausgebildet ist, welche beispielsweise in die Ableitung oder in die Zuleitung des Brennstoffzellenstapels, insbesondere des Kathodenabschnitts des Brennstoffzellenstapels mündet.
- Bei einer insbesondere im Hinblick auf den Energiehaushalt der Brennstoffzellenanordnung vorteilhaften Ausführungsform führt die Entlüftungsleitung in die kathodenseitige Zuleitung des Brennstoffzellenstapels und zwar stromaufwärts vor einer Pumpeinrichtung. Auf diese Weise ist die eigentliche Entlüftungsvorrichtung passiv ausgebildet, jedoch wird die Pumpeinrichtung des Brennstoffzellenstapels doppelt genutzt, indem diese zugleich zur Zwangslüftung des Gehäuses eingesetzt wird.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
- Dabei zeigen:
-
1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 in gleicher Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Einander entsprechende Teile oder Größen sind in den beiden Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
- Die
1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung eine Brennstoffzellenanordnung1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennstoffzellenanordnung1 ist als mobile Energieerzeugungseinheit in einem nicht-dargestellten Fahrzeug eingesetzt. - Die Brennstoffzellenanordnung
1 umfasst ein gasdichtes Gehäuse2 , in dem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen3 beispielsweise in Form eines Brennstoffzellenstapels4 zusammengefasst sind. Zwischen dem Brennstoffzellenstapel4 und den Innenwänden des Gehäuses2 befindet sich ein Zwischenraum5 , welcher dadurch entsteht, dass das Gehäuse2 etwas größer als der Brennstoffzellenstapel4 ausgebildet ist. - Zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels
4 mit einem Oxidanten und einem Brennstoff weist die Brennstoffzellenanordnung1 eine Luftansaugleitung6 auf, welche mit Hilfe eines Kompressors7 die Umgebungsluft – beispielsweise über einen Filter gereinigt – ansaugt und durch die Wände des Gehäuses2 und über den Zwischenraum5 in den Brennstoffzellenstapel4 liefert. Zur Versorgung mit dem Brennstoff zeigt die Brennstoffzellenanordnung1 eine Wasserstoffzufuhrleitung8 , welche parallel zur Luftansaugleitung6 angeordnet ist und ebenfalls durch das Gehäuse2 und dem Zwischenraum5 hindurch und von diesen isoliert Wasserstoff in den Brennstoffzellenstapel4 liefert. - Für den Abtransport der verbrauchten bzw. teilverbrauchten Arbeitsgase umfasst die Brennstoffzellenanordnung
1 eine Abgasleitung9 welche über eine Abluftanlage10 die Abgase beispielsweise in die Umwelt abführt. - Im Betrieb der Brennstoffzellenanordnung
1 ist es nicht auszuschließen, dass Wasserstoff und Feuchtigkeit aus den Brennstoffzellen3 und damit aus dem Brennstoffzellenstapel4 in den Zwischenraum5 diffundiert. Die Diffusionsrichtung ist in den Figuren durch kleine Pfeile gekennzeichnet. Zum Schutz gegen die Bildung von zündfähigen Gemischen und um aus dem Stack austretende Feuchtigkeit abzuführen und somit sowohl einer Explosionsgefahr als auch Nebenschlüssen durch kondensierendes Wasser zu verhindern ist der Brennstoffzellenstapel4 mit einer porösen Isolationsschicht11 umschlossen, welche den Brennstoffzellenstapel4 mantelartig und/oder vollflächig umgibt. Ausgespart sind selbstverständlich die Durchgangsbereiche für die Luftansaugleitung6 , die Wasserstoffzufuhrleitung8 bzw. die Abgasleitung9 . Diese poröse Isolationsschicht11 ist beispielsweise durch ein Geflecht realisiert und hat die Aufgabe den Wasserstoff in den porösen Hohlräumen aufzunehmen und durch die Isolationsschicht11 hindurch diffundieren zu lassen. Beispielsweise ist die Isolationsschicht11 aus einem Hochtemperaturwerkstoff wie Silikatfaser gebildet. - Eine optionale zweite Schutzschicht
12 ist strömungstechnisch seriell an der porösen Isolationsschicht11 angeschlossen angeordnet und umhüllt diese. Die zweite Schutzschicht12 ist beispielsweise als poröses Material oder als Metallgeflecht ausgebildet. Im Unterschied zu der porösen Isolationsschicht11 kann die zweite Schutzschicht12 eine höhere Diffusionsoffenheit oder einen geringeren Strömungsstand aufweisen und auch als metallisches Geflecht ausgebildet sein, so dass eine ausreichende Entlüftung des Zwischenraums5 ermöglicht wird. - Zur Entlüftung des Zwischenraumes
5 zeigt die Brennstoffzellenanordnung gemäß1 eine Gehäuseentlüftungsleitung13 , welche den Zwischenraum5 strömungstechnisch mit der Abluftanlage10 verbindet. -
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, welche im wesentlichen mit der1 übereinstimmt, welche jedoch im Gegensatz zu der1 eine Gehäuseentlüftungsleitung13 aufweist, die den Zwischenraum5 über diese Entlüftungsleitung mit der Luftansaugleitung6 vor dem Kompressor7 verbindet. Bei dieser strömungstechnischen Verschaltung wird ausgenützt, dass durch die Anordnung durch die Gehäuseentlüftungsleitung13 auf der Saugseite des Kompressors7 eventuell in dem Zwischenraum5 vorliegender Wasserstoff und Luftfeuchtigkeit durch den Kompressor7 aktiv abgesaugt wird. Zudem kann der abgesaugte Wasserstoff in den Kathodenbereichen der Brennstoffzellen3 gefahrlos über eine katalytische Reaktion zusammen mit dem Oxidanten in Wasser umgesetzt werden, welches an dieser Position vorteilhaft zur Befeuchtung der empfindlichen Membranen verwendbar ist und dadurch die H2-Emission in die Umwelt herabgesetzt wird. - Optional können ergänzend Entlüftungsöffnungen vorgesehen sein, welche einen Gaskreislauf in dem Zwischenraum
5 erlauben, so dass Reinigungsluft, z. B. gefilterte durch in1 und2 nicht dargestellte Entlüftungsöffnungen einströmt, den Zwischenraum5 durchströmt und durch die Gehäuseentlüftungsleitung13 dann abgesaugt wird. Zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit kann ein Wasserstoffsensor integriert sein, der die Wasserstoffkonzentration in dem Zwischenraum5 überwacht. - Schließlich können zusätzliche nicht poröse Isolationsschichten zwischen Brennstoffzellenstapel
4 und Stackgehäuse2 angebracht werden, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit im Zwischenraum5 an der Innenseite des Stackgehäuses kondensiert. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10342493 A1 [0003]
Claims (15)
- Brennstoffzellenanordnung (
1 ) mit einem Brennstoffzellenstapel (4 ), mit einem Gehäuse (2 ), wobei der Brennstoffzellenstapel (4 ) in dem Gehäuse (2 ) angeordnet ist, und mit einem für Wasserstoff diffusionsoffenen Füllmaterial (11 ,12 ), welches in einem Zwischenraum (5 ) zwischen dem Brennstoffzellenstapel (4 ) und dem Gehäuse (2 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Füllmaterial (5 ) den Zwischenraum (11 ,12 ) vollständig und/oder im wesentlichen vollständig ausfüllt und/oder b) das Füllmaterial (5 ) den Brennstoffzellenstapel (4 ) vollflächig und/oder im wesentlichen vollflächig umschließt. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (11 ,12 ) porös oder faserig ausgebildet ist. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (11 ,12 ) nicht brennbar ausgebildet ist. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (11 ,12 ) als Schüttmaterial ausgebildet ist. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (11 ,12 ) als Geflecht, insbesondere als mehrlagiges Geflecht ausgebildet ist, wobei das am Brennstoffzellenstapel (4 ) anliegende Füllmaterial oder Geflecht vorzugsweise elektrisch isolierend ausgebildet ist. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial eine erste Lage (11 ) mit einer ersten Diffusionsoffenheit und eine zweite Lage (12 ) mit einer zweiten Diffusionsoffenheit umfasst, die größer als die erste Diffusionsoffenheit ausgebildet ist. - Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lage (
12 ) die erste Lage (11 ) und den Brennstoffzellenstapel (4 ) umschließt. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (11 ,12 ) oder eine Lage (11 ,12 ) davon, insbesondere die zweite Lage (12 ), durch ein Metallgeflecht gebildet und/oder gestützt ist. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (11 ,12 ) aus einem Hochtemperaturwerkstoff, insbesondere aus Silikatfaser besteht. - Brennstoffzellenanordnung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2 ) eine Entlüftungsvorrichtung (13 ) zur Entlüftung des Zwischenraums (5 ) aufweist. - Brennstoffzellenvorrichtung (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsvorrichtung (13 ) als passive Entlüftungsleitung ausgebildet ist. - Brennstoffzellenvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsleitung (13 ) in die Ableitung (9 ) oder in die Zuleitung des Brennstoffzellenstapels (6 ) mündet. - Brennstoffzellenvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsleitung (13 ) in die kathodenseitige Zuleitung (13 ) des Brennstoffzellenstapels stromaufwärts vor einer Pumpeinrichtung mündet. - Brennstoffzellenvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsleitung (13 ) neben freiwerdendem Wasserstoff gleichzeitig Feuchtigkeit im Zwischenraum (5 ) abführt. - Brennstoffzellenvorrichtung (
1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche nicht-poröse Isolationsschichten im Zwischenraum (5 ) an der Innenseite des Gehäuses (2 ) angebracht werden, um eine Kondensation von Feuchtigkeit im Zwischenraum (5 ) zu verhindern.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021099087A1 (de) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellensystem |
| DE102022201072A1 (de) | 2022-02-01 | 2023-08-03 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Brennstoffzellenvorrichtung, sowie Brennstoffzellensystem mit einer Vielzahl solcher Brennstoffzellenvorrichtungen |
| DE102024202630A1 (de) | 2024-03-20 | 2025-09-25 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Stackanordnung, Verfahren zum Betreiben einer Stackanordnung |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10024590B2 (en) | 2011-12-21 | 2018-07-17 | Xergy Inc. | Electrochemical compressor refrigeration appartus with integral leak detection system |
| US9738981B2 (en) * | 2011-12-21 | 2017-08-22 | Xergy Inc | Electrochemical compression system |
| GB2550018B (en) | 2016-03-03 | 2021-11-10 | Xergy Ltd | Anion exchange polymers and anion exchange membranes incorporating same |
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| US20190109331A1 (en) * | 2017-10-09 | 2019-04-11 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell system with improved ventilation |
| US11454458B1 (en) | 2019-04-12 | 2022-09-27 | Xergy Inc. | Tube-in-tube ionic liquid heat exchanger employing a selectively permeable tube |
| DE102020208879A1 (de) * | 2020-07-16 | 2022-01-20 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Brennstoffzelleneinheit |
| FR3157874A1 (fr) * | 2024-01-03 | 2025-07-04 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Réacteur d’électrolyse ou de co-électrolyse (SOEC) à haute température comprenant un empilement à cellules électrochimiques et un récipient logeant l’empilement et rempli d’un matériau formant une barrière d’étanchéité aux gaz, Procédé de réalisation associé. |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10342493A1 (de) | 2003-09-12 | 2005-06-09 | Clausthaler Umwelttechnikinstitut Gmbh, (Cutec-Institut) | Brennstoffzelle und Brennstoffzellenmodul hierzu |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5422195A (en) * | 1994-05-04 | 1995-06-06 | Energy Research Corporation | Carbonate fuel cell with direct recycle of anode exhaust to cathode |
| DE4425186C1 (de) * | 1994-07-16 | 1996-03-07 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung |
| DE19523973C1 (de) * | 1995-06-30 | 1996-12-19 | Siemens Ag | Hochtemperatur-Brennstoffzellenanlage und Verfahren zu ihrem Betrieb |
| US6936367B2 (en) * | 2002-01-16 | 2005-08-30 | Alberta Research Council Inc. | Solid oxide fuel cell system |
| DE602005023296D1 (de) * | 2004-04-05 | 2010-10-14 | Daimler Ag | Brennstofffreigabeverwaltung für brennstoffzellensysteme |
| JP4931357B2 (ja) * | 2005-03-14 | 2012-05-16 | 新光電気工業株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP5035589B2 (ja) * | 2005-11-22 | 2012-09-26 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池 |
-
2007
- 2007-06-20 DE DE102007028299A patent/DE102007028299A1/de not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-04-30 WO PCT/EP2008/003492 patent/WO2008154984A1/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10342493A1 (de) | 2003-09-12 | 2005-06-09 | Clausthaler Umwelttechnikinstitut Gmbh, (Cutec-Institut) | Brennstoffzelle und Brennstoffzellenmodul hierzu |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021099087A1 (de) * | 2019-11-20 | 2021-05-27 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellensystem |
| DE102022201072A1 (de) | 2022-02-01 | 2023-08-03 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Brennstoffzellenvorrichtung, sowie Brennstoffzellensystem mit einer Vielzahl solcher Brennstoffzellenvorrichtungen |
| DE102024202630A1 (de) | 2024-03-20 | 2025-09-25 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Stackanordnung, Verfahren zum Betreiben einer Stackanordnung |
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