AT525031A1

AT525031A1 - Distribution device for distributing operating media in a fuel cell stack

Info

Publication number: AT525031A1
Application number: ATA50723/2021A
Authority: AT
Inventors: Fister Dipl -Ing Kevin; Kometter Dipl -Ing Bernhard; Kopecky Ing Jürgen
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2022-10-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verteilungsvorrichtung (10) zur Verteilung von Betriebsmedien an einem Brennstoffzellenstapel (110), wobei einen Grundkörper (20) aus einem Kunststoffmaterial, wobei der Grundkörper (20) eine Kontaktfläche (22) zur Kontaktierung einer Gegen-Kontaktfläche (112) des Brennstoffzellenstapels (110) und wenigstens eine Vertiefung (24) in der Kontaktfläche (22) aufweist, welche wenigstens einen Medien-Teilkanal (30) ausbildet, welcher durch die Gegen- Kontaktfläche (112) wenigstens teilweise zu einem Medien-Vollkanal (140) komplettierbar ist, wobei die Kontaktfläche (22) neben der wenigstens einen Vertiefung (24) Dichtungsabschnitte (26) aufweist für ein abdichtendes Kontaktieren von Gegen- Dichtungsabschnitten (114) der Gegen-Kontaktfläche (112) des Brennstoffzellenstapels (110), wobei weiter der wenigstens eine Medien-Teilkanal (30) eine Fluidschnitt- stelle (32) aufweist für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einer Gegen-Fluidschnittstelle (116) der Gegen-Kontaktfläche (112).The present invention relates to a distribution device (10) for distributing operating media in a fuel cell stack (110), with a base body (20) made of a plastic material, with the base body (20) having a contact surface (22) for contacting a counter-contact surface (112) of the fuel cell stack (110) and at least one depression (24) in the contact surface (22), which forms at least one partial media channel (30) which at least partially leads through the counter-contact surface (112) to form a full media channel (140) can be completed, wherein the contact surface (22) has sealing sections (26) next to the at least one depression (24) for sealing contact with counter-sealing sections (114) of the counter-contact surface (112) of the fuel cell stack (110), wherein the at least a media sub-channel (30) has a fluid interface (32) for a fluid-communicating connection with a counter-fluid interface (116 ) of the counter-contact surface (112).

Description

Verteilungsvorrichtung zur Verteilung von Betriebsmedien an einem Brenn-Distribution device for the distribution of operating media at a combustion

stoffzellenstapel fabric cell stack

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verteilungsvorrichtung zur Verteilung von Betriebsmedien an einem Brennstoffzellenstapel, ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Verteilungsvorrichtung, ein Herstellverfahren zur Herstellung einer solchen Verteilungsvorrichtung und ein Montageverfahren für die Montage eines solchen The present invention relates to a distribution device for distributing operating media in a fuel cell stack, a fuel cell system with such a distribution device, a manufacturing method for producing such a distribution device and an assembly method for assembling such a device

Brennstoffzellensystems. fuel cell system.

Es ist bekannt, dass bei Brennstoffzellensystemen diese für den Betrieb mit verschiedenen Betriebsmedien versorgt werden müssen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um den Brennstoff, beispielsweise in Form von Wasserstoff, zugeführte Luft, aber auch Nebenbetriebsstoffe wie Kühlmedien. Bekannte Brennstoffzellensysteme sind häufig mit einem Brennstoffzellenstapel mit stapelweise angeordneten Brennstoffzellen ausgebildet. Die Versorgung mit den genannten Betriebsmedien erfolgt über Verrohrungen und Schläuche, welche an entsprechende Anschlussabschnitte It is known that fuel cell systems have to be supplied with different operating media for operation. These are, for example, the fuel, for example in the form of hydrogen, air supplied, but also ancillary operating materials such as cooling media. Known fuel cell systems are often designed with a fuel cell stack with fuel cells arranged in a stack. The supply of the mentioned operating media takes place via piping and hoses, which are connected to the corresponding connection sections

des Brennstoffzellenstapels herangeführt werden. of the fuel cell stack are introduced.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass für die Verwendung von Rohren und Schläuchen ein hoher Aufwand betrieben werden muss. Insbesondere die Montage dieser komplexen Zusammenhänge ist mit hohem Aufwand versehen. Auch bildet jedes einzelne Rohr und jeder einzelne Schlauch eigene Schnittstellen aus, sodass die Gefahr einer Leckage auf diese Weise ansteigt. Nicht zuletzt ist eine solche Lösung relativ groß, sodass das Gesamtsystem des Brennstoffzellensystems ebenfalls auf diese Weise größer wird. Weiter sind die einzelnen und komplexen Bauteile für die Verrohrung und die Schlauchanbindungen aufwendig und widerspre-A disadvantage of the known solutions is that the use of pipes and hoses requires a great deal of effort. In particular, the assembly of these complex relationships is provided with a great deal of effort. Each individual pipe and each individual hose also forms its own interfaces, so that the risk of leakage increases in this way. Last but not least, such a solution is relatively large, so that the overall system of the fuel cell system also becomes larger in this way. Furthermore, the individual and complex components for the piping and the hose connections are expensive and contradict

chen damit einer kostengünstigen Serienfertigung. thus allow for cost-effective series production.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nach-It is the object of the present invention to achieve the above-described

teile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Medienversorgung an einem Brennstoffzellenstapel sicherzustellen und dies insbesondere mit einfacher Montier-parts to fix at least partially. In particular, it is the object of the present invention to ensure a media supply to a fuel cell stack in a cost-effective and simple manner, and this in particular with simple assembly

barkeit und/oder großer Kompaktheit zu erzielen. to achieve flexibility and/or great compactness.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch eine Verteilungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des The above object is achieved by a distribution device having the features of claim 1, a fuel cell system having the features of

Anspruchs 13, ein Herstellverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Claim 13, a manufacturing method having the features of claim 14 and a

werden kann. can be.

Erfindungsgemäß soll eine Verteilungsvorrichtung der Verteilung von Betriebsmedien an einem Brennstoffzellenstapel dienen. Hierfür zeichnet sich die Verteilungsvorrichtung durch einen Grundkörper aus einem Kunststoffmaterial aus. Dieser Grundkörper weist eine Kontaktfläche zur Kontaktierung einer Gegen-Kontaktfläche des Brennstoffzellenstapels auf. Weiter ist der Grundkörper mit wenigstens einer Vertiefung in der Kontaktfläche ausgebildet, welche wenigstens einen Medien-Teilkanal ausbildet, welcher wiederum durch die Gegen-Kontaktfläche wenigstens teilweise zu einem Medien-Vollkanal komplettierbar ist. Darüber hinaus weist die Kontaktfläche neben der wenigstens einen Vertiefung Dichtungsabschnitte auf, für ein abdichtendes Kontaktieren von Gegen-Dichtungsabschnitten der Gegen-Kontaktfläche des Brennstoffzellenstapels. Weiter ist der wenigstens eine Medien-Teilkanal mit einer Fluidschnittstelle ausgestattet, für eine fluudkommunizierende Verbindung mit einer GegenFluidschnittstelle der Gegen-Kontaktfläche. According to the invention, a distribution device is intended to serve for the distribution of operating media on a fuel cell stack. For this purpose, the distribution device is characterized by a base body made of a plastic material. This base body has a contact surface for contacting a counter-contact surface of the fuel cell stack. Furthermore, the base body is designed with at least one depression in the contact surface, which forms at least one partial media channel, which in turn can be completed at least partially by the counter-contact surface to form a full media channel. In addition, the contact surface has sealing sections next to the at least one depression, for sealing contact with counter-sealing sections of the counter-contact surface of the fuel cell stack. Furthermore, the at least one media sub-channel is equipped with a fluid interface for a fluid-communicating connection with a counter-fluid interface of the counter-contact surface.

Eine erfindungsgemäße Verteilvorrichtung ersetzt also zumindest teilweise die Verrohrung und die Schlauchverbindungen, wie sie im Stand der Technik üblich sind. A distribution device according to the invention thus at least partially replaces the piping and the hose connections as are customary in the prior art.

Sie kann insbesondere seitlich oder am Ende eines Brennstoffzellenstapels an diesem angeordnet werden. Die Anordnung, welche auch als Einbauposition für die Verteilungsvorrichtung bezeichnet werden kann, erfolgt in kontaktierender Weise zwischen der Kontaktfläche des Grundkörpers und der Gegen-Kontaktfläche des Brennstoffzellensystems. Diese Kontaktierung ist dabei insbesondere eine flächige Kontaktierung, sodass ein wesentlicher Abschnitt der Kontaktfläche, an einem wesentlichen Abschnitt der Gegen-Kontaktfläche, des Brennstoffzellenstapels flächig zur Kontak-In particular, it can be arranged on the side or at the end of a fuel cell stack. The arrangement, which can also be referred to as the installation position for the distribution device, takes place in a contacting manner between the contact surface of the base body and the counter-contact surface of the fuel cell system. This contacting is in particular a flat contacting, so that a significant section of the contact surface, on a significant section of the counter-contact surface, of the fuel cell stack is flat to the contact

tierung gelangt. achieved.

nem Spritzgussverfahren, ausgebildet sein kann. NEM injection molding process, can be formed.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung ist es, dass nicht nur die Ausbildung der Medien-Vollkanäle, sondern auch die Fluidkontaktierung während des Montageschrittes geschieht. So erfolgt beim Anordnen der Verteilungsvorrichtung am Brennstoffzellenstapel die fluidkommunizierende Verbindung zwischen der wenigstens einen Gegen-Fluidschnittstelle und der Fluidschnittstelle des MedienTeilkanals. Damit ist sichergestellt, dass nun das jeweilige durch den MedienTeilkanal strömende Betriebsmedium mit einem entsprechenden Kanal innerhalb des Brennstoffzellenstapels über die Fluidschnittstelle und die Gegen-Fluidschnittstelle ausgetauscht werden kann. Dabei ist unerheblich, ob das jeweilige Betriebsmedium durch die Gegen-Fluidschnittstelle in den Brennstoffzellenstapel hinein- oder aus dem Brennstoffzellenstapel herausströmt. Auch ist unerheblich, um welches Betriebsmedium es sich hier handelt. Bevorzugt ist die Verteilungsvorrichtung für unterschiedliche Betriebsmedien eingesetzt, also beispielsweise das Vorsehen von Zuführgasen, Abführgasen, aber auch von Nebenbetriebsmedien wie beispielsweise Kühlfluid. A further advantage of the distribution device according to the invention is that not only the formation of the full media channels, but also the fluid contacting takes place during the assembly step. Thus, when the distribution device is arranged on the fuel cell stack, the fluid-communicating connection takes place between the at least one counter-fluid interface and the fluid interface of the media sub-channel. This ensures that the respective operating medium flowing through the media sub-channel can now be exchanged with a corresponding channel within the fuel cell stack via the fluid interface and the counter-fluid interface. It is irrelevant whether the respective operating medium flows through the counter-fluid interface into the fuel cell stack or out of the fuel cell stack. It is also irrelevant which operating medium is involved here. The distribution device is preferably used for different operating media, ie for example the provision of supply gases, discharge gases, but also of secondary operating media such as cooling fluid.

Wie aus der voranstehenden Erläuterung ersichtlich wird, kann nun mit einem einzi-As can be seen from the explanation above, with a single

gen Bauteil in Form der Verteilungsvorrichtung nicht nur die Ausgestaltung der Medienführung, sondern auch der Medienkontaktierung und der Übergabe an den Brennstoffzellenstapel gewährleistet werden. Dies erfolgt für die Montage in einfacher, kostengünstiger und vor allem sicherer Weise. Um die Leckagesicherheit zu gewährleis-Gen component in the form of the distribution device not only the design of the media management, but also the media contact and the transfer to the fuel cell stack are guaranteed. This is done for assembly in a simple, cost-effective and, above all, safer manner. To ensure leakage security

ten, ist dabei die Kontaktfläche mit den beschriebenen Dichtungsabschnitten verse-ten, the contact surface is covered with the described sealing sections

hen. Diese laufen insbesondere vollständig um die jeweiligen Vertiefungen, welche hen. These run in particular completely around the respective wells, which

die Medien-Teilkanäle ausbilden, herum. Solche Dichtabschnitte können selbststän-forming the media sub-channels, around. Such sealing sections can

dig dichtende Dichtabschnitte sein. Jedoch sind auch Dichtabschnitte denkbar, wel-be dig sealing sealing sections. However, sealing sections are also conceivable, which

che, wie dies später noch erläutert wird, in dem Zusammenspiel mit separaten Dicht-surface, as will be explained later, in the interaction with separate sealing

körpern die Dichtfunktionalität gewährleisten. bodies ensure the sealing functionality.

Der erfindungsgemäße Kerngedanke der einfachen Montage und der kostengünstigen Herstellung wird dadurch noch weiter verbessert, dass der Grundkörper aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist. Dieses Kunststoffmaterial ist insbesondere frei von metallischen Strukturbauteilen, sodass der Grundkörper mit dem Kunststoffmaterial, zum Beispiel mithilfe eines Spritzgussverfahrens, kostengünstig hergestellt werden kann. Dies erlaubt es, die Kosten und den Aufwand für die Produktion einer solchen Verteilungsvorrichtung deutlich zu reduzieren. Insbesondere kommt das be-The core idea of the invention of simple assembly and cost-effective production is further improved in that the base body is made of a plastic material. This plastic material is in particular free of metallic structural components, so that the base body can be produced inexpensively with the plastic material, for example using an injection molding process. This allows the cost and effort involved in producing such a distribution device to be significantly reduced. In particular, the

reits erwähnte Spritzgussverfahren zum Einsatz. the injection molding process mentioned above is used.

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung der Grundkörper wenigstens eine Anschluss-Fluidschnittstelle in fluidkommunizierender Verbindung mit dem wenigstens einen Medien-Teilkanal aufweist, für einen externen Anschluss an eine Gegenanschluss-Fluidschnittstelle. Der Hauptvorteil einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung liegt insbesondere darin, dass Gegen-Fluidschnittstellen des Brennstoffzellensystems untereinander über die Medien-Vollkanäle miteinander verbunden werden, welche ansonsten mit Verrohrungen oder Schlauchverbindungen verbunden werden müssten. Um nun auch von auRen eine entsprechende Zufuhr zum Brennstoffzellenstapel gewährleisten und insbesondere in die Verteilungsvorrichtung integrieren zu können, ist nun zusätzlich das Vorsehen von wenigstens einer Anschluss-Fluidschnittstelle denkbar. Dabei handelt es sich also um eine Fluidschnittstelle, welche von der Verteilungsvorrichtung nach außen gerichtet ist, und entsprechend Zuführgase empfangen oder Abführgase abgeben kann. Auch können hier die Anschlüsse für Kühlkreisläufe vorgesehen sein. Nicht zuletzt ist hier auch noch darauf hinzuweisen, dass solche AnschlussFluidschnittstellen der Zuführung oder Abfuhr von Rezirkulationsgasen für eine Rezirkulationsfunktionalität in einem Brennstoffzellensystem dienen können. Mit anderen Worten kann nun die Verteilungsvorrichtung zum einen die Medien-Vollkanäle für einen internen Kreislauf zwischen Verteilungsvorrichtung und Brennstoffzellensystem, aber auch für einen externen Anschluss, beispielsweise an Zuführabschnitte It can bring advantages if, in a distribution device according to the invention, the base body has at least one connection fluid interface in fluid-communicating connection with the at least one media sub-channel for an external connection to a counter-connection fluid interface. The main advantage of a distribution device according to the invention lies in particular in the fact that counter-fluid interfaces of the fuel cell system are connected to one another via the full media channels, which would otherwise have to be connected to piping or hose connections. In order to be able to ensure a corresponding supply to the fuel cell stack from the outside and in particular to be able to integrate it into the distribution device, the provision of at least one connecting fluid interface is now also conceivable. This is therefore a fluid interface which is directed outwards from the distribution device and can accordingly receive supply gases or discharge exhaust gases. The connections for cooling circuits can also be provided here. Last but not least, it should also be pointed out here that such connecting fluid interfaces can serve to supply or remove recirculation gases for a recirculation functionality in a fuel cell system. In other words, the distribution device can now have the full media channels for an internal circuit between the distribution device and the fuel cell system, but also for an external connection, for example to feed sections

oder Abführabschnitte, zur Verfügung stellen. or discharge sections.

Ausgestaltung dieser Fertigungsweise. Design of this production method.

Vorteile bringt es ebenfalls mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung die Kontaktfläche eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet ist. Dies gilt dementsprechend für eine flächige Kontaktierung auch für die kontaktierte Gegen-Kontaktfläche des Brennstoffzellenstapels. Eine ebene oder in Wesentlichen ebene Ausbildung führt insbesondere zu einem plattenförmigen oder im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper. Dies vereinfacht die gesamte Herstellung der Verteilungsvorrichtung noch weiter und führt auch zu einer kompakteren Bauweise des Brennstoffzellensystems. Nicht zuletzt ist eine ebene Ausgestaltung der Kontaktfläche darüber hinaus in der Produktion einfacher kontrollierbar und damit mit hoher Qualität und geringen Toleranzen fertigbar. Darüber hinaus bringt eine ebene Ausgestaltung, insbesondere mit einem Plattenförmigen Grundkörper, eine kompakte Transport- und Lagerungsmöglichkeit für eine Vielzahl von aufeinandergestapelten It also has advantages if the contact surface is flat or essentially flat in a distribution device according to the invention. Accordingly, this also applies to areal contacting for the contacted counter-contact surface of the fuel cell stack. A planar or essentially planar configuration leads in particular to a plate-shaped or essentially plate-shaped base body. This simplifies the entire production of the distribution device even further and also leads to a more compact construction of the fuel cell system. Last but not least, a flat design of the contact surface is also easier to control in production and can therefore be manufactured with high quality and low tolerances. In addition, a flat configuration, in particular with a plate-shaped base body, provides a compact transport and storage option for a large number of items stacked on top of one another

Verteilungsvorrichtungen mit sich. distribution devices with it.

Darüber hinaus von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung der Grundkörper als einstückiges oder im Wesentlichen einstückiges Bauteil ausgebildet ist. Ein solches einstückiges Bauteil kann auch als integrales Bauteil aus einem einzigen Material oder einer einzigen Materialmischung bezeichnet werden. Dabei kann wiederum das mehrfach erläuterte Spritzgussverfahren eingesetzt werden. Ein einstückiges Bauteil kann, auch bei der Verwendung eines Spritzgussverfahrens, jedoch mehrere Einzelkomponenten aufweisen, beispielsweise bei einem Mehrkomponentenspritzgussverfahren. Auch kann ein solcher einstückiger Grundkörper zusätzliche und vom Grundkörper separate Funktionseinsätze aufwei-In addition, it can be advantageous if, in the case of a distribution device according to the invention, the base body is designed as a one-piece or essentially one-piece component. Such a one-piece component can also be referred to as an integral component made of a single material or a single material mixture. In this case, the injection molding process, which has been explained several times, can again be used. However, even when using an injection molding process, a one-piece component can have a number of individual components, for example in the case of a multi-component injection molding process. Such a one-piece base body can also have additional functional inserts that are separate from the base body.

sen, welche entweder in den Grundkörpern nachträglich eingebracht oder während sen, which either introduced later in the body or during

eines Spritzgussverfahrens umspritzt worden sind. Dabei kann es sich zum Beispiel have been overmoulded using an injection molding process. It can be, for example

um metallische Gewindeeinsätze handeln, wie sie später noch mit Bezug auf die Be-are metal threaded inserts, as they will be used later with reference to the

festigungsschnittstelle erläutert werden. fastening interface are explained.

Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung der Grundkörper Befestigungsschnittstellen aufweist, für eine mechanische Befestigung an Gegen-Befestigungsschnittstellen des Brennstoffzellenstapels, insbesondere an der Gegen-Kontaktfläche. Wie im voranstehenden Absatz erläutert, kann es sich dabei um metallische Gewindebuchsen handeln, welche in den Grundkörper eingesetzt oder in diesem umspritzt worden sind. Die mechanische Befestigung dient also einer Festlegung und Lagerung der Verteilungsvorrichtung in der Einbauposition am Brennstoffzellenstapel. Dabei können separate Klammern oder Bänder entfallen, welche ansonsten für einen solchen Befestigungsschritt notwendig wären. Selbstverständlich können die Befestigungsschnittstellen sowohl für reversible Befestigungen It is also advantageous if, in a distribution device according to the invention, the base body has fastening interfaces for mechanical fastening to counter-fastening interfaces of the fuel cell stack, in particular to the counter-contact surface. As explained in the preceding paragraph, these can be metallic threaded bushings that are inserted into the base body or have been encapsulated in it. The mechanical fastening thus serves to fix and store the distribution device in the installed position on the fuel cell stack. Separate clamps or straps, which would otherwise be necessary for such a fastening step, can be omitted. Of course, the attachment interfaces can be used for reversible attachments

als auch für irreversible Befestigungen ausgebildet sein. as well as for irreversible attachments.

Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung in den wenigstens einen Medien-Teilkanal weitere Funktionsbauteile integriert sind, insbesondere wenigstens eines der folgenden: Further advantages can result if, in a distribution device according to the invention, further functional components are integrated into the at least one partial media channel, in particular at least one of the following:

— Ventilvorrichtung — Drosselvorrichtung — Sensorvorrichtung — valve device — throttle device — sensor device

Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Solche Funktionsbauteile können entweder elektrische, sensorische oder tatsächlich durch Kontrolleingriff funktionale Bauteile sein. Dabei können elektrische Ansteuerungen und/oder sensorische Ansteuerungen in den Grundkörper integriert sein. Beispielsweise sind Kabelabschnitte denkbar, welche bereits während des Spritzgussverfahrens in der gewünschten Position verlegt sind, und auf diese Weise die notwendige elektrische und/oder sensorische Kontaktierung mit dem jeweiligen Funktionsbauteil gewährleisten. Auch ist es möglich, mehrere gleiche und/oder un-The above list is a non-exhaustive list. Such functional components can either be electrical, sensory components or components that are actually functional through control intervention. In this case, electrical controls and/or sensory controls can be integrated into the base body. For example, cable sections are conceivable which are already laid in the desired position during the injection molding process, and in this way ensure the necessary electrical and/or sensory contact with the respective functional component. It is also possible to use several identical and/or un-

terschiedliche Funktionsbauteile in der Verteilungsvorrichtung zu kombinieren. to combine different functional components in the distribution device.

Weiter von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung die Dichtungsabschnitte als Dichtungsvertiefungen ausgebildet Furthermore, it is advantageous if the sealing sections are designed as sealing recesses in a distribution device according to the invention

wird. becomes.

Darüber hinaus bringt es Vorteile mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung diese wenigstens einen Zusatz-Grundkörper aufweist, mit einer Zusatz-Kontaktfläche, welche eine kleinere Erstreckung als die Kontaktfläche aufweist und diese teilweise kontaktiert. Zusätzlich oder alternativ kann ein ZusatzGrundkörper auch auf der entgegengesetzt ausgerichteten Oberfläche der Verteilungsvorrichtung diese Abdeckung zur Verfügung stellen. Vorzugsweise ist dieser Zusatz-Grundkörper ohne eigene Zusatzvertiefungen ausgestaltet, sondern weist eine entsprechende Ebene und plattenförmige Abdeckungsmöglichkeit auf. Jedoch kann auch zusätzliche Komplexität als zusätzliche Ebene der Verteilvorrichtung mit In addition, there are advantages if, in a distribution device according to the invention, this has at least one additional base body with an additional contact surface, which has a smaller extension than the contact surface and partially contacts it. Additionally or alternatively, an additional base body can also provide this cover on the oppositely aligned surface of the distribution device. This additional base body is preferably designed without its own additional depressions, but has a corresponding level and plate-shaped covering option. However, additional complexity can also be added as an additional layer to the distribution device

Zusatzvertiefungen in dem Zusatz-Grundkörper zur Verfügung gestellt werden. Additional depressions are made available in the additional base body.

Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung der Medien-Teilkanal wenigstens einen Teilabschnitt aufweist, für ein Aufteilen des Medien-Teilkanals auf zwei Fluidschnittstellen. Auch ein Aufteilen auf mehr Fluidschnittstellen ist selbstverständlich möglich oder das Verwenden mehrerer Verteilerabschnitte. Dieser Verteiler ist damit in die Verteilungsvorrichtung integriert und die nachfolgende Komplexität der noch verbleibenden normalen Verrohrung und There are further advantages if, in a distribution device according to the invention, the media sub-channel has at least one section for dividing the media sub-channel into two fluid interfaces. It goes without saying that it can also be split over more fluid interfaces or the use of a number of distributor sections. This distributor is thus integrated into the distribution device and the subsequent complexity of the remaining normal piping and

Leitungsanordnung auf diese Weise zusätzlich reduziert. Line arrangement additionally reduced in this way.

systems eine mechanisch stabile Lösung für die Verteilungsvorrichtung erzielbar. systems a mechanically stable solution for the distribution device can be achieved.

Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung der Grundkörper wenigstens einen Wärmeleitabschnitt mit erhöhter Wärmeleitung und/oder wenigstens einen Wärmeisolierabschnitt mit reduzierter Wärmeleitung aufweist. Auch eine Kombination von solchen unterschiedlichen Abschnitten ist denkbar. Damit wird das Temperaturmanagement eines Brennstoffzellensystems weiter unterstützt, da in gezielter Weise innerhalb der Verteilungsvorrichtung auch ein Temperaturaustausch und/oder eine Temperaturisolation stattfinden kann. Diese Wärmeleitung und/oder Wärmeisolierung kann sowohl zwischen unterschiedlichen Medien-Vollkanälen, aber auch nach außen, zur Verfügung gestellt sein. Es können hierfür beispielsweise auch unterschiedliche Materialien verwendet In addition, it can be advantageous if, in a distribution device according to the invention, the base body has at least one heat-conducting section with increased heat conduction and/or at least one heat-insulating section with reduced heat conduction. A combination of such different sections is also conceivable. This further supports the temperature management of a fuel cell system, since temperature exchange and/or temperature isolation can also take place in a targeted manner within the distribution device. This thermal conduction and/or thermal insulation can be provided between different full media channels, but also to the outside. Different materials can also be used for this, for example

werden. will.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem für eine Erzeugung von elektrischem Strom. Ein solches Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt auf. Der Anodenabschnitt ist mit einem Anodenzuführabschnitt zur Zuführung von Anodenzuführgas und mit einem Anodenabführabschnitt zur Abfuhr von Anodenabgas ausgestattet. Der Kathodenabschnitt ist wiederum mit einem Kathodenzuführabschnitt zur Zuführung von Kathodenzuführgas und mit einem Kathodenab-The present invention also relates to a fuel cell system for generating electricity. Such a fuel cell system has a fuel cell stack with an anode section and a cathode section. The anode section is provided with an anode supply section for supplying anode supply gas and an anode discharge section for discharging anode off-gas. The cathode section is in turn provided with a cathode feed section for supplying cathode feed gas and with a cathode exhaust

führabschnitt zur Abfuhr von Kathodenabgas ausgestattet. Weiter weist dieses guide section equipped for the removal of cathode exhaust gas. Next points this

für den Brennstoffzellenstapel teilweise zur Verfügung gestellt werden. be made available in part for the fuel cell stack.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellverfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung, aufweisend den fol-Another object of the present invention is a manufacturing method for manufacturing a distribution device according to the invention, having the following

genden Schritt: next step:

— Formen eines einstückigen Grundkörpers unter Ausbilden der wenigstens - Forming a one-piece body while forming the at least

einen Vertiefung. a deepening.

Ein erfindungsgemäßes Herstellverfahren bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Verteilungsvorrichtung erläutert worden sind. Das Ausformen des einstückigen Grundkörpers kann aus dem Vollmaterial, beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung in Form eines Fräsverfahrens zur Verfügung gestellt werden. Bevorzugt ist jedoch das Ausformen durch Spritzgussverfahren, da hier insbesondere in einer Serienfertigung sehr kostengünstig, schnell und einfach die Ausgestaltung des Grundkörpers zusammen mit der zeitgleichen Ausbildung der wenigstens einen Vertiefung zur Verfügung gestellt werden kann. A manufacturing method according to the invention brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a distribution device according to the invention. The one-piece base body can be formed from the solid material, for example by machining in the form of a milling process. However, molding by injection molding is preferred, since here, in particular in series production, the configuration of the base body can be provided very inexpensively, quickly and easily together with the simultaneous formation of the at least one depression.

Darüber hinaus ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Montageverfahren für eine Montage eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, aufweisend In addition, an object of the present invention is an assembly method for assembling a fuel cell system according to the invention

den folgenden Schritt: the following step:

— Befestigen der Verteilungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung - Fixing the distribution device according to the present invention

in abgedichteter Einbauposition mit fluudkommunizierender Verbindung in sealed mounting position with fluid communicating connection

Gegen-Fluidschnittstelle. counter fluid interface.

Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Montageverfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Verteilungsvorrichtung sowie auch mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem erläutert worden sind. Dabei wird nochmals deutlich, wie stark die Montage durch eine erfindungsgemäße Verteilungsvorrichtung vereinfacht wird. Neben dem Vermeiden einer Vielzahl einzelner Verrohrungen und Leitungsverbindungen wird hier zusätzlich auch durch die definierte Einbauposition die fluiıdkommunizierende Anbindung an eine Vielzahl von Gegen-Fluidschnittstellen in einem einzigen Montage-An assembly method according to the invention thus brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a distribution device according to the invention and also with reference to a fuel cell system according to the invention. It becomes clear once again how much the assembly is simplified by a distribution device according to the invention. In addition to avoiding a large number of individual piping and line connections, the fluid-communicating connection to a large number of counter-fluid interfaces in a single assembly is also possible here due to the defined installation position.

schritt ermöglicht. step enabled.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schema-Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. It show schematic

tisch: table:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung, Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verteilungsvor-1 an embodiment of a distribution device according to the invention, FIG. 2 an embodiment of a distribution device according to the invention

richtung im Querschnitt, direction in cross section,

Fig. 3 die Ausführungsform der Figur 2 in Einbauposition, 3 shows the embodiment of FIG. 2 in the installed position,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung, 4 shows a further embodiment of a distribution device according to the invention,

Fig. 5 die Ausführungsform der Figur 4 in Einbauposition, 5 shows the embodiment of FIG. 4 in the installed position,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung, 6 shows a further embodiment of a distribution device according to the invention,

Fig. 7 die Ausführungsform der Figur 6 in Einbauposition, 7 shows the embodiment of FIG. 6 in the installed position,

Fig. 8 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems. 8 shows an embodiment of a fuel cell system according to the invention.

30 zueinander und gegen die Umgebung zur Verfügung zu stellen. 30 to each other and to provide against the environment.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Variante einer erfindungsgemäßen Verteilungsvorrichtung im schematischen Querschnitt. In der Figur 4 ist diese Verteilungsvorrichtung 10 dargestellt und mit dem Grundkörper 20 wiederum aus Kunststoff ausgestattet. Die Kontaktfläche 22 ist ebenfalls wieder im Wesentlichen eben ausgebildet und weist hier einen nicht näher spezifizierten Dichtungsabschnitt 26 auf. Dieser ist vorzugsweise zwischen allen Vertiefungen 24, welche hier die Medien-Teilkanäle 30 ausbilden, vorgesehen. Die drei Vertiefungen 24 mit unterschiedlichen Formen bilden hier drei Medien-Teilkanäle 30 aus. Sobald nun die Einbauposition gemäß der Figur 3 eingenommen wird, kontaktiert die Kontaktfläche 22 die Gegen-Kontaktfläche 112 des Brennstoffzellenstapels 110, wie dies die Figur 3 zeigt. Damit werden die drei Medien-Teilkanäle 30 zu den Medien-Vollkanälen 140 komplettiert. Die beiden rechten Medien-Vollkanäle 140 sind in diesem Querschnitt vollständig durch die GegenKontaktfläche 112 geschlossen. Der linke kleinere Medien-Teilkanal 30 wird als Medien-Vollkanal 140, hier in einer fluudkommunizierenden Verbindung, über die Fluidschnittstelle 32 mit der Gegen-Fluidschnittstelle 114 dargestellt. Auch ist gut zu erkennen, dass durch die flächige Kontaktierung auch im Bereich des Dichtungsabschnitts 26 mit dem Gegen-Dichtungsabschnitt 114 die Abdichtung der einzelnen Figures 2 and 3 show a variant of a distribution device according to the invention in schematic cross section. This distribution device 10 is shown in FIG. 4 and is again equipped with the base body 20 made of plastic. The contact surface 22 is also essentially flat again and has a sealing section 26 that is not specified in more detail here. This is preferably provided between all depressions 24 which form the partial media channels 30 here. The three depressions 24 with different shapes form three partial media channels 30 here. As soon as the installation position according to FIG. 3 is assumed, the contact surface 22 makes contact with the counter-contact surface 112 of the fuel cell stack 110, as shown in FIG. The three partial media channels 30 are thus completed to form the full media channels 140 . The two full media channels 140 on the right are completely closed by the opposite contact surface 112 in this cross section. The left, smaller media sub-channel 30 is shown as a full media channel 140 , here in a fluid-communicating connection via the fluid interface 32 with the counter-fluid interface 114 . It is also easy to see that the sealing of the individual

Medien-Vollkanäle 140 zueinander sowie nach außen zur Verfügung gestellt ist. Full media channels 140 are made available to one another and to the outside.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Verteilungsvorrichtung 10, welche die Ausführungsform der Figuren 2 und 3 weiterbildet. Zum einen ist hier eine Befestigungsschnittstelle 21 als Gewindeeinsatz im Grundkörper 20 vorgesehen. Dieser ist in der Lage, beispielsweise mit separaten Befestigungsmitteln in Form von Verschraubungen, FIGS. 4 and 5 show a distribution device 10 which develops the embodiment of FIGS. On the one hand, a fastening interface 21 is provided here as a threaded insert in the base body 20 . This is able, for example with separate fasteners in the form of screw connections,

Nieten oder Gewindestiften, in Eingriff mit der Gegen-Befestigungsschnittstelle 111 Rivets or grub screws, engaging the counter-mounting interface 111

Auch die Figuren 6 und 7 zeigen eine Weiterbildung der Verteilungsvorrichtung 10 gemäß der Figuren 2 und 3. Bei dieser Ausführungsform ist zum einen der beispielhaft dargestellte Dichtungsabschnitt 26 als Vertiefung ausgebildet. Dieser ist nun in der Lage, gemäß der Figur 7, einen separaten Dichtungskörper 40, beispielsweise In Form eines Dichtungsrings, aufzunehmen und auf diese Weise die Dichtungsfunktion gegen den Gegen-Dichtabschnitt 114 zur Verfügung zu stellen. Auch ist bei dieser Ausführungsform ein Zusatz-Grundkörper 50 vorgesehen, welcher einen vom Brennstoffzellenstapel 110 nicht abgedeckten Bereich der Kontaktfläche 20 mit einer eigenen Zusatz-Kontaktfläche 52 abdeckt und auf diese Weise den linken MedienTeilkanal 30 zum Medien-Vollkanal 140 komplettiert. FIGS. 6 and 7 also show a further development of the distribution device 10 according to FIGS. 2 and 3. In this embodiment, the sealing section 26 shown as an example is designed as a depression. According to FIG. 7, this is now able to accommodate a separate sealing body 40, for example in the form of a sealing ring, and in this way to provide the sealing function against the counter-sealing section 114. An additional base body 50 is also provided in this embodiment, which covers an area of the contact surface 20 that is not covered by the fuel cell stack 110 with its own additional contact surface 52 and in this way completes the left partial media channel 30 to form the full media channel 140 .

In der Figur 8 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 100 in der montierten Position dargestellt. Grundsätzlich ist dieses Brennstoffzellensystem 100 mit einem Brennstoffzellenstapel 110 ausgestattet, welcher sich in einen Anodenabschnitt 120 und einen Kathodenabschnitt 130 aufteilt. Der Anodenabschnitt 120 weist einen Anodenzuführabschnitt 122 für die Zuführung von Anodenzuführgas AZG und einen Anodenabführabschnitt 124, für das Abführen von Anodenabgas AAG auf. Entsprechend ist der Kathodenabschnitt 130 mit einem Kathodenzuführabschnitt 132 für die Zuführung von Kathodenzuführgas KZG und einem Kathodenabführabschnitt 134 zur Abführung von Kathodenabgas KAG ausgestattet. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen ist nun der Brennstoffzellenstapel 110 jedoch bei dieser Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite jeweils mit einer Verteilungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet. Damit wird es möglich, über entsprechende AnschlussFluidschnittstellen 28 das jeweilige Betriebsmedium aufzunehmen und über die Verteilungsvorrichtung 10 an die einzelnen Teilanschlüsse des Brennstoffzellenstapels FIG. 8 shows a fuel cell system 100 according to the invention in the assembled position. Basically, this fuel cell system 100 is equipped with a fuel cell stack 110 which is divided into an anode section 120 and a cathode section 130 . The anode section 120 has an anode feed section 122 for the supply of anode feed gas AZG and an anode discharge section 124 for the discharge of anode waste gas AAG. Correspondingly, the cathode section 130 is equipped with a cathode supply section 132 for supplying cathode supply gas KZG and a cathode discharge section 134 for discharging cathode exhaust gas KAG. In contrast to known solutions, however, the fuel cell stack 110 in this embodiment of the fuel cell system 100 is now equipped with a distribution device 10 according to the present invention on the input side and the output side. This makes it possible to receive the respective operating medium via corresponding connecting fluid interfaces 28 and via the distribution device 10 to the individual partial connections of the fuel cell stack

110 zu verteilen. Auch, in Figur 8 nicht ersichtlich, ist es möglich, insbesondere die 110 to distribute. Also, not visible in Figure 8, it is possible, in particular

Verteilungsvorrichtung 10 wieder ausgebracht werden kann. Distribution device 10 can be deployed again.

Die voranstehende Erläuterung beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich The above explanation only describes the present invention

im Rahmen von Beispielen. in the context of examples.

Bezugszeichenliste Reference List

10 Verteilungsvorrichtung 20 Grundkörper 10 distribution device 20 base body

21 Befestigungsschnittstelle 22 Kontaktfläche 21 attachment interface 22 contact surface

24 Vertiefung 24 deepening

26 Dichtungsabschnitt 26 seal section

28 Anschluss-Fluidschnittstelle 30 Medien-Teilkanal 28 connection fluid interface 30 media sub-channel

32 Fluidschnittstelle 32 fluid interface

34 Verteilerabschnitt 34 manifold section

40 Dichtungskörper 40 seal body

50 Zusatz-Grundkörper 50 additional bodies

52 Zusatz-Kontaktfläche 52 additional contact surface

100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzellenstapel 100 fuel cell system 110 fuel cell stack

111 Gegen-Befestigungsschnittstelle 112 Gegen-Kontaktfläche 111 Mating Attachment Interface 112 Mating Contact Face

114 Gegen-Dichtungsabschnitt 116 Gegen-Fluidschnittstelle 120 Anodenabschnitt 114 Counter Seal Section 116 Counter Fluid Interface 120 Anode Section

122 Anodenzuführabschnitt 124 Anodenabführabschnitt 130 Kathodenabschnitt 122 anode supply section 124 anode discharge section 130 cathode section

132 Kathodenzuführabschnitt 134 Kathodenabführabschnitt 140 Medien-Vollkanal 132 cathode feed section 134 cathode discharge section 140 media full channel

150 Gegenanschluss-Fluidschnittstelle 150 Mating Port Fluid Interface

AZG Anodenzuführgas AAG Anodenabgas AZG anode feed gas AAG anode exhaust gas

KZG Kathodenzuführgas KAG Kathodenabgas KZG cathode feed gas KAG cathode exhaust gas

KF Kühlfluid KF cooling fluid

Claims

patent claims

1. Distribution device (10) for distributing operating media to a fuel cell stack (110), characterized by a base body (20) made of a plastic material, the base body (20) having a contact surface (22) for contacting a counter-contact surface (112) of the fuel cell stack (110) and at least one depression (24) in the contact surface (22), which forms at least one partial media channel (30), which can be completed at least partially by the counter-contact surface (112) to form a full media channel (140), wherein the contact surface (22) next to the at least one depression (24) has sealing sections (26) for sealing contact with counter-sealing sections (114) of the counter-contact surface (112) of the fuel cell stack (110), the at least one media sub-duct (30 ) has a fluid interface (32) for a fluid-communicating connection with a counter-fluid interface (116) of the counter-contact surface (1 12).

2. Distribution device (10) according to claim 1, characterized in that the base body (20) has at least one connection fluid interface (28) in fluid communication with the at least one media sub-channel (30) for an external connection to a counter-connection fluid interface (150).

3. Distribution device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one recess (24) is free or

is essentially free of undercuts.

4. Distribution device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the contact surface (22) is planar or substantially

Lichen is just trained.

5. Distribution device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the base body (20) as a one-piece or

is formed substantially as a one-piece component.

others at the counter-contact surface (112).

7. Distribution device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that further functional components are integrated into the at least one media sub-channel (30), in particular at least one

of the following: — valve device — throttle device — sensor device

8. Distribution device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sealing sections (26) are designed as sealing depressions for receiving one of the base body (20)

separate seal body (40).

9. Distribution device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that it has at least one additional base body (50) with an additional contact surface (52) which has a smaller first

ckung as the contact surface (22) and this partially contacted.

10. Distribution device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the media sub-channel (30) has at least one distributor section (34) for dividing the media sub-channel (30)

on two fluid interfaces (32).

11. Distribution device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the base body (20), in particular in addition to the at least one depression (24), has a reinforcement structure and/or material reinforcement for mechanical reinforcement of the

at least one media sub-channel (30).

Has thermal insulation section with reduced heat conduction.

13. Fuel cell system (100) for generating electricity, comprising a fuel cell stack (110) with an anode section (120) and a cathode section (130), the anode section (120) comprising an anode feed section (122) for supplying anode feed gas (AZG) and an anode discharge section (124) for discharging anode off-gas (AAG), the cathode section (130) having a cathode feed section (132) for supplying cathode feed gas (KZG) and a cathode discharge section (134) for discharging cathode off-gas (KAG), further having a distribution device (10) with the features of one of Claims 1 to 12, which is fastened to the fuel cell stack (110) in an installation position which contacts the counter-contact surface (112) and at least in sections has the anode feed section (122), the anode discharge section (124), the cathode feed section (132 ) and/or the cathode discharge section (134).

14. Manufacturing method for producing a distribution device (10) with the

Features of any one of claims 1 to 13, comprising the following step:

- Forming a one-piece base body (20) while forming the at least one depression (24).

15. Assembly method for assembling a fuel cell system (100).

the features of claim 13, comprising the following step:

- Fastening the distribution device (10) with the features of one of claims 1 to 12 in a sealed installation position with fluid-communicating connection between the at least one fluid-cut

point (32) and the at least one counter fluid interface (116).