CN107925106B

CN107925106B - 具有内部颗粒约束功能的燃料电池堆以及具有这种燃料电池堆的车辆

Info

Publication number: CN107925106B
Application number: CN201680046962.8A
Authority: CN
Inventors: P.巴赫; I.德雷舍尔
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: US10804556B2; US20180233757A1; WO2017025556A1; CN107925106A; DE102015215201A1

Abstract

本发明涉及一种燃料电池堆（10）、一种燃料电池系统（100）以及一种具有这种燃料电池系统的车辆。燃料电池堆（10）包括：在两个端面板（16）之间交替地布置的膜电极单元（14）和双极板（15）的堆；以及用于输送和排出用于所述燃料电池堆（10）的工作介质的主供应通道（17、18），所述主供应通道沿着堆的堆叠方向（S）贯穿所述堆。规定：在所述主供应通道（17、18）中的至少一个主供应通道中设置有用于约束颗粒（191）的装置（40）。

Description

具有内部颗粒约束功能的燃料电池堆以及具有这种燃料电池堆的车辆

技术领域

本发明涉及一种具有内部颗粒约束功能的燃料电池堆以及一种具有这种堆的燃料电池系统。本发明还涉及一种车辆，所述车辆具有这种燃料电池系统或这种燃料电池堆。

背景技术

燃料电池利用了将燃料与氧气化学转化成水来产生电能。为此，燃料电池包含所谓的膜电极单元（MEA，针对membrane electrode assembly）作为核心部件，所述膜电极单元是由传导离子的（大多是传导氢离子的）膜和分别布置在该膜两侧的催化电极（阳极和阴极）构成的结构。后者大多具有被支撑的贵金属、尤其是铂。此外，在膜电极单元两侧的气体扩散层（GDL）可以布置在电极的背离膜的侧面上。燃料电池堆通常通过多个布置成堆（stack）的MEA形成，所述MEA的电功率相加。在各个膜电极单元之间通常布置有双极板（也称作流场板或隔膜板），所述双极板保证了给单个电池供应工作介质、即反应物，而且通常也用于冷却。此外，双极板还引起与膜电极单元的导电接触。

在燃料电池运行时，燃料（阳极工作介质）、尤其是氢气H₂或者含氢的气体混合物通过双极板的在阳极侧打开的流场被输送给阳极，在所述阳极，在释放电子的情况下从H₂电化学氧化成氢离子H⁺（H₂

2H⁺ + 2e^–）。通过电解质或者使反应区气密地彼此隔离并且电绝缘的膜，（水结地或者无水地）将氢离子从阳极区运输到阴极区。在阳极上提供的电子通过电线被引向阴极。氧气或含氧的气体混合物（例如空气）作为阴极工作介质通过双极板的在阴极侧打开的流场被输送给阴极，使得在吸收电子的情况下从O₂还原成2O^2-（½O₂ + 2e^–

O^2-）。同时，氧离子在阴极区中在形成水的情况下与被运输经过所述膜的氢离子发生反应（O^2- + 2H⁺

H₂O）。

通过主供应通道给燃料电池堆供应它的工作介质，即阳极气体燃料（例如氢气）、阴极气体燃料（例如空气）和冷却剂，所述主供应通道沿着堆的整个堆叠方向穿过所述堆，并且工作介质从所述主供应通道经过双极板被输送给单个电池。对于每种工作介质来说，存在至少两个这种主供应通道，即一个用于输送相应的工作介质的主供应通道和一个用于排出相应的工作介质的主供应通道。

在燃料电池堆运行时，工作介质的个别杂质可能导致：这些个别杂质在堆的主供应通道之内聚集（沉淀）并且导致细小的、从主供应通道分岔到单个电池中的通道结构塞住和堵塞。该问题尤其在主供应通道的流动末端处出现。这可能长期导致功率降低或者甚至导致对堆的持续的损坏。

为了保护燃料电池堆以防个别杂质、例如以防包含在空气中的灰尘，公知的是，将外部过滤器集成在燃料电池系统的相对应的供应路径中（例如EP1349638B1、EP2159865A1、US8808932B2、US2015004502A1）。然而，这样的过滤装置占据了比较多的结构空间并且呈现被提高的重量。

发明内容

现在，本发明所基于的任务在于：提出一种燃料电池系统，所述燃料电池系统能够实现更紧凑的并且重量降低的结构类型，而且同时保护燃料电池堆以防工作介质的个别杂质。

该任务通过具有独立权利要求的特征的一种燃料电池堆、一种具有这种燃料电池堆的燃料电池系统以及一种具有这种燃料电池系统的车辆来解决。

按照本发明的燃料电池堆包括：交替地布置的膜电极单元和双极板的堆；以及两个位于末端的端面板，所述堆布置在所述两个位于末端的端面板之间。堆还包括主供应通道，用于输送和排出用于燃料电池堆的工作介质，所述工作介质沿着堆的堆叠方向贯穿所述堆。按照本发明，在主供应通道中的至少一个主供应通道中设置有用于约束颗粒的装置。

通过将用于约束颗粒的装置布置在主供应通道中的至少一个主供应通道之内、也就是说布置在燃料电池堆之内，取消了对用于净化相应的工作介质的单独的构件的需求。以这种方式降低了燃料电池系统以及结构空间需求的复杂性。同时节约了重量，这尤其是燃料电池系统的移动应用中是有利的。此外，甚至可以改善颗粒分离的效率。

在此，在本发明的范围内，“用于约束颗粒的装置”被理解为如下任何设计方案或装置，所述设计方案或装置适合于在继续运输之前有针对性地保留和收集颗粒、即工作介质的固体杂质。在此，用于约束颗粒的装置优选地被构造为使得这些颗粒在相应的主供应通道的范围内在预先确定的位置上有针对性地聚集。

优选地，燃料电池堆拥有至少六个主供应通道，即分别是：用于输送阳极工作介质的通道（随后称阳极入口通道）；用于排出阳极废气的通道（阳极出口通道）；用于输送阴极工作介质的通道（阴极入口通道）；用于排出阴极废气的通道（阴极出口通道）；用于输送冷却剂的通道（冷却剂入口通道）以及用于排出冷却剂的通道（冷却剂出口通道）。这些主供应通道中的每个主供应通道都沿着由膜电极单元和双极板形成的堆的堆叠方向贯穿所述堆，也就是说垂直于单个电池的延伸地贯穿所述堆。

在本发明的优选的实施方案中，用于约束颗粒的装置布置在用于输送工作介质的主供应通道中的至少一个主供应通道中，也就是说布置在阳极入口通道、阴极入口通道和/或冷却剂入口通道中。这一方面防止了相应的工作介质的个别杂质侵入到燃料电池堆的单个电池中或者在主供应通道之内淤积并且堵塞在那里。以这种方式，可以取消用于相应的工作介质的单独的净化装置（例如颗粒过滤器），但是至少可以使得用于相应的工作介质的单独的净化装置（例如颗粒过滤器）更小地定尺寸。特别优选地，用于约束颗粒的装置布置在阴极入口通道中和/或布置在冷却剂入口通道中。阴极入口通道特别是受个别的淤积影响，因为通常空气被用作阴极工作介质，所述空气从周围环境中吸入并且因此可能具有各种各样的个别杂质。另一方面，通常循环的冷却剂也可能随着使用时间增加而受到个别杂质影响。

优选地，用于约束颗粒的装置被设置在至少一个主供应通道的（相对于相对应的工作介质的流动方向的）端部中，尤其是设置在通道的如下部分上，从所述部分没有输送通道分岔到各个单独的燃料单个电池。以这种方式造成：过大以致于没有流入到单个电池中的颗粒有针对性地被约束和聚集在端部上，使得这些颗粒在那里不导致单个电池阻塞。

尤其是，用于约束颗粒的装置可以设置或构造在燃料电池堆的下游的端面板中。以这种方式，被约束的颗粒聚集在下游的端面板中或者聚集在下游的端面板上，在那里，这些颗粒不导致单个电池阻塞而且不妨碍工作介质的流体流。

在本发明的优选的实施方案中，燃料电池被构造为在安装位置运行，在所述安装位置，用于输送和排出工作介质的主供应通道基本上水平地（“平地”）延伸。在此，至少一个具有用于约束颗粒的装置的主供应通道布置在膜电极单元的活跃区的与所述主供应通道（以流体技术）相连的输入区之下或者侧面地相邻于膜电极单元的活跃区的与所述主供应通道（以流体技术）相连的输入区地来布置。在有关的主供应通道的位于下面的布置的情况下，活跃区垂直地延伸或在侧面地布置的情况下水平地延伸。在此，术语“在...之下”或“侧面地相邻”涉及在重力场中的相对布置。通过该设计方案实现了：被约束的颗粒由于其重力而聚集在相对应的主供应通道的在安装位置下面的一侧，而且与向上或侧面地流入到单个电池中并且流入到活跃区中的工作介质分开。特别优选地，在该设计方案中，用于约束颗粒的装置布置在主供应通道的布置在下面的部分中或者布置在主供应通道的布置在下面的部分上。

在本发明的一个优选的实施方案中，用于约束颗粒的装置具有至少一个容纳颗粒的腔体。如随后还阐述的那样，该腔体例如可以构造为主供应通道的径向的（侧面的）留空部或者构造为容纳部，所述容纳部被构造在两个伸入到主供应通道中的突出部之间。这种腔体的布置具有如下优点：构造储存器，在所述储存器中，颗粒可以可靠地并且持续地被收集，而没有重新被工作介质流冲走。

在本发明的另一优选的实施方案中，用于约束颗粒的装置包括在主供应通道中和/或在其下游的端面板中的至少一个关于主供应通道的延伸径向地布置的留空部。在该设计方案中，在上文提到的腔体因此被实现为侧面的留空部。颗粒可以聚集在流动通道或端面板的这种侧面的留空部中，而不妨碍工作介质的顺流的流动。尤其是当在下游的端面板之内设置径向的留空部时，在该位置，到各个电池的输送没有被阻碍。

按照本发明的另一有利的设计方案，用于约束颗粒的装置包括至少一个伸入到主供应通道中的突出部、尤其是多个这种突出部。突出部导致颗粒停住，使得这些颗粒在通道之内聚集在突出部上游。只要设置多个突出部，在两个相邻的突出部之间就分别构造有腔体，颗粒可以聚集在所述腔体中。在此，聚集在那里的颗粒尽可能地被流入的工作介质流阻挡。

优选地，至少一个伸入到主供应通道中的突出部通过膜电极单元或双极板的伸入到主供应通道中的部分来构造。即使膜电极单元以及双极板都具有供应孔，所述供应孔在堆叠状态下尽可能地彼此对准并且因此构造出主供应通道。由于膜电极单元的相对应的供应孔具有不同于双极板的相对应的供应孔的尺寸，发生按照本发明的突出部的构造。以这种方式，通过结构上的微小变化可以得到容纳颗粒的（这里构造在两个突出部之间的）腔体。

优选地，只要这些突出部通过膜电极单元来构造，就规定：伸入的部分通过膜电极单元的载体膜或密封来构造。

本发明的另一方面涉及一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有按照本发明的燃料电池堆。尤其是，该燃料电池系统除了燃料电池堆之外还具有阳极供应装置和阴极供应装置，所述阳极供应装置和阴极供应装置具有相对应的外围部件。

本发明的另一方面涉及一种车辆，所述车辆具有燃料电池系统，所述燃料电池系统具有按照本发明的燃料电池堆。该车辆优选地是电动车辆，其中由燃料电池系统产生的电能用于供应牵引电机和/或牵引电池组。

本发明的其它优选的设计方案从其余的、在从属权利要求中提到的特征中得到。

只要在个别情况下不另作实施，本发明的在本申请中提到的不同的实施方式就能有利地来彼此结合。

附图说明

随后，本发明在实施例中依据所属的附图来阐述。其中：

图1示出了按照一个优选的设计方案的燃料电池系统的方框电路图；

图2示出了对膜电极单元的俯视图；

图3示出了对双极板的俯视图；

图4示出了按照现有技术的燃料电池堆的截面图；

图5示出了按照本发明的第一实施方案的燃料电池堆的片段的截面图；而

图6示出了按照本发明的第二实施方案的燃料电池堆的片段的截面图。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的一个优选的设计方案的整体上用100来表示的燃料电池系统。燃料电池系统100是未进一步示出的车辆、尤其是电动车辆的部分，所述车辆具有牵引电机，所述牵引电机通过燃料电池系统100来供应电能。

燃料电池系统100具有燃料电池堆10作为核心部件，所述燃料电池堆具有多个布置成堆形的单个电池11，所述单个电池通过交替地堆叠的膜电极单元（MEA）14和双极板15来构造（参见详细片段）。因此，每个单个电池11分别具有MEA 14，所述MEA具有这里未进一步示出的传导离子的聚合物电解质膜以及布置在所述聚合物电解质膜两侧的催化电极，即阳极和阴极，所述催化电极可以催化燃料电池转化的相应的子反应而且尤其是可以构造为在膜上的涂层。阳极电极和阴极电极都具有催化材料、例如铂，所述催化材料被支撑地存在于大的特定表面的导电载体材料（例如基于碳的材料）上。因此，在双极板15与阳极之间构造有阳极区12而在阴极与下一个双极板15之间构造有阴极区13。双极板15用于将工作介质输送到阳极区和阴极区12、13中并且还在各个燃料电池11之间建立电连接。可选地，气体扩散层可以布置在膜电极单元14与双极板15之间。

为了给燃料电池堆10供应工作介质，燃料电池系统100一方面具有阳极供应装置20而另一方面具有阴极供应装置30。

阳极供应装置20包括阳极供应路径21，所述阳极供应路径用于将阳极工作介质（燃料）、例如氢气输送到燃料电池堆10的阳极区12中。为了该目的，阳极供应路径21使燃料存储器23与燃料电池堆10的阳极入口连接。阳极供应装置20还包括阳极废气路径22，所述阳极废气路径将阳极废气从阳极区12经过燃料电池堆10的阳极出口排出。在燃料电池堆10的阳极侧12上的阳极工作压力能通过在阳极供应路径21中的调节装置24来调节。此外，阳极供应装置20可以如所示出的那样具有燃料再循环管道25，所述燃料再循环管道使阳极废气路径22与阳极供应路径21连接。燃料的再循环的常见的，以便将大多数过化学计量地使用的燃料送回所述堆并且使用大多数过化学计量地使用的燃料。在燃料再循环管道25中布置有另一调节装置26，利用所述调节装置26能调节再循环速率。

阴极供应装置30包括阴极供应路径31，所述阴极供应路径将含氧的阴极工作介质（尤其是空气）输送给燃料电池堆10的阴极区13，所述含氧的阴极工作介质从周围环境吸入。阴极供应装置30还包括阴极废气路径32，所述阴极废气路径将阴极废气（尤其是排出的空气）从燃料电池堆10的阴极区13中排出并且必要时将所述阴极废气输送给未示出的排气装置。为了输送和压缩阴极工作介质，在阴极供应路径31中布置有压缩机33。在所示出的实施例中，压缩机33被设计为主要电机地驱动的压缩机，对所述压缩机的驱动通过配备有相对应的功率电子装置35的电机34来实现。压缩机33还可以通过布置在阴极废气路径32中的（必要时具有可变的涡轮几何形状的）涡轮机36辅助地通过共同的轴（未示出）地来驱动。涡轮机36具有膨胀器（Expander），所述膨胀器造成阴极废气的膨胀并且因此造成所述阴极废气的压力的下降。

按照所示出的实施例，阴极供应装置30还可具有废气阀门管道37，所述废气阀门管道将阴极供应管道31与阴极废气管道32连接，即所述废气阀门管道是燃料电池堆10的旁路。废气阀门管道37允许：在燃料电池堆10中短时间地降低阴极工作介质的工作压力，而不关闭压缩机33。布置在废气阀门管道37中的调节装置38允许控制绕开燃料电池堆10的阴极工作介质的量。燃料电池系统100的所有调节装置24、26、38都可以构造为可调节或不可调节的阀或阀门。相对应的其它调节装置可以布置在管道21、22、31和32中，以便可以使燃料电池堆10与周围环境绝缘。

燃料电池系统100还可具有润湿模块39。一方面，润湿模块39布置在阴极供应路径31中，使得阴极工作气体能流过所述润湿模块。另一方面，润湿模块39布置在阴极供应路径32中，使得阴极废气能流过所述润湿模块。润湿器39通常具有多个水蒸气可渗透的膜，所述水蒸气可渗透的膜平面地或者以空心纤维为形式地来构造。在此，比较干燥的阴极工作气体（空气）从这些膜的一个侧面溢出而比较潮湿的阴极废气（废气）从另一侧面溢出。受到在阴极废气中的水蒸气上的更高的分压驱使，发生水蒸气经过膜转移到阴极工作气体中，所述阴极工作气体以这种方式来润湿。

阳极供应装置和阴极供应装置20、30的其它不同的细节在简化的图1中出于清楚的原因而没有被示出。这样，在阳极废气路径和/或阴极废气路径22、32中可以建造脱水机，以便液化和排出从燃料电池反应中形成的产物水。最后，阳极废气管道22可通向阴极废气管道32，使得阳极废气和阴极废气通过共同的排气装置来排出。

为了阐明燃料电池10的内部结构，图2和3分别以俯视图示出了示例性的膜电极单元14和双极板15。

两个构件被分成活跃区AA和不活跃区IA。活跃区AA的特点在于：在该区域内进行燃料电池反应。为了该目的，膜电极单元14在聚合物电解质膜两侧在活跃区AA中具有催化电极143。不活跃区IA可以分别被分成供应区SA和分布区DA。在供应区SA之内，供应孔144至147布置在膜电极单元14侧面或供应孔154至159布置在双极板15侧面，所述供应孔在堆叠状态下基本上彼此对准并且在燃料电池堆中构造出主供应通道。阳极入口孔144或154用于输送阳极工作气体、即燃料（例如氢气）。阳极出口孔145或155用于在阳极废气溢出活跃区AA之后将阳极废气排出。阴极入口孔146或156用于输送阴极工作气体，所述阴极工作气体尤其是氧气或含氧的混合物、优选地是空气。阴极出口孔147或157用于在阴极废气溢出活跃区AA之后将阴极废气排出。冷却剂入口孔148或158用于输送冷却剂，而冷却剂出口孔149或159用于排出冷却剂。

MEA 14具有阳极侧141，所述阳极侧141在图2中可见。因此，所示出的催化电极143被构造为阳极，例如被构造为在聚合物电解质膜上的涂层。在图2中不可见的阴极侧142具有相对应的催化电极、这里是阴极。聚合物电解质膜可以在膜电极单元14的整个分布范围内延伸，但是至少可以在活跃区AA内延伸。在不活跃区IA中可以布置增强的载体膜，所述载体膜围住所述膜。

在图3中示出的双极板15同样具有在图中可见的阴极侧152以及不可见的阳极侧151。在典型的实施方案中，双极板15由两个拼合的二分之一板、即阳极板和阴极板来构造。在所示出的阴极侧152上，工作介质通道153被构造为敞开的鳍形的通道结构，所述敞开的鳍形的通道结构使阴极入口孔156与阴极出口孔157连接。仅仅示出了五个示范性的工作介质通道153，其中通常存在大得多的数目。这里不可见的阳极侧151同样具有相对应的工作介质通道，所述工作介质通道使阳极入口孔154与阳极出口孔155连接。用于阳极工作介质的这些工作介质通道也构造为敞开的、鳍形的通道结构。被包围的冷却剂通道在双极板15内部、尤其是在两个二分之一板之间延伸，所述冷却剂通道使冷却剂入口孔158与冷却剂出口孔151连接。在图3中用中断的线来表示密封。

图4示出了按照现有技术的燃料电池堆10的截面图。可识别地，燃料电池堆10具有多个被堆叠的单个电池11，所述多个被堆叠的单个电池通过交替地堆叠的膜电极单元14和双极板15来构造。这些单个电池11通过两个端面板16来挤压并且液体密封地集中在一起。为此，所述两个端面板可以通过未示出的夹紧装置彼此夹紧。在此，在按照图4的图示中，左侧的端面板16构造为介质供应板，其方式是所述介质供应板具有用于输送和排出不同的工作介质的相对应的接口。左侧的、由工作介质流入的端面板16随后也被称作下游的端面板16。此外，在图4中还示范性地示出了用于输送针对燃料电池堆10的工作介质19的主供应通道17以及用于排出工作介质的主供应通道18。因此，工作介质19经过在左侧示出的介质供应板16的相对应的接口进入到主供应通道17中并且流经所述主供应通道17。从那里使工作介质19分布到堆的各个单独的单个电池11中。在从单个电池11的膜电极单元14的催化区溢出之后，工作介质19作为废气从单个电池11流到主供应通道18中，所述工作介质19从那里经由端面板16从堆10排出。例如，主供应通道17是阴极入口通道，所述阴极入口通道通过膜电极单元14或双极板15的重叠地堆叠的阴极入口孔146、156来构造（参见图2和3）。与此相应地，主供应通道18是阴极出口通道，所述阴极出口通道通过MEA 14和双极板15的重叠地堆叠的阴极出口孔147、157来构造。在这种情况下，工作介质19尤其是空气。现在如果工作介质19包含过大以致于没有进入到单个电池11中的个别杂质191，那么发生颗粒191在主供应通道17之内的沉积和富集。尤其是，颗粒191作为沉淀物淤积在通道17的下游的端部。经此，可能发生相对应的单个电池11的细小的通道结构的堵塞并且因此可能发生燃料电池堆10的功率损失和不符合期望的压力下降。相对应的现象也可能在阳极工作介质以及尤其是冷却剂中出现，即在这里未示出的阳极入口通道和冷却剂入口通道中出现。

为了应付由于颗粒引起的沉淀和塞住的问题，本发明规定：在主供应通道17、18中的至少一个主供应通道之内、尤其是在进行输送的主供应通道17中设置或布置用于约束颗粒的装置。为此的示例依据图5和6借助于按照本发明的燃料电池堆10的细节片段来示出。在此，在该片段中仅仅示出了燃料电池堆10以及下游的端面板16的下面部分。

在图5中示出的实施例中，按照本发明的用于约束颗粒191的装置40包括腔体（袋子）41，所述腔体布置在进行输送的主供应通道17的下游的端部中。尤其是，腔体41以下游的端面板16的留空部的形式来构造。在此，留空部41关于主供应通道17的轴向延伸布置在通道17的径向上的四周上，尤其是根据堆10的安装位置布置在通道17的下侧。与工作介质19一起进入通道17的颗粒191在下游的端面板16上停住，失去动能并且淤积在留空部41之内。在该位置上，沉淀物丝毫没有导致到堆10的各个单独的单个电池11的细小的进入通道的堵塞或塞住，所述细小的进入通道在主供应通道17之上延伸。留空部/腔体41的容积优选地被安排为使得该容积对于容纳要在燃料电池10的工作寿命之内期望的沉淀物容积来说足够。

可选地，腔体41可以在绕开单个电池的活跃区的情况下与到周围环境中的出口通道、然而优选地到相对应的进行排出的主供应通道18中的出口通道连接（在图5中未示出）。以这种方式，工作介质流经过留空部41的微小的部分经由出口通道在绕开电池11的情况下直接到达进行排出的通道18。优选地，该出口通道延伸经过端面板16。一方面，这种出口通道改善了颗粒191在留空部41中的有针对性的聚集，因为这些颗粒通过旁路流有针对性地被运输到留空部41中。此外，还可以实现对经过出口通道的沉淀物的存储能力的一定的增大。

图6示出了按照本发明的燃料电池堆10的一个可替换的设计方案。按照该设计方案，用于约束颗粒的装置40具有突出部42，所述突出部伸入到主供应通道17中。在所示出的示例中，突出部42由膜电极单元14来构造。尤其是，突出部42通过如下方式生成，其方式是膜电极单元14的相对应的供应孔144、146、148（参见图2）比双极板15的对应的供应孔154、156和158（参见图3）稍小地来构造。例如，膜电极单元14可以在相对应的不活跃区IA中基本上仅仅通过载体膜来构造，使得所述载体膜也构造出突出部42。在可替换的实施方案中，突出部42也可以通过双极板14的相对应地更小的供应孔来呈现。因此，在分别两个突出部42之间分别构造有容纳颗粒191的腔体43。突出部42的高度或腔体43的深度可以在0.1至5mm的范围内，尤其是在0.3至2mm的范围内，优选地在0.5至1.0mm的范围内。

因为在该实施例中，主供应通道17按照燃料电池堆10的安装位置在单个电池11的活跃区AA之下延伸并且因此工作介质19从下面流入到单个电池11中，所以由于颗粒191聚集在袋子43中而没有发生单个电池11的堵塞。

在所示出的实施例中，突出部42和腔体43在主供应通道17的整个范围内延伸。这能够实现将一致地裁剪的膜电极单元14用于整个堆10。此外，以这种方式得到对于颗粒191来说的特别高的约束率和存储容量。然而，可替换地，相对应的突出部42和腔体43也可以只在通道17的预先确定的部分中有针对性地来布置。在又一个其它的实施方案中，可以在正常的燃料单个电池11之间设置特殊的“收集区”，所述特殊的“收集区”布置在两个突出部42之间并且仅仅用于容纳颗粒191。在此，这些收集区可具有比燃料单个电池11更大的层厚度，以便维持在腔体43中的相对应地大的存储容积。

特别有利地，在图5和6中示出的实施例也可以彼此结合地来使用。

按照本发明的用于约束颗粒的装置40在燃料电池堆10之内的集成的布置导致结构容积的减小和燃料电池系统100的复杂性，因为可以省去用于工作介质的单独的净化装置，尤其是颗粒过滤器。可以十分有效地防止由于附加的到单个电池11的输送通道结构引起的压力下降。必要时，甚至可以相对于单独的颗粒过滤改善过滤效果。用于实现本发明的结构上的措施与极其低的花费相关联，使得也形成成本优势。

附图标记列表

100 燃料电池系统

10 燃料电池堆

11 单个电池

12 阳极区

13 阴极区

14 膜电极单元（MEA）

141 阳极侧

142 阴极侧

143 催化电极/阳极

144 供应孔/阳极入口孔

145 供应孔/阳极出口孔

146 供应孔/阴极入口孔

147 供应孔/阴极出口孔

148 供应孔/冷却剂入口孔

149 供应孔/冷却剂出口孔

15 双极板（隔膜板、流场板）

151 阳极侧

152 阴极侧

153 工作介质通道（反应物通道）

154 供应孔/阳极入口孔

155 供应孔/阳极出口孔

156 供应孔/阴极入口孔

157 供应孔/阴极出口孔

158 供应孔/冷却剂入口孔

159 供应孔/冷却剂出口孔

16 端面板/介质供应板/下游的板

17 主供应通道/阴极入口通道

18 主供应通道/阴极出口通道

19 工作介质/阴极工作介质/空气

191 颗粒/个别杂质

20 阳极供应装置

21 阳极供应路径

22 阳极废气路径

23 燃料箱

24 调节装置

25 燃料再循环管道

26 调节装置

30 阴极供应装置

31 阴极供应路径

32 阴极废气路径

33 压缩机

34 电机

35 功率电子装置

36 涡轮机

37 废气阀门管道

38 调节装置

39 润湿模块

40 用于约束颗粒的装置

41 腔体/留空部

42 突出部

43 腔体

AA 活跃区（反应区，active area）

IA 不活跃区（inactive area）

SA 供应区（supply area）

DA 分布区（distribution area）

S 堆叠方向

Claims

1.燃料电池堆（10），所述燃料电池堆包括：在两个端面板（16）之间交替地布置的膜电极单元（14）和双极板（15）的堆；以及用于输送和排出用于所述燃料电池堆（10）的工作介质的主供应通道（17、18），所述主供应通道沿着堆的堆叠方向（S）贯穿所述堆，其特征在于，在所述燃料电池堆（10）的下游的端面板（16）中并且在所述主供应通道（17、18）中的至少一个主供应通道中设置有用于容纳颗粒（191）的腔体（40）。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆（10），其特征在于，所述用于容纳颗粒（191）的腔体（40）布置在用于输送工作介质（19）的主供应通道（17）中。

3.根据权利要求2所述的燃料电池堆（10），其特征在于，所述用于容纳颗粒（191）的腔体（40）布置在阴极入口通道和/或冷却剂入口通道中。

4.根据上述权利要求1-3之一所述的燃料电池堆（10），其特征在于，所述燃料电池堆（10）被构造为：在安装位置运行，在所述安装位置，用于输送和排出工作介质的主供应通道（17、18）水平地延伸，其中至少一个具有所述用于容纳颗粒（191）的腔体（40）的主供应通道（17、18）布置在所述膜电极单元（14）的活跃区（AA）的与所述主供应通道（17、18）相连的输入区之下或者侧面地相邻于所述膜电极单元（14）的活跃区（AA）的与所述主供应通道（17、18）相连的输入区地来布置。

5.根据上述权利要求1-3之一所述的燃料电池堆（10），其特征在于，所述用于容纳颗粒（191）的腔体（40）包括在所述主供应通道（17、18）中的至少一个关于所述主供应通道（17、18）的延伸径向地布置的留空部（41）。

6.具有燃料电池系统（100）的车辆，所述燃料电池系统具有根据上述权利要求之一所述的燃料电池堆（10）。