CN112956058A - 燃料电池设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料电池设备（1），所述燃料电池设备具有燃料电池堆叠（12），所述燃料电池堆叠由在堆叠方向上彼此上下堆叠的多个单元电池（11）形成，这些单元电池分别具有一个或多个介质通道（8）以及膜电极装置（2），所述膜电极装置包括阴极、阳极和布置在所述阴极与所述阳极之间的膜，并且所述燃料电池设备具有基本上平行于堆叠方向延伸的介质引导件（22），所述介质引导件与所述燃料电池堆叠（12）可连接或连接，以引导介质基本上横向于所述堆叠方向地进入或离开所述燃料电池堆叠（12）的单元电池（11）的介质通道（8）。将所述介质引导件（22）形成为功能部件（35）或在所述介质引导件（22）中集成功能部件（35），所述功能部件被构造为在介质进入所述介质通道（8）之前对所述介质进行预处理，或者在所述介质从所述介质通道（8）中离开之后对所述介质进行后处理。

Description

燃料电池设备

技术领域

本发明涉及一种燃料电池设备，所述燃料电池设备具有燃料电池堆叠，所述燃料电池堆叠由在堆叠方向上彼此上下堆叠的多个单元电池形成，这些单元电池分别具有一个或多个介质通道以及膜电极装置，所述膜电极装置包括阴极、阳极和布置在所述阴极与所述阳极之间的膜，并且所述燃料电池设备具有基本上平行于堆叠方向、特别是在堆叠外部延伸的介质引导件，所述介质引导件与所述燃料电池堆叠可连接或连接，以引导介质基本上横向于所述堆叠方向地进入或离开所述燃料电池堆叠的单元电池的介质通道。

背景技术

例如从US2009/0226795 A1、JP 2005 071 959 A、EP 1836 739 B1或DE 10 2010011 206 A1已知具有在堆叠外部的介质引导件的燃料电池设备。在DE 103 15 601 A1中示出了根据权利要求1的前序部分的特征组的燃料电池设备，其中所述介质引导件同样在堆叠外部附接到所述燃料电池堆叠。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种燃料电池设备，所述燃料电池设备具有紧凑的并因此节省结构空间的设计方案。

该任务通过具有权利要求1的特征组的燃料电池设备得以解决。在从属权利要求中说明了具有本发明的适宜扩展方案的有利设计方案。

所述燃料电池设备的特征在于，将所述介质引导件形成为功能部件或在所述介质引导件中集成这种功能部件，所述功能部件被构造为在介质进入所述介质通道之前对所述介质进行预处理，或者在所述介质从所述介质通道中离开之后对所述介质进行后处理。因此，用于处理所述介质的功能部件不是单独布置的，而是直接构造在所述介质引导件本身中或分配给所述介质引导件。由此导致对所述燃料电池设备所需空间的显著节省。此外存在经减少的数目的部件。

所述介质引导件，即所谓的外部接头（Header），与其余堆叠分开制造，并且在堆叠制造完成后才与所述堆叠连接。由此可以与堆叠几何形状无关地选择所述功能部件的几何形状，其中还开辟了与堆叠方向无关地选择将介质输送到所述功能部件或排出所述功能部件的可能性。

对于所述功能部件，已证明有利的是，所述功能部件选自包括下列各项的组：加湿器、离子交换器、离子阱、颗粒过滤器、空气过滤器和水分离器。

一种易于制造的燃料电池设备的特征在于，设置多个介质引导件，所述多个介质引导件形成为用于输送空气的第一介质输送件和用于排出经至少部分消耗的空气的第一介质排出件，并且所述多个介质引导件形成为用于输送燃料的第二介质输送件和用于排出所述燃料电池堆叠的经至少部分消耗的燃料的第二介质排出件。因此，这两种反应介质沿着所述燃料电池堆叠在侧面、即在堆叠外部在所述介质引导件中被引导，其中这两种反应介质可以垂直于堆叠方向、因此横向地进入或离开所述燃料电池堆叠的单元电池。

为了能够调节所述燃料电池堆叠中的湿气含量，有利的是，将所述第一介质输送件形成为加湿器或在所述第一介质输送件中集成加湿器。

为了不向环境释放可能的污染物，开辟了将所述第一介质排出件形成为空气过滤器或在所述第一介质排出件中集成空气过滤器的可能性。

然而，为了也保护所述燃料电池堆叠免遭污染物，有意义的是，将所述第二介质输送件形成为颗粒过滤器或在所述第二介质输送件中集成颗粒过滤器。

为了收集在阳极回路中累积的冷凝物，有利的是，将所述第二介质排出件形成为水分离器或在所述第二介质排出件中集成水分离器。

为了在堆叠外部沿着所述燃料电池堆叠附加地引导冷却剂，并且为了将所述冷却剂横向地引导到单元电池中或在两个单元电池之间引导到燃料电池堆叠中，有意义的是，此外将所述介质引导件细分为冷却剂输送件和冷却剂排出件。

在此开辟了将所述冷却剂输送件形成为离子交换器或在所述冷却剂输送件中集成离子交换器的可能性。由此保证了输送到所述燃料电池堆叠的冷却剂是电中性的或低于临界电导率值，以避免部件的短路或充电。

为了使所述燃料电池设备的组装变得容易，已经证明有利的是，所述燃料电池堆叠，特别是单元电池具有支腿容纳部，所述支腿容纳部被构造为分别容纳所述介质引导件的引导支腿，其中所述引导支腿优选地彼此直接连接。

特别地，在此所述介质引导件的引导支腿插入到所述燃料电池堆叠的基本上平行于堆叠方向延伸的支腿容纳部中。

所述介质引导件的引导支腿可以定位在所述燃料电池堆叠的侧面上，其中在所述燃料电池堆叠上具有预给定的挡块。这减少了将所述介质引导件组装到正确部位的耗费。此外，由于构造在所述燃料电池堆叠上的支腿容纳部，最小化了用于组装所述介质引导件的组装时间。

这种布置也是有利的，因为可以为所述介质引导件选择与用于所述单元电池或用于所述单元电池的双极板不同的材料。此外，可以减少为了密封所述介质引导件而必须制造的密封迹线的数量。由此也降低了制造复杂性。

已经证明有意义的是，将所述燃料电池堆叠的支腿容纳部形成为基本上平行于堆叠方向延伸的凹槽。这种凹槽在制造技术上非常容易制造。

此外有利的是，将所述介质引导件形成为可弹性弯曲的，使得所述引导支腿在预应力下保持在所述支腿容纳部中。通过这种预应力，可以在组装期间将所述介质引导件以自锁的方式固定在所述燃料电池堆叠上，其中可以优选额外地将所述引导支腿与所述燃料电池堆叠，特别是与所述燃料电池堆叠的支腿容纳部进行材料配合地连接，以建立牢固的连接。

优选地，回位力优选指向外部，因为由介质产生的压力同样会将指向外部的力作用到所述引导支腿上。由于流动介质的力和通过弹性得到的回位力形成的总和，实现了所述介质引导件在所述燃料电池堆叠上的还要更牢固且因此更可靠的连接。

所述引导支腿在所述支腿容纳部内的附加固定可以通过以下方式实现，即，支腿容纳部具有底切部，所述底切部优选基本平行于堆叠方向地延伸，所述底切部被构造为能够在底切部中容纳引导元件，其中所述引导元件构造或布置在其中一个引导支腿和/或其中另一个引导支腿上。

为了附加地加强所述引导支腿的固定，已经证明有利的是，能够将所述引导元件形状配合地容纳在所述底切部中。

就此而论也可能有意义的是，所述引导元件由与所述引导支腿不同的材料形成。例如，所述引导元件可以由具有粘附特性的材料形成，使得必要时除了形状配合之外还额外地将所述引导元件粘接在所述底切部内，并因此额外地构造出材料决定的连接。

由于在所述介质引导件中引导的介质而在所述介质引导件或所述燃料电池堆叠中存在着的压力，所述介质引导件与所述燃料电池堆叠的连接鉴于保持密封性方面面临挑战。因此，为了满足该要求，被证明有意义的是，所述引导元件此外由密封材料形成。

在所述介质引导件的一种设计方案中，所述引导支腿间接地经由引导接片彼此连接。由此可以描述U形，其中“U”形的开口末端指向所述燃料电池堆叠并由此将介质从外部引向所述燃料电池堆叠。因此，介质在所述介质引导件内基本平行于堆叠方向地流动。介质在关于堆叠方向（z方向）横向或侧向的方向上（x-y方向）进入所述燃料电池堆叠。

替代地，所述引导支腿也可以直接彼此连接，从而更确切地说实现了所述介质引导件的横截面为C形的设计，其中所述介质引导件具有到所述燃料电池堆叠的“C”形的开口末端。这里，介质在所述介质引导件内也基本上平行于堆叠方向地流动，并且在关于堆叠方向的横向或侧向进入所述燃料电池堆叠。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节从权利要求、优选实施方式的以下描述以及根据附图得出。在此：

图1a以透视图示出了燃料电池设备，

图1b以透视图示出了另一燃料电池设备，

图2以俯视图示出了单元电池的（第一）双极板，

图3示出了图2中的III-III截面，

图4以俯视图示出了具有所施加的复合层的图2的（第一）双极板，

图5示出了图4的V-V截面（未压制状态），

图6示出了图4的（第一）双极板与放在其上的燃料电池装置，

图7示出了图6的VII-VII截面（未压制状态），

图8示出了图6的具有所施加的连接层的配置，

图9示出了图8的IX-IX截面（未压制状态），

图10以俯视图示出了具有（第二）双极板的燃料电池堆叠的单元电池，

图11以底视图、即第二双极板的面向膜电极装置的面的视图示出了（第二）双极板，

图12以透视图示出了由多个根据图10的单元电池形成的燃料电池堆叠，

图13示出了图10的穿过多个彼此上下堆叠的单元电池（压制状态）的XIII-XIII截面图，

图14示出了图10的穿过多个彼此上下堆叠的单元电池（压制状态）的XIV-XIV截面图，

图15示出了穿过图1a的燃料电池堆叠的垂直于堆叠方向延伸的横截面，该燃料电池堆叠具有在自身上安置的介质引导件，

图16示出了穿过图1b的燃料电池设备的垂直于堆叠方向延伸的横截面，

图17示出了根据图1b的燃料电池设备的透视细节图，

图18示出了支腿容纳部和引导支腿的末端部的细节图，以及

图19示出了支腿容纳部与在支腿容纳部中插入的引导支腿的另一细节图。

应当事先指出，所示图示的维度、尺寸比例和比例尺不是设定的并且可以变化。特别是在截面图示中，这样示出各个层，使得可以理解各个层在哪个相互方位上以及以何种顺序彼此上下堆叠。

具体实施方式

在图1a和1b中分别示出了具有燃料电池堆叠12的燃料电池设备1。燃料电池堆叠12由在堆叠方向（z方向）上彼此上下堆叠的多个单元电池11形成。这些单元电池11分别具有一个或多个介质通道8（图2）和膜电极装置2（图6）。单元电池11中的其中每个膜电极装置2包括阴极、阳极以及布置在所述阴极和所述阳极之间的离子传导的膜。

燃料电池设备1还具有平行于堆叠方向延伸的介质引导件22，该介质引导件22与燃料电池堆叠12如此连接，以引导介质基本上横向于堆叠方向地进入或离开燃料电池堆叠12的单元电池11的介质通道8。本燃料电池设备1为此包括多个介质引导件22，所述多个介质引导件细分为用于将第一反应介质（例如氧气或空气）输送到所述阴极的第一介质输送件22a以及用于排出在单元电池11中未消耗的第一反应介质的第一介质排出件22b，第一介质输送件22a在燃料电池堆叠12的第一侧上，而第一介质排出件22b在燃料电池堆叠12的与所述第一侧相对置的第二侧上。此外，介质引导件22还细分为用于将第二反应介质（例如，氢气形式的燃料）输送到所述阳极的第二介质输送件22c和用于排出在单元电池11中未消耗的第二反应介质的第二介质排出件22d，第二介质输送件22c在燃料电池堆叠12的第三侧上，而第二介质排出件22d在燃料电池堆叠12的与第三侧相对置的第四侧上。最后，介质引导件22还细分为用于输送冷却剂（例如液态水）的冷却剂输送件22e和用于排出（部分）加热的冷却剂的冷却剂排出件22f，冷却剂输送件22e在燃料电池堆叠12的第三侧上，而冷却剂排出件22f在燃料电池堆叠12的第四侧上。

根据图1a和1b应看出，介质引导件22本身被功能化，更确切地说，介质引导件本身被形成为功能部件35。也存在将这样的功能部件35集成或引入到由介质引导件22实现的空腔中的可能性。

在当前情况下，纯示例性地，第一介质输送件22a形成为加湿器36，以通过对供应空气进行加湿来调整燃料电池堆叠12中的湿气含量。

在当前情况下，纯示例性地，第一介质排出件22b形成为空气过滤器37，以过滤可能的污染物。

在当前情况下，纯示例性地，第二介质输送件22c形成为颗粒过滤器38，以预防燃料电池堆叠12被污染。

在当前情况下，纯示例性地，第二介质排出件22d形成为水分离器39，以收集在阳极回路中累积的冷凝物。

此外，在当前情况下，纯示例性地，冷却剂输送件22e形成为离子交换器40，以降低要输送给燃料电池堆叠12的冷却剂的电导率。

示例地，下面基于图2至11解释燃料电池堆叠12的所示的单元电池11的制造或构建。

在图2中示出了单元电池11之一的双极板7。该第一双极板7a具有以虚线示出的内部活性区域3和以虚线示出的外部边缘区域5。在边缘区域5中构造出多个介质通道8，这些介质通道可以细分为图左侧示出的第一介质入口通道8a和图右侧示出的第一介质出口通道8b。在当前情况下，围绕介质通道8分别构造一对支腿容纳部26，这将在下面更详细地讨论。在双极板7的长棱边17a上构造出其他支腿容纳部26。

在当前情况下，在第一双极板7a中构造五个第一介质入口通道8a和五个第一介质出口通道8b。其他数量是可能的。第一介质入口通道8a经由第一流场13a与第一介质出口通道8b彼此流体连接。该流场13a位于活性区域3中并且可以向相邻的膜电极装置2提供反应介质。在根据图2的示例中，流场13a具有多个引导件或壁14，用于将反应介质均匀地分布到膜电极装置2的表面上。然而，也可以使用其他类型的流场13a，例如其中所述反应介质的流动蜿蜒地经活性表面的区域被引导的这样的流场。此外，壁14、隔板或接片的间距也可以变化。由相邻的壁14形成的通道的深度也可以被实施为不同的并且可以变化。

如从图3、即图2的III-III截面可见，在第一双极板7a的背离膜电极装置2的一侧上也构造出流场13c，该流场有助于其他的介质、例如冷却剂流过。

如图4所示，在边缘区域5中将复合层15、特别是接合层敷设到第一双极板7a上。复合层15多件式地形成或在介质通道8a，8b的区域中具有空隙16。这些空隙16保证介质入口通道8a和介质出口通道8b不被密封并在以后允许介质穿过。

安置在边缘区域5中的复合层15沿着第一双极板7a的长棱边17a延伸，使得产生与通过双极板7的尺寸预给定的边缘区域5齐平的终止部。在复合层15上也保留空出用于支腿容纳部26的区域。通过复合层15将活性面或活性区域3相对于环境密封，其中如此对复合层15的材料作出选择，使得保证该密封功能。在图5、即图4的VV截面中应看出复合层15或接合材料的沿双极板7的长棱边17a与双极板7齐平的终止部。复合层15的位于短棱边17b上的区段也优选地与双极板7齐平地终止。复合层15的所选图示是示例性的。可以将复合层15设计为比第一双极板7a薄得多。

在图6中，将具有膜电极装置2的燃料电池装置施加或放置到根据图4的第一双极板7a上，该第一双极板7a覆盖有复合层15。活性区域3基本上由膜电极装置2的尺寸预给定，该活性区域3在该图中再次通过内部虚线画出。但是，活性区域3不仅在一个平面（xy平面）上延伸，而且还在堆叠方向（z方向）上延伸，其中该堆叠方向（z方向）从纸平面指出来或指向纸平面内。

活性区域3是在其中由膜电极装置2形成的燃料电池进行电化学反应的那个区域。在所述电化学反应中，将燃料（例如氢气）引导到所述阳极，在那里以催化方式在释放电子的情况下将所述燃料氧化为质子。这些质子通过离子交换膜传输到所述阴极。从所述燃料电池导出的电子经由耗电器流动，优选流向用于驱动车辆的电动机或流向电池组。然后将电子引向所述阴极。在所述阴极处，氧化介质（例如氧气或含氧的空气）通过吸收电子而还原为阴离子，这些阴离子直接与质子反应成水。

为了保证所述燃料直接到达所述阳极，或保证所述氧化介质直接到达所述阴极，给膜电极装置2横向地分配密封结构4（图6，图8）。在此，由膜电极装置2和密封结构4构成的组合形成共同的燃料电池装置。在此，密封结构4包括延伸到边缘区域5中或者甚至超出边缘区域5而伸出的组成部分。因此，这些组成部分布置在活性区域3的外部。换句话说，边缘区域5在径向或横向方向上或在周边侧限制活性区域3。

在图6和图8中应看出，密封结构4包括延伸到边缘区域5中或超出边缘区域5延伸的密封舌6，用于轴向气密地覆盖在相邻的双极板7中构造的并且位于边缘区域5中的介质通道8。这里示出的燃料电池装置总共具有四个密封舌6。其中两个密封舌6彼此相对置地布置在膜电极装置2的较短棱边9a上。另外两个密封舌6则彼此相对置地并且彼此错开地布置在膜电极装置2的长棱边9b上。在当前情况下，这些密封舌6全都具有矩形形状。然而，这些密封舌6的多边形形状也是可能的，其中也考虑倒圆的密封舌6。

密封结构4以及特别是密封舌6被形成为鉴于轴向作用到所述密封结构4以及特别是密封舌6上的压力载荷和/或拉伸载荷方面形状稳定。还应看出，这些密封舌6延伸超出边缘区域5。然而也可能的是，这些密封舌6中的一个或多个仅延伸到边缘区域5中，但是不完全覆盖边缘区域5或在侧向上超出边缘区域5而突出。

此外应看出，密封结构4具有对膜电极装置2进行横向密封的密封边缘10。由密封边缘10形成的密封线对膜电极装置2进行密封以防止介质的侧向溢出。

在此，所述燃料电池装置在左侧的密封舌6以轴向气密的方式覆盖第一双极板7a的左介质通道8。所述燃料电池装置的右密封舌6以轴向气密的方式覆盖第一双极板7a的右介质通道8。换句话说，左密封舌6因此形成为第一入口密封舌6a，用于在左侧轴向气密地覆盖第一介质入口通道8a。与之相应地，右密封舌6被成型为第一出口密封舌6b，用于轴向气密地覆盖右侧的第一介质出口通道8b。设置在双极板7a的长棱边17a上的密封舌6放置在复合层15上。这些密封舌6可以细分为第二入口密封舌6c和第二出口密封舌6d。

作为复合层15的材料可以使用塑料或塑料混合物，所述塑料或塑料混合物优选具有相对于密封结构4或密封舌6的塑料或塑料混合物而言更低的热稳定性。因此，密封舌6可以在（热）压制过程中陷入到复合层15中并且优选地与复合层15熔融在一起，其中密封舌6保持其形状稳定性。换句话说，密封结构4的材料的熔点高于复合层15的材料的熔点。

在中心区域，即活性区域3所位于的地方，所述燃料电池装置的密封结构4鉴于其外部轮廓方面与通过复合层15预给定的内部轮廓适配。在此，密封结构4的无密封舌的区段构成与复合层15的接触点、接触线18或接触面，从而附加地保证了密封功能。

图7、即图6的VII-VII截面示出了部分单元电池11的未压制的截面图。应看出，第一密封舌6a，6b突出于复合层15并与复合层15构成了突起19。在此，在侧向方向上保证了必要的密封。在这里，所选择的图示也不应理解为完全符合比例的。各个层的厚度可以变化，特别是在连接过程或接合过程（热压过程）之后，其中在所述连接过程或接合过程之后各个层看起来就像唯一的共同的层或者可以像唯一的共同的层那样起作用。然后也将空隙16的位于入口密封舌6a和通道8之间的区域最小化，使得入口密封舌6a轴向覆盖通道8。可以在第一入口密封舌8a的下方横向地并且在堆叠方向上将介质输送给膜电极装置2。然后，经（部分）消耗的介质可以在第一出口密封舌8b下方横向地并且在堆叠方向上离开燃料电池堆叠12的单元电池11。

在图8中，连接层20被施加到在第一入口密封舌6a和第一出口密封舌6b上，连接层20应理解为其他接合层。复合层15和连接层20保证第一双极板7a在堆叠方向上与第二双极板7b的可靠连接。复合层15与连接层20构造出搭接部21，使得这两个层在堆叠方向上具有接触面。由此保证了密封功能。从图9、即图8的IX-IX截面中更详细地看出搭接部21。这里也示出了未压制的状态，该状态不是完全符合比例的，而是应当阐明各个层的堆叠的布置。

现在可以将第二双极板7b施加到复合层15上和与复合层15连接的连接层20上以完成单元电池11。这应从图10中看出。第一双极板7a和第二双极板7b可以通过接合层彼此接合，使得由第一双极板7a、燃料电池装置和第二双极板7b产生只不过附有小突起的单元电池11。然而，单元电池11的各个层优选地在堆叠方向上无棱边或无错位地连接。

像第一双极板7a那样，图10和图11中所示的第二双极板7b在其背离膜电极装置2的一侧上也具有用于引导冷却介质的流场13c。流场13c基本上位于活性区域3中。流场13c与冷却剂入口通道8e和冷却剂出口通道8f流体连接。此外，第二双极板7b还包括形成支腿容纳部26的留空的区域。

然而，第二双极板7b在其面对膜电极装置2的一侧上具有一个或多个第二介质入口通道8c和一个或多个第二介质出口通道8d（图11）。此外，第二双极板7b包括与第二介质入口通道8c和第二介质出口通道8d流体连接的第二流场13b，反应介质之一可以经由第二流场13b被输送到膜电极装置2。

在图12中示出了由多个单元电池11形成的燃料电池堆叠12。燃料电池堆叠12具有以下优点：双极板7可以被设计为具有相对于已知双极板而言更小的尺寸，从而降低了燃料电池堆叠12的制造成本。在当前情况下，双极板7原则上被成型为矩形，其中本发明并不依赖于双极板7的矩形形状，而是也能够不受限制地以具有例如圆形或弧形轮廓的任意形状的方式来应用。就此而论在任何情况下重要的是，在燃料电池堆叠12上存在平行于堆叠方向构造的多个支腿容纳部26，其中介质引导件22可以固定在支腿容纳部26上。

图13示出了沿着图10的XIII-XIII截面穿过燃料电池堆叠12的示例性截面图。应看出，复合层15在接合过程或热压过程之后既触碰或接触第一双极板7a又触碰或接触第二双极板7b，其中双极板7经由复合层15彼此连接或彼此接合。还应看出，第二介质入口通道8c被延伸到边缘区域5中或延伸超出边缘区域5的第二入口密封舌6c轴向气密地覆盖。在第二双极板7b的相对置侧上也是如此，在那里设置延伸到边缘区域5中或延伸超出边缘区域5的第二出口密封舌6d，以用于轴向气密地覆盖第二介质出口通道8c。在图13中还应看出，第二反应介质在密封结构4上方横向地和在堆叠方向上被引导到膜电极装置2处。对应地，也在密封结构4上方在堆叠方向上再次引导经（部分）消耗的第二反应介质横向地离开单元电池11或燃料电池堆叠12。

于是，第一单元电池11的第二双极板7b与其他单元电池11的第一双极板7a形成用于冷却介质通过的完整通道横截面。换句话说，第一单元电池11的第二双极板7b和其他单元电池11的第一双极板7a于是也构造出冷却剂入口通道8e和冷却剂出口通道8f。在此，第一单元电池11的第二双极板7b和其他单元电池11的第一双极板7a同样可以利用接合剂或接合介质彼此接合。替代地，相邻的双极板7的生成式制造的一体化设计方案也是可能的。

图14示出了沿着图10的XIV-XIV截面穿过燃料电池堆叠12的示例性截面图。应看出，第二双极板7a在堆叠方向上施加到连接层20和复合层15上。还应看出，在密封结构4下方将第一反应介质在堆叠方向上引导到膜电极装置2处。在此，第一介质入口通道8a被第一入口密封舌6a轴向气密地覆盖。关于所述堆叠方向侧向地或在关于所述堆叠方向的横向方向上输送第一反应介质。对应地，也在密封结构4下方在堆叠方向上引导经（部分）消耗的第一反应介质再次横向或侧向地离开单元电池11或燃料电池堆叠12。

在图15中示出了穿过根据图1b的燃料电池设备1的截面图，该截面图基本上对应于根据图10的单元电池11的俯视图。然而应看出，现在将形成为功能部件35的介质引导件22连同其引导支腿24a，24b插入到支腿容纳部26中。这里所示的介质引导件22具有引导接片23，所述引导接片将两个位于末端的引导支腿24a，24b彼此连接。这些引导支腿其中的每个引导支腿24a，24b容纳在燃料电池堆叠12的平行于堆叠方向延伸的支腿容纳部26之一中。介质引导件22的敞开侧朝向燃料电池堆叠12，使得通过介质引导件22流动的介质可以侧向地进入单元电池12。介质引导件22的横截面基本上形成为矩形，但是其他造型也是可能的。优选地，介质通道22由特别是形状稳定的塑料形成。

图16示出了形成为功能部件35的介质引导件22的其他造型，其中这里应看出穿过图1b的燃料电池堆叠12的横截面。在此，介质引导件22被形成为半圆形或C形，从而使引导支腿24a，24b直接彼此连接，其中省去了引导接片23。

从根据图17的细节图中可以看出，在当前情况下，介质引导件22被形成为可弹性弯曲的。由此，引导支腿24a，24b在预应力下，特别是在指向外部的预应力下保持在燃料电池堆叠12的支腿容纳部26中。因此，回位力（通过力箭头29表明）是有效的，并且由于该回位力，将介质引导件22固定在支腿容纳部26内。此外，由于在介质引导件22中流动的介质的压力，额外地固定了引导支腿24a，24b。该介质还引起指向外部的力，该力与回位力一起导致在介质引导件22和燃料电池堆叠12之间的还要更牢固的连接。

替代地或补充地，支腿容纳部26也可以根据图18中所示的细节形成。在此，支腿容纳部26具有底切部27，构造或布置在引导支腿部24a，24b上的引导元件28能够容纳到该底切部中。在支腿容纳部26内，与底切部27相对置地构造出倾斜延伸的引入面30，该引入面30使得容易将引导支腿24a，24b引入到支腿容纳部26中。引入面30不仅关于双极板7的长棱边17a倾斜地布置也关于双极板7的短棱边17b倾斜地布置。引入面30过渡到平行于板棱边而取向的（横向）接触面31中，该接触面预给定和/或限制了引导支腿24a，24b到支腿容纳部26中的侵入深度。然后，支腿容纳部26从接触面31出发过渡到槽形的接触面32中，该接触面32优选地构成底切部27。

在根据图17的示例中引导元件28与引导支腿24a，24b一体地形成，而在根据图19的示例中，引导元件28则由与引导支腿24a，24b不同的材料形成。所述不同的材料例如可以是（附加的）密封材料，以额外地保证燃料电池堆叠12的密封性。

燃料电池设备1的当前设计允许将介质引导件22位置精确地布置在燃料电池堆叠12上。借助于力配合和/或形状配合和/或材料决定的耦合将引导支腿24a，24b固定在燃料电池堆叠12的支腿容纳部26内承受了从燃料电池堆叠12向外指向的很大的力，其中该力通过在介质引导件22中流动的介质的压力而施加。介质引导件22的特征在于其出色的自锁功能，其中由于集成了功能部件35而降低了制造复杂性。

附图标记列表

1 燃料电池设备

2 膜电极装置（MEA）

3 活性区域

4 密封结构

5 边缘区域

6 密封舌

6a 第一入口密封舌

6b 第一出口密封舌

6c 第二入口密封舌

6d 第二出口密封舌

7 双极板

7a 第一双极板

7b 第二双极板

8 介质通道

8a 第一介质入口通道

8b 第一介质出口通道

8c 第二介质入口通道

8d 第二介质出口通道

8e 冷却剂入口通道

8f 冷却剂出口通道

9a 膜电极装置的短棱边

9b 膜电极装置的长棱边

10 密封环

11 单元电池

12 燃料电池堆叠

13a 第一流场

13b 第二流场

13c 流场（冷却介质）

14 壁

15 复合层

16 空隙

17a 双极板的长棱边

17b 双极板的短棱边

18 接触线

19 突起

20 连接层

21 搭接部

22 介质引导件

22a 第一介质输送件

22b 第一介质排出件

22c 第二介质输送件

22d 第二介质排出件

22e 冷却剂输送件

22f 冷却剂排出件

23 引导接片

24a 引导支腿（左）

24b 引导支腿（右）

26 支腿容纳部

27 底切部

28 引导元件

29 力箭头

30 引入面

31 （横向）接触面

32 （槽形）接触面

33 介质连接端

34 接口

35 功能部件

36 加湿器

37 空气过滤器

38 颗粒过滤器

39 水分离器

40 离子交换器

Claims (10)

1.燃料电池设备（1），所述燃料电池设备具有燃料电池堆叠（12），所述燃料电池堆叠由在堆叠方向上彼此上下堆叠的多个单元电池（11）形成，所述单元电池分别具有一个或多个介质通道（8）以及膜电极装置（2），所述膜电极装置包括阴极、阳极和布置在所述阴极与所述阳极之间的膜，并且所述燃料电池设备具有基本上平行于堆叠方向延伸的介质引导件（22），所述介质引导件与所述燃料电池堆叠（12）可连接或连接，以引导介质基本上横向于所述堆叠方向地进入或离开所述燃料电池堆叠（12）的所述单元电池（11）的所述介质通道（8），其特征在于，将所述介质引导件（22）形成为功能部件（35）或在所述介质引导件（22）中集成功能部件（35），所述功能部件被构造为在介质进入所述介质通道（8）之前对所述介质进行预处理，或者在所述介质从所述介质通道（8）中离开之后对所述介质进行后处理。

2.根据权利要求1所述的燃料电池设备（1），其特征在于，所述功能部件（35）选自包括下列各项的组：加湿器（36）、离子交换器（40）、离子阱、颗粒过滤器（38）、空气过滤器（37）和水分离器（39）。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池设备（1），其特征在于，设置多个所述介质引导件（22），所述多个介质引导件形成为用于输送空气的第一介质输送件（22a）和用于排出经至少部分消耗的空气的第一介质排出件（22b），并且所述多个介质引导件形成为用于输送燃料的第二介质输送件（22c）和用于排出所述燃料电池堆叠（12）的经至少部分消耗的燃料的第二介质排出件（22d）。

4.根据权利要求3所述的燃料电池设备（1），其特征在于，将所述第一介质输送件（22a）形成为加湿器（36）或在所述第一介质输送件（22a）中集成加湿器（36）。

5.根据权利要求3或4所述的燃料电池设备（1），其特征在于，将所述第一介质排出件（22b）形成为空气过滤器（37）或在所述第一介质排出件（22b）中集成空气过滤器（37）。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的燃料电池设备（1），其特征在于，将所述第二介质输送件（22c）形成为颗粒过滤器（38）或在所述第二介质输送件（22c）中集成颗粒过滤器（38）。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的燃料电池设备（1），其特征在于，将所述第二介质排出件（22d）形成为水分离器（39）或在所述第二介质排出件（22d）中集成水分离器（39）。

8.根据权利要求3至6中任一项所述的燃料电池设备（1），其特征在于，将所述介质引导件（22）细分为冷却剂输送件（22e）和冷却剂排出件（22f）。

9.根据权利要求8所述的燃料电池设备（1），其特征在于，将所述冷却剂输送件（22e）形成为离子交换器（40）或在所述冷却剂输送件（22e）中集成离子交换器（40）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃料电池设备（1），其特征在于，所述燃料电池堆叠（12）具有支腿容纳部（26），所述支腿容纳部被构造为分别容纳所述介质引导件（22）的引导支腿（24a，24b）。

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