CN115868050A - 与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接的堆模块箱、燃料电池装置以及燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种堆模块箱，其具有容纳在其中的、具有至少一个燃料电池的燃料电池堆，该堆模块箱与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接，介质可以从所述介质引导部中被输出到堆模块箱处或从堆模块箱中被接收，其中，介质引导部中的至少两个具有能导电的区域，用于将电流从燃料电池堆中引出，并且/或者堆模块箱的壁在与介质导引部相对而置的区域处是能导电的，并且其中，联接管线从燃料电池堆引导至能导电的区域并从这些区域引导远离。本发明还涉及一种燃料电池装置以及一种燃料电池车辆。

Description

与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接的堆模块箱、燃料 电池装置以及燃料电池车辆
技术领域
本发明涉及一种堆模块箱，其具有容纳在其中的、具有至少一个燃料电池的燃料电池堆，该堆模块箱与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接，介质可以从所述介质引导部中被输出到堆模块箱处或从堆模块箱中被接收，其中，介质引导部中的至少两个具有能导电的区域，用于将电流从燃料电池堆中引出，并且/或者堆模块箱的壁在与介质导引部相对而置的区域处是能导电的，并且其中，联接管线从燃料电池堆引导到能导电的区域并从这些区域引导远离。本发明还涉及一种燃料电池装置以及一种燃料电池车辆。
背景技术
燃料电池用于在含氢燃料和含氧氧化剂(通常是空气)之间的化学反应中提供电能。在固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell SOFC)中，电解质层在此由因此得名的固体材料(例如陶瓷掺钇的二氧化锆)组成，该固体材料能够传导氧离子而不传导电子。电解质层容纳在两个电极层之间，即被供应空气的阴极层和被供给以燃料的阳极层，燃料可以由H2、CO、CH4或类似的碳氢化合物形成。如果空气通过阴极层引导到电解质层，则氧气接收两个电子，并且所形成的氧离子O2-通过电解质层移动到阳极层，其中，氧离子在那与燃料在形成水和CO2的情况下反应。在阴极侧进行以下反应：½O2+2e-→2O2-(还原/电子接收)。在阳极侧进行以下反应：H2+O2-→H2O+2e-以及CO+O2-→CO2+2e-(氧化/电子释放)。
为了增加通过燃料电池装置提供的电功率，存在将多个燃料电池联合成在堆模块箱中提供的燃料电池堆的可能性，为此必须确保反应物的充足供给，所述反应物通过介质引导部被供应到燃料电池堆并且在该燃料电池堆中被供应到燃料电池。
在KR 20050070724 A中示出了一种燃料电池，利用该燃料电池可以将具有均匀浓度的甲醇输送到电极，其中，燃料电池具有柱状燃料供给管和柱状空气供给管，所述柱状燃料供给管具有用于将燃料输出到外周缘处的多个开口，所述柱状空气供给管具有用于输出空气的多个开口。在两个管之间放置有膜电极组件(MEA)。在MEA和管之间又放置有管状电流收集器。KR 100738308 B1公开了一种固体氧化物燃料电池，其具有柱状结构和布置在中心的燃料供给管；在该燃料供给管和阳极之间布置有金属织物。围绕阴极缠绕有线材，用于引出电流。在US 2006/0194099 A1中描述了一种柔性燃料电池，其中使用阳极电流收集层作为用于空气供给的介质引导部。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接的堆模块箱，其具有紧凑的结构。该目的还在于，使用这些介质引导部作为电流导体，以便防止从堆模块箱中的不必要的散热以及提供一种改进的燃料电池装置和一种改进的燃料电池车辆。
该目的通过具有权利要求1的特征的与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接的堆模块箱、具有权利要求8的特征的燃料电池装置和具有权利要求9的特征的燃料电池车辆来实现。本发明的具有适宜改进的有利设计方案在从属权利要求中说明。
根据本发明的与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接的堆模块箱特征在于，通过将附加的功能分派至介质引导部和/或尤其是能导电的壁，较少数量的构件就足够。由此节省了附加的构件或管线，并产生了所期望的紧凑结构。因此，从堆模块箱引导离开的介质引导部用于传导电流，所述电流因此可以在没有另外的构件的情况下引导至远处区域，从而存在更少的热质量和还有更少的散热，这对于必须在高温中运行的固体氧化物燃料电池来说尤其重要。通过节省构件，使系统复杂性降低并且使装配简化。
在此尤其也存在如下可能性：壁的能导电的区域与相对而置的介质引导部的能导电的区域接触，即仅须将联接管线从燃料电池堆引导至壁，该壁建立与介质引导部的电接触。
此外优选的是，夹紧系统的夹紧器件围绕介质引导部引导，并且夹紧器件由彼此电绝缘的、能导电的至少两个区段组成，所述区段贴靠在能导电的介质引导部处。因此，也可以使用夹紧器件用于传输已经经由壁或介质引导部从燃料电池堆中引导出的电流，从而存在最终消除电流的多种空间上的可能性。所述区段的绝缘在此实现使用夹紧器件来接触两个电极。
也有利的是，介质引导部和/或堆模块箱的分配结构具有弹性功能，以便因此将另外的功能分派给它们。
在此存在如下可能性：夹紧器件在堆模块箱的周向方向上围绕四个介质引导部引导。
备选地，设计也可以如此进行，使得夹紧器件在介质引导部中的两个的纵向方向上围绕堆模块箱引导，其中，堆模块箱可以在与夹紧器件的伸延相对应的排列中多次设置。
上述优点和作用也适用于具有上述类型的与引导至堆模块箱的多个介质引导部连接的堆模块箱的燃料电池装置以及具有这种燃料电池装置的燃料电池车辆。
上面在描述中提到的特征和特征组合以及下面在附图描述中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能够以相应说明的组合使用，而且还能够以其他组合或单独使用，而不偏离本发明的范畴。因此，如下实施方案也应视为由本发明包括和公开，所述实施方案在附图中未明确示出或解释，但从所解释的实施方案中的单独的特征组合得知和可产生。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节从权利要求、以下优选实施形式的描述以及依据附图得出。其中：
图1示出了穿过堆模块箱的横截面的示意图，其中电流经由介质引导部引出，
图2示出了与图1相对应的图示，其中堆积模块盒的壁列入到电流引出中，
图3示出了与图1相对应的图示，其中电流唯独经由堆模块箱的壁引出，
图4示出了穿过堆模块盒的横截面的示意图，其中张紧系统通过夹紧器件施加张紧力，其中电流经由介质引导部和夹紧系统引出，
图5示出了与图4相对应的图示，其中张紧力与图4相比增加，
图6示出了与图1相对应的实施形式，其中通过夹紧系统加载所有介质引导部，
图7示出了图6中的实施形式的示意性透视图，以及
图8示出了与图7相对应的另一实施形式的图示。
具体实施方式
燃料电池装置包括具有优选串联的多个燃料电池2的燃料电池堆1。燃料电池装置例如可以是未详细示出的燃料电池车辆的一部分。燃料电池2在此尤其也可以由固体氧化物燃料电池形成。
燃料电池2中的每个包括阳极和阴极以及将阳极与阴极隔开的能传导离子的膜。燃料(例如氢气)从气体压力蓄能器经由燃料电池堆1内的阳极室经由阳极供应管线供应给阳极。阴极气体(例如氧气或含氧空气)可以经由燃料电池堆1内的阴极室经由阴极供应管线供应给阴极。燃料电池装置还可以包括用于对燃料电池堆1进行调温的冷却剂回路。
燃料、阴极气体以及必要时冷却剂必须被导入到燃料电池堆1中并且从该燃料电池堆中再次导出，为此使用介质引导部3。
在图1中示出了燃料电池堆1的高度简化的图示，所述燃料电池堆容纳在堆模块箱4中。反应物(即燃料和氧化剂)经由介质引导部3被供应给堆模块箱4，并且经由堆模块箱4中的分配结构5被分配到电极处。
围绕堆模块箱4引导有张紧系统6，该张紧系统的夹紧器件7围绕实施有弹性功能的、由在外侧处的气体通道形成的分配结构5，其中，在图4和图5中表示了弹性作用，作为对通过箭头8所示的夹紧力的响应。
具有容纳在其中的、具有至少一个燃料电池、尤其固体氧化物燃料电池的堆模块箱4因此与引导至堆模块箱4的多个介质引导部3连接，介质可以从所述介质引导部中被输出到堆模块箱4处或从堆模块箱4中被接收。在图1中，介质引导部3中的两个具有能导电的区域或总体上由能导电的材料制成，用于将电流从燃料电池堆1中引出。
图3示出，堆模块箱体4的壁9是能导电的，在所示的实施例中在与介质引导部3相对而置的区域处。联接管线10从燃料电池堆1引导至介质引导部3和/或壁9的能导电的区域并从这些区域引导远离。
图2示出了如下实施形式，其中壁9的能导电的区域与相对而置的介质引导部3的能导电的区域接触。
图4结合图5指出如下实施形式，其中张紧系统6的夹紧器件7围绕介质引导部3引导，其中，夹紧器件7由彼此电绝缘的、能导电的至少两个区段11,12组成，所述区段贴靠在能导电的介质引导部3处。介质引导部3和/或堆模块箱4的分配结构5当前附加地具有弹性功能。
在上面讨论的实施形式中，电流从堆模块箱4中通过已经存在的、对于运行所需的结构引出，从而在能够向远处区域供应电流的情况下实现了堆模块箱4的复杂性的降低。在此由于直流电特性而应注意的是，从两个电极提供分开的电流引导，从而在堆模块箱体4的壁9和夹紧器件7中提供了绝缘的(即不能导电的)区域。
图6和图7示出，夹紧器件7在堆模块盒4的周向方向上围绕四个介质引导部3引导，而图8指出如下可能性：夹紧器件7可以在介质引导部3中的两个的纵向方向上围绕堆模块盒4引导，如果堆模块盒4在与夹紧器件7的伸延相对应的排列中多次设置，那么这尤其合适。
附图标记列表
1 燃料电池堆
2 燃料电池
3 介质引导部
4 堆模块箱
5 分配结构
6 张紧系统
7 夹紧器件
8 箭头
9 壁
10 联接管线
11 区段
12 区段。

Claims (9)

1.一种堆模块箱(4)，其具有容纳在其中的、具有至少一个燃料电池(2)的燃料电池堆(1)，所述堆模块箱与引导至所述堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接，介质能够从所述介质引导部中被输出到所述堆模块箱(4)处或从所述堆模块箱(4)中被接收，其中，所述介质引导部(3)中的至少两个具有能导电的区域，用于将电流从所述燃料电池堆(1)中引出，并且/或者所述堆模块箱(4)的壁(9)在与所述介质引导部(3)相对而置的区域处是能导电的，并且其中，联接管线(10)从所述燃料电池堆(1)引导至能导电的区域并从所述区域引导远离。
2.根据权利要求1所述的与引导至所述堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接的堆模块箱(4)，其特征在于，所述壁(9)的能导电的区域与相对而置的介质引导部(3)的能导电的区域接触。
3.根据权利要求1或2所述的与引导至所述堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接的堆模块箱(4)，其特征在于，张紧系统(6)的夹紧器件(7)围绕所述介质引导部(3)引导，并且所述夹紧器件(7)由彼此电绝缘的、能导电的至少两个区段(11,12)组成，所述区段贴靠在能导电的介质引导部(3)处。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的与引导至所述堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接的堆模块箱(4)，其特征在于，所述介质引导部(3)和/或所述堆模块箱(4)的分配结构(5)具有弹性功能。
5.根据权利要求3或4所述的与引导至所述堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接的堆模块箱(4)，其特征在于，所述夹紧器件(7)在所述堆模块箱(4)的周向方向上围绕四个介质引导部(3)引导。
6.根据权利要求3或4中任一项所述的与引导至所述堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接的堆模块箱(4)，其特征在于，所述夹紧器件(7)在所述介质引导部(3)中的两个的纵向方向上围绕所述堆模块箱(4)引导。
7.根据权利要求6所述的与引导至所述堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接的堆模块箱(4)，其特征在于，所述堆模块箱(4)在与所述夹紧器件(7)的伸延相对应的排列中多次设置。
8.一种燃料电池装置，其具有根据权利要求1至7中任一项所述的与引导至堆模块箱(4)的多个介质引导部(3)连接的堆模块箱(4)。
9.一种燃料电池车辆，其具有根据权利要求8所述的燃料电池装置。
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