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Die
Erfindung betrifft eine Brennstoffzelleneinheit mit einem von zwei
Endplatten begrenzten und zusammengehaltenen Stapel aus Brennstoffzellen
und zumindest einer zwischen einer Endplatte und dem Stapel angeordneten
Polplatte mit einem Stromabgriff zum Anschluss eines elektrischen
Leiters.
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In
einer Brennstoffzelle wird durch die Zusammenführung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2)
in einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie erzeugt.
Hierfür
wird der Brennstoffzelle als Betriebsgas Wasserstoff und Sauerstoff
entweder in reiner Form oder als Betriebsgas mit einem Wasserstoffanteil
bzw. Sauerstoffanteil zugeführt.
In Abhängigkeit
von ihrer Betriebstemperatur werden Brennstoffzellen in Nieder-,
Mittel- und Hochtemperaturbrennstoffzellen eingeteilt, die sich
wiederum durch verschiedene technische Ausführungsformen voneinander unterscheiden.
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Niedertemperaturbrennstoffzellen
in Form von PEM-Brennstoffzellen (Polymer Electrolyte Membrane oder
Proton Exchange Membrane) bestehen hauptsächlich aus einer Membran-Elektrodeneinheit
mit einer protonenleitfähigen
Membran, die auf der einen Seite mit einer Anodenschicht und auf der
anderen Seiten mit einer Kathodenschicht versehen ist. An diese
Elektroden grenzt jeweils ein Anodenraum bzw. Kathodenraum an, die
jeweils von einer Bipolarplatte als Begrenzung zur nächsten Brennstoffzelle
begrenzt sind.
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Bei
der elektrochemischen Reaktion in einer PEM-Brennstoffzelle werden
Protonen aus der Anode zugeführtem
Wasserstoff an der Kathodenseite des Elektrolyten mit dem der Kathode
zugeführten Sauerstoff
rekombiniert, wobei elektrische Energie, Wärme und Produktwasser entsteht.
Zur Erhaltung der für
diesen Prozess notwendigen Protonenleitfähigkeit der Membran muss die
Membran feucht gehalten werden, da diese bei einer Austrocknung
ihre Protonenleitfähigkeit
verliert. Zum Feuchthalten der Membran werden die Betriebsgase bei
PEN-Brennstoffzellen befeuchtet, wobei die Temperatur der Betriebsgase
und deren Feuchte gerade bei mit reinem Wasserstoff und reinem Sauerstoff
betriebenen PEM-Brennstoffzellen mit hoher Leistungsdichte in einem
Gleichgewicht gehalten werden sollten. Eine Austrocknung der Membran
kann zu Rissbildung und Lecks führen,
wodurch reiner Wasserstoff und Sauerstoff direkt in Verbindung miteinander
kommen und ein Brand entstehen kann.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelleneinheit
anzugeben, bei der die Membranen sämtlicher Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels
möglichst
einfach gleichmäßig feucht
gehalten werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Brennstoffzelleneinheit der eingangs genannten
Art gelöst,
die eine an der Polplatte angeordnete Kühleinrichtung zum Kühlen des
Stromabgriffs aufweist. Ein Wärmeeintrag
vom Stromabgriff in eine benachbarte Brennstoffzelle kann vermieden
und der Gefahr einer partiellen Erwärmung dieser Brennstoffzelle – verbunden mit
der Gefahr einer lokalen Austrocknung der Membran – kann entgegengewirkt
werden. Außerdem kann
eine Erhöhung
des Partialdrucks des Wasserdampfs in an den Stromabgriff angrenzenden
Brennstoffzellen und damit einer Leistungsminderung verhindert werden.
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Die
Erfindung geht hierbei von einer ersten Überlegung aus, dass ein Wärmeeintrag
in den Brennstoffzellenstapel dann einfach durch eine entsprechend
angepasste Befeuchtung ausgeglichen werden kann, wenn der Wärmeeintrag
gleichmäßig in alle
Brennstoffzellen des Stapels erfolgt. Den negativen Folgen eines
lokalen Wärmeeintrags
in eine einzelne Brennstoffzelle oder sogar nur in einen kleinen
Bereich der Brennstoffzelle kann jedoch durch eine allgemeine Maßnahme,
z. B. das Erhöhen
des Befeuchtungsgrads der Recktanten, nicht entgegengetreten werden.
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Weiter
geht die Erfindung von der Überlegung
aus, dass die Leistungsdichte von mit reinem Sauerstoff und reinem
Wasserstoff betriebenen PEM-Brennstoffzellen im Spitzenlastbereich
mittlerweile sehr hoch werden kann, so dass gerade bei solchen Brennstoffzellen
ein hoher Stromfluss durch die Brennstoffzellen und aus dem Brennstoffzellenstapel heraus
auftritt. Während
der Stromfluss durch die Brennstoffzellen stapelweit in etwa gleichmäßige Folgen
hat, kann an einem Stromabgriff bei einer Spitzenlast lokal und
temporär
Wärme entstehen,
die über
die Polplatte des Stromabgriffs in den Bereich einer benachbarten
Brennstoffzelle gelangen kann, der dem Stromabgriff am nächsten liegt.
Dort besteht dann die Gefahr einer lokalen Austrocknung der Membran
mit den nachfolgenden Risiken der Riss- und Leckbildung in der Membran.
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Durch
eine gezielte Kühlung
des Stromabgriffs kann dem Problem des lokalen Wärmeeintrags zuverlässig entgegengewirkt
werden und die betroffene Membran kann wie benachbarte Membrane gleichmäßig feucht
gehalten werden.
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Die
den Stromabgriff umfassende Polplatte ist vorzugsweise außerhalb
des Stapels der Brennstoffzellen angeordnet, wobei der Stapel zweckmäßigerweise
von einer anodenseitigen Polplatte und einer gegenüberliegenden
kathodenseitigen Polplatte begrenzt wird. Die Polplatte ist elektrochemisch
inaktiv, also keine eigene Zelle und nicht an der Spannungserzeugung
beteiligt, sondern dient als Leiter zum Ableiten von Strom aus dem
Stapel. Sie umfasst zweckmäßigerweise
einen Rumpfteil von den radialen Abmessungen einer plattenförmigen Brennstoffzelle,
so dass der Rumpfteil mit den Brennstoffzellen bündig einen Stapel bildet, der
von den Endplatten zusammengedrückt
und somit in sich abgedichtet wird. Der Stromabgriff kann hierbei
direkt am Rumpfteil einstückig
angeformt oder befestigt sein und ein Stück weit über den Stapel radial herausragen,
so dass eine kompakte Bauform des Stapels erreicht wird. Ein an
dem Stromabgriff befestigter Leiter dient zum Ableiten des Stroms
aus dem Stapel in Richtung zu einem Verbraucher.
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Die
Endplatten können
Spannelemente bilden zum Zusammenhalten des Stapels und zum Halten
von Medienzuführungen
und Armaturen. Radial weiter außen
ist vorteilhafterweise ein Gehäuse
der Brennstoffzelleneinheit um den Stapel geführt, das auch den Stromabgriff
und zumindest die erste Strecke des daran angeschlossenen Leiters
vollständig umschließt. Die
Brennstoffzellen sind insbesondere PEM-Brennstoffzellen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Kühleinrichtung
zumindest teilweise zwischen einem inneren Bereich der Polplatte,
der einem aktiven Zellbereich der Brennstoffzellen benachbart ist,
und dem Stromabgriff angeordnet. Wärme, die aus dem Stromabgriff
in den Rumpfteil der Polplatte eintragen ist, kann auf dem Weg zum
inneren Bereich absorbiert und abgeführt werden, so dass sie den
inneren Bereich – und
damit die Membran – nicht erreicht.
Die Kühleinrichtung
kann damit in einem Bereich liegen und diesen kühlen, der im Stromfluss zwischen
den Brennstoffzellen und dem Stromabgriff liegt.
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Eine
weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühleinrichtung in der Polplatte
einen Kühlkanal für ein Kühlmedium
aufweist. Die Polplatte kann effektiv gekühlt werden, so dass eine Wärmeausbreitung
in der Polplatte und an der Kühleinrichtung
vorbei im Wesentlichen ausgeschlossen ist. Der Kühlkanal kann hierbei im Rumpfteil
angeordnet sein und verhindert eine Wärmeausbreitung vom Stromabgriff in
eine Brennstoffzelle.
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Verläuft der
Kühlkanal
innerhalb des Stromabgriffs, so kann die im Stromabgriff entstandene Wärme unmittelbar
und insbesondere vor ihrer Ausbreitung in andere Teile der Polplatte
abgeführt
werden.
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Eine
einfache Herstellung der Brennstoffzelleneinheit kann erreicht werden,
wenn die Kühleinrichtung
einen außen
am Stromabgriff befestigten Kühlkanal
für ein
Kühlmedium
aufweist, insbesondere für
ein flüssiges
Kühlmedium.
Der Kühlka nal
kann gewunden sein, insbesondere S-förmig, um bei kleinem Kanalquerschnitt
eine relativ große
Fläche
abdecken zu können.
Auch denkbar ist eine Kühlummantelung
um den Stromabgriff.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Polplatte
und der nächstliegenden
Brennstoffzelle eine Kühlplatte
angeordnet, die in ihrer radialen Größe zumindest ebenso ausgedehnt
ist, wie die Brennstoffzellen. Eine Kühlplatte umfasst einen Kühlkanal
zur Durchströmung
mit einem Kühlmedium.
Zweckmäßigerweise
ist die Kühlplatte
baugleich ausgeführt
wie zwischen den Brennstoffzellen angeordnete Kühlplatten. Eine besonders effektive
Kühlung
kann erreicht werden, wenn die Polplatte in Stapelrichtung beidseitig
von Kühlplatten umgeben
ist.
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Vorteilhafterweise
ist die Polplatte mit einem Rumpfteil zwischen weiteren Plattenelementen
dichtend eingeklemmt und die Kühleinrichtung
weist eine unmittelbar an der Polplatte angeordnete Kühlplatte mit
einer Abgriffkühlung
auf, die im Bereich des Stromabgriffs über den Rumpfteil hervorsteht,
insbesondere radial über
den Rumpfteil hervorsteht. Die Abgriffkühlung, die zweckmäßigerweise
direkt am Stromabgriff anliegt, kann Wärme aus dem Stromabgriff unmittelbar
abführen.
Durch ihre Anbindung an den Rumpfteil kann die Abgriffkühlung ohne
besonderen Aufwand mit einem Kühlmedium
durchströmt werden.
Die Radialrichtung ist auf die Stapelrichtung des Stapels als Axialrichtung
bezogen.
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Eine
Brennstoffzelleneinheit mit Brennstoffzellen, deren Elektrolyte
befeuchtet werden, wie z. B. PEM-Brennstoffzellen, kann einen Reaktantenbefeuchter
umfassen, der die Recktanten mit angewärmtem Wasser bzw. Dampf befeuchtet.
Zur Nutzung der im Stromabgriff entstandenen Wärme zur Erwärmung des Befeuchtungswassers
umfasst die Brennstoffzelleneinheit vorteilhafterweise einen die Kühleinrichtung
mit dem Reaktantenbefeuchter verbindenden Kühlmittelkreislauf.
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Umfasst
die Brennstoffzelleneinheit einen Kühlmittelkreislauf mit einem
die Brennstoffzellen durchziehenden Kühlkanal, so ist die Einbindung
der Kühleinrichtung
in den Kühlmittelkreislauf
vorteilhaft. Wärme
aus dem Stromabgriff kann ohne einen zusätzlichen Kühlkreislauf einfach abgeführt werden.
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Vorteilhafterweise
verläuft
der Kühlmittelkreislauf
von einer der Endplatten durch einen Durchbruch der Polplatte zu
dem Stapel, wobei der Durchbruch am Stromabgriff angeordnet ist.
Mit Hilfe des gekühlten
Durchbruchs kann ein Wärmetransport vom
Stromabgriff zu den Brennstoffzellen zumindest weitgehend unterbunden
werden, indem der Durchbruch als Kältebarriere im Weg einer Wärmeausbreitung
zwischen dem Stromabgriff und den Brennstoffzellen angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise
ist der Durchbruch zumindest im Wesentlichen so nah wie möglich am
Stromabgriff angeordnet.
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Anstelle
einer Kühlung
des Stromabgriffs mit einem flüssigen
Kühlmittel
ist eine Kühlung
mit einem gasförmigen
Kühlmittel
denkbar, z. B. mit einem der Betriebsgase bzw. Recktanten. Hierfür ist die
Kühleinrichtung
vorteilhafterweise mit einem Reaktantenkanal derart verbunden, dass
ein Reaktant der Brennstoffzellen an den Stromabgriff zu dessen
Kühlung
heranführbar
ist.
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Eine
effektive und kompakte Kühleinrichtung kann
erreicht werden, wenn die Kühleinrichtung
ein Peltierelement aufweist. Das Peltierelement kann z. B. durch
eine Klebung direkt am Stromabgriff befestigt sein und ist mit seinem
Kältepol
thermisch mit dem Stromabgriff verbunden. Elektrisch kann das Peltierelement – gegebenenfalls über eine
Regeleinheit – mit
dem Stromkreis des Stapels der Brennstoffzellen verbunden sein,
so dass eine separate Spannungsquelle entfallen kann. Ist das Spannungsniveau
des Stapels für
das Peltierelement ungeeignet kann eine separate Spannungsquelle
vorteilhaft sein, so dass die Regeleinheit entfallen kann.
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Die
Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen
näher er läutert, die
in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine
Brennstoffzelleneinheit in einer schematischen Seitenansicht,
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2 eine
Polplatte der Brennstoffzelleneinheit mit einem Stromabgriff und
einem Kühlkanal,
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3 einen
Ausschnitt einer Brennstoffzelleneinheit mit einem Stromabgriff
und Kühlplatten, die
eine über
einen Rumpfbereich radial hervorstehende Abgriffkühlung aufweisen,
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4 eine
weitere Brennstoffzelleneinheit mit die Polplatten durchziehenden
Kühlkanälen,
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5 einen
Ausschnitt aus einer weiteren Brennstoffzelleneinheit mit einem
Kühlkanal
in einem Stromabgriff,
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6 eine
Draufsicht auf eine Polplatte mit einem aufgebrachten und einem
eingearbeiteten Kühlkanal
in einem Außenbereich,
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7 eine
weitere Polplatte mit einem den Außenbereich und einen Rumpfbereich
großflächig durchziehenden
Kühlkanalsystem,
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8 einen
Querschnitt durch die Polplatte aus 7,
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9 einen
Stromabgriff mit einem aufgebrachten S-förmigen Kühlkanal und
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10 einen
Stromabgriff mit einem aufgebrachten Peltierelement.
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1 zeigt
eine Brennstoffzelleneinheit 2 mit einem Stapel 4 von
Brennstoffzellen 6, die jeweils eine Membran-Elektroden-Einheit 8 und
eine als Bipolarplatte ausgeführt
Kühlplatte 10 umfassen.
Die Brennstoffzellen 6 sind so hintereinander angeordnet,
dass sich Membran-Elektroden-Einheiten 8 und Kühlplatten 10 im
Stapel 4 abwechseln. Benachbart dem Stapel 4 ist
ein Reaktantenbefeuchter 12 mit baugleich zu den Kühlplatten 10 ausgeführten Heizplatten 14 und
zwischen ihnen angeordneten Befeuchtungszellen 16.
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Der
Stapel 4 der Brennstoffzellen 6 wird von zwei
Polplatten 18, 20 begrenzt, die jeweils an der äußersten
Kühlplatte 10 des
Stapels 4 anliegen und das dort anliegende elektrische
Potential abgreifen. Die Polplatten 18, 20 sind
aus Metall gefertigt, beispielsweise aus Stahl, und sind elektrochemisch
inaktiv, also nicht an der Spannungserzeugung der Brennstoffzelleneinheit 2 beteiligt.
Der Deutlichkeit halber sind sie in 1 dicker
als notwendig dargestellt. Zwei Endplatten 22 pressen den
Stapel und die Polplatten 18, 20 dichtend aufeinander.
An ihrer Oberkante sind die Polplatten 18, 20 jeweils
mit einem Stromabgriff 24 versehen, an den jeweils ein elektrischer
Leiter 26 in Form einer Kupferschiene angeschraubt ist.
Die Leiter 26 sind im Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 2 mit
einem Verbraucher elektrisch verbunden, der außerhalb eines die Brennstoffzelleneinheit 2 umgebenden
Gehäuses 28 angeordnet
ist.
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2 zeigt
die Polplatte 18 in einer Draufsicht. Der Stromabgriff 24 ist
als Lasche an einen rechteckigen Rumpfteil 30 angeformt
und ist mit Löchern 32 zur
Befestigung des Leiters 26 versehen. Radial steht der Stromabgriff 24 über den
Rumpfteil 30 hervor, der in seinen radialen Abmessungen
den Brennstoffzellen 6 gleicht und mit ihnen einen von den
Endplatten 22 zusammengehaltenen Elementenstapel bildet,
in den der Rumpfteil 30 dichtend eingeklemmt ist. An seiner
Peripherie ist an den Rumpfteil 30 eine Dichtung 34 angebracht
zur Abdichtung des Elementenstapels nach außen.
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Wie
in 1 dargestellt ist, sind die Stromabgriffe 24 in
der Nachbarschaft zu der jeweils nächsten Brennstoffzelle 6 angeordnet,
so dass in einem Stromabgriff 24 erzeugte Wärme auf
einem Weg, dessen Länge
kleiner ist als die Abmessung des Stromabgriffs 24, in
die nächste
Brennstoffzelle 6 eindringen und dort zu einer Austrocknung
der Membran der Membran-Elektroden-Einheit 8 führen kann.
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Zur
Abfuhr zumindest eines Teils dieser Wärme ist die Brennstoffzelleneinheit 2 mit
einer Kühleinrichtung 36 ausgestattet,
die zwei Kühlplatten 10 aufweist,
die die Polplatten 18, 20 in Axialrichtung des Stapels 4 beidseitig
umgeben und von Kühlwasser durchströmt sind.
Sie sind baugleich wie die Kühlplatten 10 der
Brennstoffzellen 6. Zur Endplatte 22 hin ist eine
elektrische Isolierschicht 38 zwischen den Polplatten 18, 20 und
den Endplatten 22 angeordnet. Zur Blockade des Wärmetransports
verläuft
außerdem ein
Kühlkanal 40 der
Kühleinrichtung 36,
der im Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 2 von Kühlwasser durchströmt wird,
räumlich
zwischen einem Innenbereich 42 der Polplatten 18, 20,
der einem aktiven Zellbereich der Brennstoffzellen 6 benachbart
ist, und dem Stromabgriff 24, wie in 2 dargestellt
ist. Wärme
aus dem Stromabgriff 24 muss somit zunächst den Kühlkanal 40 umfließen und
wird dabei zumindest weitgehend vom Kühlwasser aufgenommen.
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Der
Kühlkanal 40 verläuft von
einem Eingang in die Brennstoffzelleneinheit 2 an einer
Endplatte 22 durch die Endplatte 22 und die Polplatte 20 hindurch und
zu den Brennstoffzellen 6, so dass kühles Kühlwasser zunächst die
Polplatte 20 im oberen Bereich kühlen und dann durch die Kühlplatten 10 nach
unten fließen
und Wärme
aus den Brennstoffzellen 6 aufnehmen kann. Durch die beiden
Kühlplatten 10 beidseitig
der Polplatte 20 wird diese großflächig gekühlt. In einem weiteren Verlauf
führt der
Kühlkanal 40 in
einem unteren Randbereich der Brennstoffzellen 6 zum Reaktantenbefeuchter 12,
um das Kühlwasser dort
durch die Heizplatten 14 strömen zu lassen. Von diesen führt der
Kühlkanal 40 durch
Durchbrüche
der Polplatten 18, 20 durch diese hindurch zu
einem Ausgang, der durch eine entsprechende Verrohrung mit einer
Temperier- und Umwälzeinheit
verbunden ist. Zur besseren Darstellbarkeit des Verlaufs des Kühlkanals 40 ist
dieser im oberen Bereich übereinander verlaufend
dargestellt, wobei es kompakter ist, ihn nebeneinander, also in
Sichtrichtung der 1 hintereinander, zu führen.
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Durch
beide Polplatten 18, 20 ist der Kühlkanal 40 mit
kühlendem
Wasser geführt,
zunächst durch
die Polplatte 20 mit von der Temperiereinheit gekühltem Wasser
und dann durch die Polplatte 18 mit vom Reaktantenbefeuchter 12 abgekühltem Was ser.
Die Kühleinrichtung 36 zur
Kühlung
der Stromabgriffe 24 ist somit in eine Kühleinrichtung
zur Kühlung der
Brennstoffzellen 6 eingebunden.
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In 3 ist
ein Ausschnitt einer Brennstoffzelleneinheit 44 mit einer
Polplatte 46 dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
beschränkt
sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel
in den 1 und 2, auf das bezüglich gleich
bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen
gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen
beziffert.
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Zur
besseren Kühlung
des Stromabgriffs 24 ist die Brennstoffzelleneinheit 44 mit
einer Kühleinrichtung 48 versehen,
die zwei der Polplatte 46 benachbarte und mit dem Kühlmittelkreislauf
des Kühlkanals 40 verbundene
Kühlplatten 50, 52 aufweist. Die
Kühlplatten 50, 52 sind
jeweils mit einer Abgriffkühlung 54, 56 radial über den
Rumpfteil 30 der Polplatte 46 hinaus geführt. Die
Abgriffkühlungen 54, 56, die
ebenfalls von Kühlwasser
durchströmt
sein können,
stehen somit jeweils über
den Stapel 4 der Brennstoffzellen 6 über. Beide
Abgriffkühlungen 54, 56 liegen
direkt am Stromabgriff 24 an uns sind zur Kühlung thermisch
mit ihm verbunden, insbesondere mit einem Leitmittel. Im Stromabgriff 24 gebildete Wärme wird
hierdurch bereits auf seinem Weg innerhalb des Stromabgriffs 24 teilweise
aufgenommen und an das Kühlwasser
abgegeben.
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4 zeigt
eine weitere Brennstoffzelleneinheit 58 mit einer Kühleinrichtung 60,
die einen Kühlkanal 62 eines
Kühlmittelkreislaufs
aufweist, der in zwei Zweigen im Innern von Polplatten 64 – und zwar in
der Fläche
der Polplatten 64 – geführt ist,
beispielsweise analog zu der in den 7 und 8 dargestellten
Kühlmittelführung. Auf
diese Weise werden die Polplatten gründlich gekühlt, so dass ein Wärmetransport
von den Stromabgriffen 24 zu den Brennstoffzellen 6 zumindest
weitgehend unterbunden wird. Auch eine Kombination der Kühl mittelführung durch
die Polplatten 64 mit der Kühlmittelführung aus 1 ist
vorteilhaft.
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Wie
in 5 gezeigt, ist es bei den Brennstoffzelleneinheiten 2, 44, 58 auch
möglich,
zusätzlich
oder alternativ einen Kühlkanal 66 im
Innern eines Stromabgriffs 68 einer Polplatte 70 zu
führen
und zwar in der Ebene der Polplatte 70. Wärme aus
dem Stromabgriff 68 wird auf diese Weise sehr zuverlässig und
effizient aus dem Stromabgriff 68 abgeführt. Der Kühlkanal 66 kann ein
Kühlwasserkanal
oder ein Reaktantenkanal sein, der eines der Betriebsgase für die Brennstoffzellen 6 führt.
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6 zeigt
eine Polplatte 72, beispielsweise für eine Brennstoffzelleneinheit 58 anstelle
einer Polplatte 64, die mit zwei gegenüberliegenden Stromabgriffen 24 und
einer Kühleinrichtung 74 mit
zwei jeweils in einem Außenbereich 76 angeordneten
Kühlkanälen 78, 80 versehen
ist. Der Außenbereich 76 bildet
mit dem Innenbereich 42, der einem aktiven Zellbereich
der Brennstoffzellen 6 benachbart ist, den im Stapel 4 liegenden
Rumpfteil 30 der Polplatte 72. Beide Kühlkanäle 78, 80 verlaufen
zwischen den Stromabgriffen 24 und dem Innenbereich 42 und
riegeln die Stromabgriffe 24 von dem Innenbereich 42 ab,
so dass ein Wärmestrom
von den Stromabgriffen 24 zum Innenbereich 42 und
somit zu den Membranen der Brennstoffzellen 6 die Kühlkanäle 78 oder 80 queren
muss. Zur Darstellung mehrerer Ausführungsbeispiele in einer Figur
ist der Kühlkanal 78 auf die
Oberfläche
der Polplatte 72 aufgebracht, während der Kühlkanal 80 in die
Polplatte 72 in der Ebene der Polplatte 72 eingebracht
ist.
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Bei
der in 7 in einer Draufsicht und in 8 in
einer Schnittdarstellung gezeigten Abwandlung verläuft ein
Kühlkanal 62 in
vielen parallelen Zweigen 82 in der einer Polplatte 84 in
deren Ebene. Auch hier muss Wärme
aus einem der beiden Stromabgriffe 24 der Polplatte 84 – um in
den Innenbereich 42 der Polplatte 84 zu gelangen – den Kühlkanal 62 queren.
Zudem wird die Polplatte 84 über ihre gesamte Ausdehnung
auf einer räumlich
gleichmäßigen Temperatur
gehalten und lokalen Erwärmungen wird
entgegengewirkt.
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Zusätzlich oder
alternativ kann der Stromabgriff 24 als solcher gekühlt werden,
wie in den 9 und 10 gezeigt
ist. Eine Kühleinrichtung 86, 88 ist
auf einen Stromabgriff 24 aufgebracht, nämlich in Form
eines S-förmigen
Kühlkanals 90 in
einem aufgelöteten
Rohr, wie in 9 dargestellt, und mit einem
Peltierelement 92 in 10, das
auf den Stromabgriff 24 aufgeklebt ist. Beide Kühleinrichtungen 86, 88 dienen
zum unmittelbaren Kühlen
der Stromabgriffe 24 und können einseitig oder – noch effektiver – beidseitig
am Stromabgriff 24 angeordnet sein, bis hin zu einer Kühlummantelung.
Bei der Kühleinrichtung 86 ist
eine separate Zufuhr von Kühlmittel,
also unabhängig
von einem Kühlmittelkreislauf
durch die Brennstoffzellen 6, vorteilhaft.
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Die
Kälteseite
des Peltierelements 92 ist thermisch mit dem Stromabgriff 24 verbunden
und die Wärmeseite
strahlt die Wärme
des Peltierelements 92 in die Umgebung ab. Das Peltierelement 92 ist
zu seiner Stromversorgung über
einen Regler mit der Ausgangsspannung des Stapels 4 der
Brennstoffzellen 6 verbunden.
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Die
in den 1 bis 10 gezeigten Ausführungsbeispiele
enthalten eine Reihe von Merkmalen, die der Übersichtlichkeit halber an
den Ausführungsbeispielen
verteilt dargestellt wurden. Eine jedwede mögliche Kombination der Merkmale
in einem einzigen Ausführungsbeispiel
soll hierdurch auch offenbart sein.