DE102007038880A1 - Fuel cell arrangement, has reaction material components arranged next to each other and/or fuel cell or fuel cell stack, and including input chambers and output chambers which are merged together - Google Patents

Fuel cell arrangement, has reaction material components arranged next to each other and/or fuel cell or fuel cell stack, and including input chambers and output chambers which are merged together Download PDF

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Abstract

The arrangement (1) has a set of fuel cells formed into a fuel cell stack (2), and a reaction material component supplying the fuel cells with reaction materials. Another reaction material component processes the reaction material that is obtained from the fuel cells. A set of processing components and/or the fuel cells or the fuel cell stacks are integrated to the reaction material components. The reaction material components are arranged next to each other and/or the fuel cell or the fuel cell stack, and include input chambers and output chambers merged together.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung mit mehreren, zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengesetzten Brennstoffzellen und mit ersten, die Brennstoffzellen mit Reaktionsstoffen versorgenden Komponenten und zweiten, Reaktionsprodukte der Brennstoffzellen verarbeitenden Komponenten.The The invention relates to a fuel cell arrangement with several, to a fuel cell stack composed fuel cells and with first, the fuel cells supplied with reactants Components and second, reaction products of fuel cells processing components.

Brennstoffzellenanordnungen mit mehreren Brennstoffzellen oder einzelne Brennstoffzellen dienen einer schadstoffarmen Erzeugung von Elektrizität. Hierbei werden die jeweils eine Anode und Kathode aufweisenden Brennstoffzellen einerseits mit einem Wasserstoff enthaltenen Reaktionsstoff als Brennstoff und andererseits mit einem Sauerstoff enthaltenen Reaktionsstoff als Oxidationsmittel beaufschlagt. Als Reaktionsprodukt der Oxidationsvorgänge in der Brennstoffzelle ist ein aus der Brennstoffzelle austretender Luftstrom mit Wasserdampf und auskondensiertem Wasser befrachtet.fuel cell assemblies Serve with multiple fuel cells or individual fuel cells a low-emission generation of electricity. Here are the respectively an anode and cathode having fuel cells on the one hand with a hydrogen-containing reactant as fuel and on the other hand with an oxygen-containing reactant acted as oxidant. As a reaction product of the oxidation processes in the Fuel cell is a stream of air emerging from the fuel cell loaded with water vapor and condensed water.

Dabei wird bei der Gasversorgung der Kathode Frischluft als Oxidationsmittel zunächst in einem Verdichter komprimiert und dann in einem Ladeluftkühler abgekühlt. Im Weiteren strömt die Luft in ein Befeuchtermodul, in welchem sie Wasserdampf aus einem kathodenseitig ausströmenden Kathodenabgas der Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstapels aufnimmt. Danach wird die befeuchtete Frischluft in die Brennstoffzelle oder den Brennstoffzellenstapel geleitet und nimmt dort an der elektrochemischen Reaktion teil. Das kathodenseitig ausströmende Kathodenabgas wird dann dem Befeuchtermodul zugeführt, wo es Wasserdampf an die der Kathode zuführende Luft abgibt. Anschließend wird das Kathodenabgas einer Abgasturbine zugeführt. Der Anode der Brennstoffzellenanordnung wird beispielsweise über ein Dosierventil überstöchiometrischer Wasserstoff als Brennstoff aus einem Wasserstoffspeicher zugeführt. Nicht umgesetzter Wasserstoff und an der Kathode übergetretener Stickstoff und Wasserdampf werden mittels eines Gebläses (auch Rezirkulationsgebläse genannt) wieder auf das Druckniveau des Frischgases verdichtet und über eine Rückführung erneut in den Wasserstoffzustrom eingespeist.there In the gas supply to the cathode fresh air is used as the oxidant first compressed in a compressor and then cooled in a charge air cooler. in the Further flows the air into a humidifier module, where they expel water vapor a cathode side effluent Cathode exhaust gas of the fuel cell or a fuel cell stack receives. Then the humidified fresh air in the fuel cell or passed the fuel cell stack and there takes on the electrochemical Reaction part. The cathode side effluent cathode exhaust gas then becomes supplied to the humidifier module, where it releases water vapor to the air supplying the cathode. Subsequently, the Cathode exhaust gas fed to an exhaust gas turbine. The anode of the fuel cell assembly for example, over a metering valve more than stoichiometric Hydrogen supplied as fuel from a hydrogen storage. Not converted hydrogen and nitrogen at the cathode and Water vapor is produced by means of a blower (also called a recirculation blower) again compressed to the pressure level of the fresh gas and over a Return again fed into the hydrogen flow.

Üblicherweise sind einzelne oder mehrere der Komponenten – Wasserspeicher, einzelne Brennstoffzellen, zu einem Stapel zusammengeschaltete Brennstoffzellen, Befeuchter, Ladeluftkühler, Brennstoffspeicher, Kühlmittelspeicher und/oder elektronische Steuerungen – von einem gemeinsamen oder jeweils von einem separaten Gehäuse zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen und/oder Umwelteinflüssen wie beispielsweise Spritzwasser oder Schutz umgeben.Usually are single or multiple components - water storage, individual fuel cells, to a stack of interconnected fuel cells, humidifiers, Intercooler, Fuel storage, coolant storage and / or electronic controls - from a common or each from a separate housing for protection against mechanical damage and / or environmental influences such as for example, splash or protection surrounded.

Je nach Aufbau und Art der Brennstoffzellenanordnung werden die erforderlichen Komponenten im zur Verfügung stehenden Bauraum entsprechend positioniert und über Strömungsleitungen, insbesondere Rohrleitungen miteinander verbunden. Dabei verlaufen die Strömungsleitungen sowohl geradlinig als auch gekrümmt, insbesondere mit 90° Umlenkungen.ever according to structure and type of fuel cell assembly, the required Components available standing space accordingly positioned and flow lines, in particular Pipelines connected to each other. The flow lines run thereby both straight and curved, especially with 90 ° deflections.

Entlang der Strömungsleitungen kommt es zu Druckverlusten und im Bereich von Umlenkungen zu Strömungswiderständen. Zum Ausgleich der Druckverluste und/oder Reduzieren der Strömungswiderstände weist die jeweilige Komponente, d. h. der Ladeluft kühler, der Befeuchter, der Abscheider, ein Heizelement, der Brennstoffzellenstapel und/oder die Brennstoffzellen, strömungseingangs- und -ausgangsseitig so genannte Aufweitungs- und Verengungsbereiche (auch Ports, Eingangsport und Ausgangsport genannt) auf, welche die Strömungsleitungen mit der jeweiligen Funktionseinheit der Komponente verbinden. Hierdurch bedarf die Brennstoffzellenanordnung eines großen Bauraums. Darüber hinaus kommt es zu ungleichmäßiger Anströmung der jeweiligen Komponente und zu höheren Druckverlusten.Along the flow lines it comes to pressure losses and in the range of deflections to flow resistance. To the Compensation of pressure losses and / or reducing the flow resistance points the particular component, d. H. the intercooler, the humidifier, the separator, a Heating element, the fuel cell stack and / or the fuel cells, strömungseingangs- and exit-side so-called widening and narrowing areas (also ports, Input port and output port) on which the flow lines connect to the respective functional unit of the component. hereby requires the fuel cell assembly of a large space. Furthermore it comes to uneven flow of the respective Component and to higher Pressure losses.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Brennstoffzellenanordnung anzugeben.It It is therefore an object of the invention to provide an improved fuel cell assembly specify.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The Task is solved according to the invention with a Fuel cell arrangement with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments are the subject of the dependent claims.

Bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit mehreren, zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengesetzten Brennstoffzellen und mit ersten, die Brennstoffzellen mit Reaktionsstoffen versorgenden Komponenten und zweiten, Reaktionsprodukte der Brennstoffzellen verarbeitenden Komponenten sind ein oder mehrere der Komponenten und/oder der Brennstoffzellenstapel zu einer Baueinheit integriert. Auf diese Weise sind aufwändige Rohrleitungsverbindungen vermieden, wodurch geringere Druckverluste an Übergangsbereichen zwischen den Komponenten auftreten. Auch werden die Funktionseinheiten der Komponenten besser angeströmt, wodurch sich der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanordnung erhöht. Der benötigte Bauraum ist durch die integrierte und somit kompakte Ausführung der Baueinheit mit mehreren Komponenten gegenüber herkömmlichen einzelnen Komponenten deutlich reduziert. Da zwischen den Komponenten keine Rohrleitungen benötigt werden, ist der Montageaufwand deutlich reduziert.at a fuel cell assembly according to the invention for a Motor vehicle with a plurality of fuel cells assembled into a fuel cell stack and with first, the fuel cells supplied with reactants Components and second, reaction products of the fuel cell processing Components are one or more of the components and / or the fuel cell stack integrated into a structural unit. In this way, complex pipe connections avoided, resulting in lower pressure losses at transition areas between the components occur. Also, the functional units of Components streamed better, whereby the efficiency of the fuel cell assembly increases. Of the needed Space is due to the integrated and thus compact design of Component with several components compared to conventional individual components significantly reduced. There are no pipelines between the components needed be, the assembly cost is significantly reduced.

Anstelle von aufwändigen Rohrleitungen sind aneinander angrenzende Komponenten und/oder der Brennstoffzellenstapel durch ineinander übergehende Eingangsbereiche und Ausgangsbereiche miteinander fluidisch verbunden. Dabei sind die Eingangs- und Ausgangsbereiche für eine homogene Anströmung und geringe Druckverluste entsprechend als Verengungs- und/oder Aufweitungsbereiche ausgebildet. Rohrleitungen und somit zusätzlicher Montageaufwand sind sicher vermieden. Ferner ist die Baueinheit mit mehreren integrierten Komponenten von einem einzelnen Gehäuse umgeben, so dass die Anzahl von Anbindungspunkten an Tragrahmen, insbesondere an den Fahrzeugrahmen reduziert ist.Instead of of elaborate Pipelines are adjacent components and / or the Fuel cell stack by merging input areas and exit areas fluidly connected together. There are the entrance and exit areas for a homogeneous flow and low pressure losses corresponding to narrowing and / or widening areas educated. Pipelines and thus additional installation costs safely avoided. Furthermore, the unit is integrated with several Components surrounded by a single case, so the number from attachment points to support frames, in particular to the vehicle frame is reduced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to drawings.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch eine Brennstoffzellenanordnung mit den fluidisch miteinander verbundenen Komponenten, 1 1 schematically shows a fuel cell arrangement with the fluidically interconnected components,

2 schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine aus mehreren Komponenten der Brennstoffzellenanordnung gebildete, integrierte Baueinheit, und 2 schematically an embodiment of an integrated assembly formed from several components of the fuel cell assembly, and

3 in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau der integrierten Baueinheit gemäß 2. 3 in plan view an embodiment of the structure of the integrated assembly according to 2 ,

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

1 zeigt eine Brennstoffzellenanordnung 1 mit einer Brennstoffzelle 2. Alternativ kann die Brennstoffzellenanordnung 1 in nicht näher dargestellter Art und Weise ein Brennstoffzellenpaket oder einen Brennstoffzellenstapel umfassen. Die Brennstoffzelle 2 besteht aus einer Anode 3 und einer Kathode 4. 1 shows a fuel cell assembly 1 with a fuel cell 2 , Alternatively, the fuel cell assembly 1 in a manner not shown include a fuel cell stack or a fuel cell stack. The fuel cell 2 consists of an anode 3 and a cathode 4 ,

Der Brennstoffzelle 2 sind kathodenseitig zur Versorgung mit Oxidationsmittel in eine Kathodenzuleitung Z1 eine Luftversorgungseinheit 5, insbesondere ein Luftverdichter, ein Ladeluftkühler 6 und ein Befeuchter 7 vorgeschaltet. Dabei kann der Befeuchter 7 über eine Umgehungsleitung L1 (= Bypass) umgangen werden. Hierzu ist in der Kathodenzuleitung Z1 ein erstes Steuerelement V1, insbesondere ein Steuerventil, angeordnet. Kathodenabgasseitig ist der Kathode 4 über eine Abgasleitung A1 der Befeuchter 7 und eine Abgasturbine 8 nachgeschaltet. Die Luftversorgungseinheit 5 und die Abgasturbine 8 sind motorgetrieben. Hierzu ist ein Antriebsmotor 9 zum Antrieb sowohl der Luftversorgungseinheit 5 als auch der Abgasturbine 8 vorgesehen. Anodenseitig ist der Brennstoffzelle 2 zur Versorgung mit Brennstoff BS, insbesondere Wasserstoff ein Speicher 10 vorgeschaltet, von dem eine Anodenzuleitung Z2 in die Anode 3 mündet. Über ein Dosierventil V2 ist die Brennstoffzufuhr steuerbar. Anodenabgasseitig ist in eine Rückführleitung R1 ein Rezirkulationsgebläse 11 angeordnet, wobei die Rückführleitung R1 in die Anodenzuleitung Z2 mündet. In der Rückführung R1 ist darüber hinaus ein Abblasventil V3 zum Abblasen von Anodenabgas AG angeordnet.The fuel cell 2 are on the cathode side for supply of oxidant in a cathode feed Z1 an air supply unit 5 , in particular an air compressor, a charge air cooler 6 and a humidifier 7 upstream. This can be the humidifier 7 be bypassed via a bypass line L1 (= bypass). For this purpose, a first control element V1, in particular a control valve, is arranged in the cathode feed line Z1. The cathode exhaust side is the cathode 4 via an exhaust pipe A1 of the humidifier 7 and an exhaust gas turbine 8th downstream. The air supply unit 5 and the exhaust gas turbine 8th are motor-driven. For this purpose is a drive motor 9 for driving both the air supply unit 5 as well as the exhaust gas turbine 8th intended. On the anode side is the fuel cell 2 for the supply of fuel BS, in particular hydrogen, a memory 10 upstream of which an anode lead Z2 in the anode 3 empties. About a metering valve V2, the fuel supply is controlled. Anode exhaust side is in a return line R1 a recirculation fan 11 arranged, wherein the return line R1 opens into the anode feed line Z2. In addition, a blow-off valve V3 for blowing off anode exhaust gas AG is arranged in the return line R1.

Im Betrieb der Vorrichtung wird der Kathode 4 als Oxidationsmittel Luft L, insbesondere Frischluft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Medium zugeführt. Dabei wird die Luft L von der Luftversorgungseinheit 5 gefördert und verdichtet. Die verdichtete Luft vL wird anschließend in dem Ladeluftkühler 6 gekühlt und im Befeuchter 7 befeuchtet, indem sie Wasserdampf aus dem kathodenseitig ausströmenden und den Befeuchter 7 ebenfalls durchströmenden Kathodenabgas KG aufnimmt. Die befeuchtete Luft bL strömt durch die Kathode 4 zur Durchführung der elektrochemischen Reaktion und verlässt diese als Kathodenabgas KG, Wasser oder Wasserdampf, das bzw. der zur Befeuchtung der einströmenden verdichteten Luft vL dem Befeuchter 7 zugeführt wird und von diesem über die Abgasturbine 8 abgeführt wird.In operation of the device, the cathode 4 supplied as an oxidizing agent air L, in particular fresh air or another oxygen-containing medium. In this case, the air L from the air supply unit 5 promoted and condensed. The compressed air vL is then in the intercooler 6 chilled and in the humidifier 7 moistened by adding water vapor from the cathode side and the humidifier 7 likewise flows through cathode exhaust gas KG. The humidified air bL flows through the cathode 4 for carrying out the electrochemical reaction and leaves this as the cathode exhaust gas KG, water or water vapor, which or for moistening the incoming compressed air vL the humidifier 7 is supplied and from this via the exhaust gas turbine 8th is dissipated.

Parallel dazu wird der Anode 3 vom Speicher 10 als Brennstoff BS beispielsweise Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltenes Medium zugeführt, das anodenabgasseitig als Anodenabgas AG in die Rückführung R1 strömt und über das Rezirkulationsgebläse 11 in die Anodenzuleitung Z2 eingeströmt wird.Parallel to this is the anode 3 from the store 10 supplied as fuel BS, for example, hydrogen or a hydrogen-containing medium, the anode exhaust side as the anode exhaust gas AG flows into the return R1 and the recirculation fan 11 is flowed into the anode feed line Z2.

Zur Bauraumoptimierung der Brennstoffzellenanordnung 1 bei einer Verwendung beispielsweise in einem Fahrzeug können ein oder mehrere der Komponenten und/oder die Brennstoffzelle oder der Brennstoffzellenstapel 2 der Brennstoffzellenanordnung 1 zu einer kompakten Baueinheit 13 integriert sein. 2 und 3 zeigen ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine derartige kompakte Baueinheit 13, in welche der Ladeluftkühler 6, der Befeuchter 7 und ein kathodenseitiger Abscheider 12 zu einer kompakten Baueinheit 13 integriert sind. Dabei sind die Komponenten derart stoffstromgünstig positioniert, dass Leitungen und Leitungsumlenkungen und damit verbundene Strömungswiderstände sowie Leitungslängendruckverluste sicher reduziert oder vermieden sind.For space optimization of the fuel cell assembly 1 For example, when used in a vehicle, one or more of the components and / or the fuel cell or fuel cell stack may be used 2 the fuel cell assembly 1 to a compact unit 13 be integrated. 2 and 3 show a possible embodiment of such a compact unit 13 into which the intercooler 6 , the humidifier 7 and a cathode-side separator 12 to a compact unit 13 are integrated. The components are positioned so stoffstromgünstig that lines and line deflections and associated flow resistance and line length pressure losses are safely reduced or avoided.

Hierzu sind die aneinander angrenzenden Komponenten wie Ladeluftkühler 6 und Befeuchter 7 oder Befeuchter 7 und Abscheider 12 durch ineinander übergehende Eingangsbereiche E und Ausgangsbereiche A verbunden. Rohrleitungen zwischen den Kom ponenten innerhalb der Baueinheit 13 entfallen. Die ineinander übergehenden Eingangsbereiche E und Ausgangsbereiche A der in der Baueinheit 13 integrierten Komponenten weisen zur Einstellung einer homogenen Anströmung und zur Reduzierung von Druckverlusten einen weitgehend gleichen Strömungsquerschnitt auf und ersetzen die üblicherweise als Verengungs- und/oder Aufweitungsbereiche ausgebildeten und an Rohrleitungen 14 angebundenen Ein- und Ausgänge. Hierdurch ist der Montageaufwand reduziert, da lediglich die äußeren Schnittstellen der Baueinheit 13 als äußere Eingänge Ea und Ausgänge Aa der betreffenden Komponenten ausgebildet sind und mit Rohrleitungen 14 verbunden werden müssen. Gegenüber einer herkömmlichen Brennstoffzellenanordnung mit einzelnen, rohrleitungsverbundenen Komponenten reduziert sich die Anzahl von benötigten Rohrleitungen bei der hier dargestellten integrierten Baueinheit 13 mit drei integrierten Komponenten dem Ladeluftkühler, dem Befeuchter 7 und dem Abscheider 12 von sechs auf vier. Die üblicherweise erforderlichen Umlenkungen sind in die ineinander übergehenden Ein- und Ausgangsbereiche E, A integriert. Zudem ist durch die ineinander übergehenden Ein- und Ausgangsbereiche E, A ein im Stand der Technik erforderlicher Verengungsbereich vermieden.For this purpose, the adjacent components such as charge air cooler 6 and humidifiers 7 or humidifier 7 and separators 12 connected by merging input areas E and output areas A. Pipelines between the components within the unit 13 omitted. The merging input areas E and output areas A in the unit 13 integrated components have to set a homogeneous flow and to reduce pressure losses to a substantially same flow cross-section and replace the usually formed as constriction and / or expansion areas and on pipelines 14 connected inputs and outputs. As a result, the assembly effort is reduced because only the outer interfaces of the unit 13 are formed as external inputs Ea and outputs Aa of the relevant components and with pipelines 14 need to be connected. Compared with a conventional fuel cell arrangement with individual, pipeline-connected components reduces the number of required pipelines in the integrated assembly shown here 13 with three integrated components the intercooler, the humidifier 7 and the separator 12 from six to four. The usually required deflections are integrated into the merging input and output areas E, A. In addition, a constriction area required in the prior art is avoided by the merging input and output areas E, A.

In 3 sind die zwischen den Komponenten ineinander übergehenden Ein- und Ausgangsbereiche E, A mit gleich bleibendem Querschnitt und die äußeren, als Aufweitungs- oder Verengungsbereiche ausgebildeten Ein- und Ausgänge Ea, Aa deutlich zu erkennen. Darüber hinaus können die in der Baueinheit 13 integrierten Komponenten von einem einzelnen Gehäuse 15 oder einem aus mehreren Teilen gebildeten Gehäuse umgeben sein. Ferner ist der Befeuchter 7 über eine als Rohrleitung 14 ausgebildete Bypass-Leitung mit darin angeordneter Drosselklappe 16 umgehbar. Die Bypass-Leitung ist dabei nicht in die Baueinheit 13 integriert.In 3 are clearly visible between the components merging into each other input and output areas E, A with constant cross-section and the outer, designed as widening or narrowing areas inputs and outputs Ea, Aa. In addition, those in the unit 13 integrated components from a single housing 15 or a housing formed of several parts to be surrounded. Further, the humidifier 7 over one as a pipeline 14 trained bypass line with arranged therein throttle 16 bypassed. The bypass line is not in the unit 13 integrated.

Die 2 und 3 zeigen ein mögliches Beispiel für eine Anzahl von in eine Baueinheit 13 integrierten Komponenten der Brennstoffzellenanordnung. Alternativ können andere Komponenten der Brennstoffzellenanordnung 1 zu einer Baueinheit integriert werden. Beispielsweise können in nicht näher dargestellter Art und Weise der Brennstoffzellenstapel und ein kathodenseitiger Abscheider, der Brennstoffzellenstapel und ein anodenseitiger Abscheider, der Brennstoffzellenstapel und ein Befeuchter, der Brennstoffzellenstapel und ein Heizelement, der Ladeluftkühler und der Befeuchter, der Befeuchter und ein kathodenseitiger Abscheider und/oder eine Abgasturbine und ein Abscheider oder eine andere beliebige Kombination von Komponenten jeweils zu einer separaten Baueinheit integriert sein.The 2 and 3 show a possible example of a number of in a unit 13 integrated components of the fuel cell assembly. Alternatively, other components of the fuel cell assembly may be used 1 integrated into a structural unit. For example, in a manner not shown in detail, the fuel cell stack and a cathode-side separator, the fuel cell stack and an anode-side separator, the fuel cell stack and a humidifier, the fuel cell stack and a heating element, the intercooler and the humidifier, the humidifier and a cathode-side separator and / or an exhaust gas turbine and a separator or any other combination of components may each be integrated into a separate structural unit.

Durch die Integration mehrerer Komponenten in eine Baueinheit 13 kommt es zu einer verbesserten Abkühlkurve, da die Gesamtwärmekapazität steigt. Zudem kann der durch Leitungsverlegung erforderliche Montageaufwand durch Reduzierung der Anzahl von Rohrleitungen und/oder der Anzahl von Rohrumlenkungen vermindert werden. Auch wird der Bauraum optimiert, da die Anzahl von große Bauräume benötigenden Aufweitungs- und Verengungsbereichen deutlich reduziert ist. Durch die nicht erforderlichen Aufweitungs- und Verengungsbereiche entstehen weniger Strömungsquerschnittssprünge und somit geringere Druckverluste. Hierdurch und durch daraus resultierendes geringeres Medienvolumen auf der Kathoden- und Anodenseite verbessern sich unter anderem die Kathodenrezirkulation und der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanordnung. Insbesondere beim Abschalten wird weniger Wasserstoff benötigt. Darüber hinaus wird die Kaltstartproblematik bei Temperaturen kleiner 0°C deutlich verbessert.By integrating several components into one unit 13 there is an improved cooling curve as the overall heat capacity increases. In addition, the assembly effort required by piping can be reduced by reducing the number of piping and / or the number of pipe bends. The space is also optimized, since the number of large installation spaces requiring expansion and constriction areas is significantly reduced. Due to the unnecessary expansion and constriction areas less flow cross-section jumps and thus lower pressure losses. This and the resulting lower volume of media on the cathode and anode sides improve, inter alia, the cathode recirculation and the efficiency of the fuel cell arrangement. In particular, when switching off less hydrogen is needed. In addition, the cold start problem at temperatures below 0 ° C is significantly improved.

11
BrennstoffzellenanordnungA fuel cell assembly
22
Brennstoffzellefuel cell
33
Anodeanode
44
Kathodecathode
55
LuftversorgungseinheitAir supply unit
66
LadeluftkühlerIntercooler
77
Befeuchterhumidifier
88th
Abgasturbineexhaust turbine
99
Antriebsmotordrive motor
1010
SpeicherStorage
1111
Rezirkulationsgebläserecirculation
1212
kathodenseitiger Abscheidercathode side separators
1313
integrierte Baueinheitintegrated unit
1414
Rohrleitungpipeline
AGAG
Anodenabgasanode exhaust gas
AZ1AZ1
Abzweigleitungbranch line
A1A1
Abgasleitungexhaust pipe
bLbL
befeuchtete Lufthumidified air
BSBS
Brennstofffuel
KGKG
Kathodenabgascathode exhaust
LL
Luftair
vLvL
verdichtete Luftcompacted air
V1V1
erstes Steuerelementfirst control
V2V2
Dosierventilmetering valve
V3V3
Abblasventilblow-off valve
V4V4
zweites Steuerelementsecond control
Z1Z1
Kathodenzuleitungcathode lead
Z2Z2
Anodenzuleitunganode lead

Claims (6)

Brennstoffzellenanordnung (1) mit mehreren, zu einem Brennstoffzellenstapel (2) zusammengesetzten Brennstoffzellen und mit ersten, die Brennstoffzellen mit Reaktionsstoffen versorgenden Komponenten und zweiten, von der Brennstoffzelle austretende Reaktionsprodukte verarbeitenden Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Komponenten und/oder die Brennstoffzelle oder der Brennstoffzellenstapel (2) zu einer Baueinheit (13) integriert sind.Fuel cell assembly ( 1 ) with several, to a fuel cell stack ( 2 ) composed fuel cells and with first, the fuel cells with reactants supplying components and second, from the fuel cell exiting reaction products processing components, characterized in that one or more of the components and / or the fuel cell or fuel cell stack ( 2 ) to a structural unit ( 13 ) are integrated. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aneinander angrenzende Komponenten und/oder die Brennstoffzelle oder der Brennstoffzellenstapel (2) ineinander übergehende Eingangsbereiche (E) und Ausgangsbereiche (A) aufweisen.Fuel cell arrangement according to claim 1, characterized in that adjoining components and / or the fuel cell or the fuel cell stack ( 2 ) have merging input areas (E) and output areas (A). Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit (13) von einem Gehäuse (14) umgeben ist.Fuel cell arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the structural unit ( 13 ) of a housing ( 14 ) is surrounded. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (2) und ein kathodenseitiger Abscheider (12) oder der Brennstoffzellenstapel (2) und ein anodenseitiger Abscheider oder der Brennstoffzellenstapel (2) und ein Befeuchter (7) oder der Brennstoffzellenstapel (2) und ein Heizelement oder ein Ladeluftkühler (6) und ein Befeuchter (7) oder ein Befeuchter (7) und ein kathodenseitiger Abscheider (12) oder eine Abgasturbine (8) und ein Abscheider (12) jeweils zu einer separaten Baueinheit (13) integriert sind.Fuel cell arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fuel cell stack ( 2 ) and a cathode-side separator ( 12 ) or the fuel cell stack ( 2 ) and an anode-side separator or the fuel cell stack ( 2 ) and a humidifier ( 7 ) or the fuel cell stack ( 2 ) and a heating element or intercooler ( 6 ) and a humidifier ( 7 ) or a humidifier ( 7 ) and a cathode-side separator ( 12 ) or an exhaust gas turbine ( 8th ) and a separator ( 12 ) each to a separate unit ( 13 ) are integrated. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchter (7) und eine Ladelüftkühler (6) oder der Ladeluftkühler und der kathodenseitiger Abscheider (12) oder der Ladeluftkühler und der kathodenseitige Abscheider oder der kathodenseitige Abscheider (12) und der anodenseitige Abscheider oder der Brennstoffzellenstapel (2) und ein Startheizer/-Brenner oder der Befeuchter (7) und der anodenseitige Abscheider oder der anodenseitige Abscheider und ein Rezirkulationsgebläse oder der Startheizer/-Brenner und der Ladeluftkühler oder der Startheizer/-Brenner und der Befeuchter (7) der der Startheizer/-Brenner und der anodenseitige Abscheider oder der Startheizer/-Brenner und der kathodenseitige Abscheider (12) oder Brennstoffzellenstapel (2) und eine Wasserstoffbefeuchter oder der Wasserstoffbefeuchter und der anodenseitige Abscheider oder der Wasserstoffbefeuchter und der Befeuchter (7) oder der Brennstoffzellenstapel (2) und der Ladeluftkühler (6) jeweils zu einer separaten Baueinheit (13) integriert sind.Fuel cell arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the humidifier ( 7 ) and a charge air cooler ( 6 ) or the intercooler and the cathode-side separator ( 12 ) or the intercooler and the cathode-side separator or the cathode-side separator ( 12 ) and the anode-side separator or the fuel cell stack ( 2 ) and a start heater / burner or the humidifier ( 7 ) and the anode-side separator or the anode-side separator and a recirculation fan or the starting heater / burner and the intercooler or the starting heater / burner and the humidifier ( 7 ) of the starting heater / burner and the anode-side separator or the start heater / burner and the cathode-side separator ( 12 ) or fuel cell stack ( 2 ) and a hydrogen humidifier or the hydrogen humidifier and the anode-side separator or the hydrogen humidifier and the humidifier ( 7 ) or the fuel cell stack ( 2 ) and the intercooler ( 6 ) each to a separate unit ( 13 ) are integrated. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere separate Baueinheiten (13) und/oder eine Komponente mit einer separaten Baueinheit (13) zu einer Baugruppe integriert ist.Fuel cell arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that a plurality of separate structural units ( 13 ) and / or a component with a separate structural unit ( 13 ) is integrated into an assembly.
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