DE102008002363B4

DE102008002363B4 - Brennstoffzellensystem und dessen Flusssteuerungsmechanismus

Info

Publication number: DE102008002363B4
Application number: DE102008002363A
Authority: DE
Inventors: Chih-Yen Lin; Hsin-Chou Chen; Chiang-Wen Lai; Yu-Chun Ko; Yue-Jing Dou
Original assignee: NAN YA PCB Corp Taoyuan; Nan Ya Printed Circuit Board Corp
Current assignee: NAN YA PCB Corp Taoyuan; Nan Ya Printed Circuit Board Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2028-06-12
Also published as: TW200941810A; JP2009238730A; KR20090102593A; KR100968362B1; US20090246579A1; DE102008002363A1

Abstract

Brennstoffzellensystem, umfassend eine Vielzahl von Brennstoffzellen; einen Flusssteuerungsmechanismus umfassend eine Verteilervorrichtung und eine Zusammenfließvorrichtung, wobei die Brennstoffzellen zwischen der Verteilervorrichtung und der Zusammenfließvorrichtung gestapelt sind, bei welchem die Verteilervorrichtung und die Zusammenfließvorrichtung umfassen: mindestens einen Zulauf; mindestens einen Abfluss; mindestens einen Durchlass, welcher mit dem Zulauf und dem Abfluss in Verbindung steht; und mindestens einen Pufferabschnitt an einer beliebigen Stelle des Durchlasses, wobei sich der Pufferabschnitt und der Zulauf auf unterschiedlichen Ebenen befinden und der Durchmesser des Pufferabschnitts größer als jener des Durchlasses ist.

Description

BEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität aus der taiwanesischen Patentanmeldung 97110508 , angemeldet am 25. März 2008, die insgesamt durch die Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung integriert ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und dessen Flusssteuerungsmechanismus, und insbesondere auf ein Brennstoffzellensystem, welches den Flusssteuerungsmechanismus verwendet, um Brennstoff gleichmäßig in jede Brennstoffzelle zu verteilen.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein herkömmliches Brennstoffzellensystem gemäß der DE 10 2005 040 864 B4 einen Mischtank 11. Der Brennstoff (z. B. Wasser und Methanol) wird in dem Mischtank 11 gemischt und danach durch Leitungen zu den Brennstoffzellen transportiert.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Mischtank 11 zwei Zuläufe 111, eine Vielzahl von Durchlässen 112 und eine Vielzahl von Abläufen 113, welche mit den Durchlässen 112 in Verbindung stehen, wobei die jeweiligen Abflüsse 113 durch eine (nicht gezeigte) Leitung mit einer (nicht gezeigten) Brennstoffzelle verbunden sind. Die jeweiligen Zuläufe 111 lassen zu, dass Wasser und Methanol in die Durchlässe 112 eintreten. Wasser und Methanol werden in den Durchlässen 112 vermischt, um zu Brennstoff zu werden. Der Brennstoff tritt dann durch die Abflüsse 113 aus und wird durch die Leitungen zu den Brennstoffzellen transportiert.
Es sei angemerkt, dass sich die Zuläufe 111, die Durchlässe 112 und die Abflüsse 113 des Mischtanks 11 alle auf der gleichen Ebene befinden, so dass der Mischtank 11 horizontal positioniert sein muss, um eine ungleichmäßige Verteilung des Brennstoffes in die Brennstoffzellen zu vermeiden. Zusätzlich ist es nicht einfach, Leitungen mit den Brennstoffzellen zu verbinden, wenn viele Brennstoffzellen aufeinandergestapelt sind, um eine Brennstoffzelleneinheit zu bilden, so dass erhöhte Schwierigkeiten bei der Massenproduktion und die Möglichkeit von Lecks bestehen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß sieht die Erfindung ein Brennstoffzellensystem und einen Flusssteuerungsmechanismus dafür vor. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine Vielzahl von Brennstoffzellen und den Flusssteuerungsmechanismus. Der Flusssteuerungsmechanismus umfasst eine Verteilervorrichtung und eine Zusammenfließvorrichtung, und die Zellen sind zwischen der Verteilervorrichtung und der Zusammenfließvorrichtung gestapelt. Die Verteilervorrichtung oder die Zusammenfließvorrichtung umfassen mindestens einen Zulauf, mindestens einen Abfluss, mindestens einen Durchlass und mindestens einen Pufferabschnitt. Der Durchlass steht mit dem Zulauf und dem Abfluss in Verbindung. Der Pufferabschnitt befindet sich an einer beliebigen Stelle des Durchlasses. Der Pufferabschnitt und der Zulauf liegen auf unterschiedlichen Ebenen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung kann durch Studium der im Folgenden detailliert dargestellten Beschreibung und den Beispielen unter Bezugnahme auf die beiligenden Zeichnungen besser verstanden werden, bei welchen
1 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Mischtanks ist;
2 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems der Erfindung ist;
3 eine schematische Ansicht einer Verteilervorrichtung der Erfindung ist;
4 eine Draufsicht der Verteilervorrichtung der Erfindung ist; und
5 eine Seitenansicht ist, welche die Verteilung durch Durchlässe der Erfindung zeigt; und
6 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Brennstoffzellensystems der Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems 100 der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst drei Brennstoffzellen 101 und einen Flusssteuerungsmechanismus 102. Der Flusssteuerungsmechanismus 102 umfasst eine Verteilervorrichtung 1021 und eine Zusammenfließvorrichtung 1022. Drei Brennstoffzellen 101, aufeinandergestapelt und zwischen der Verteilervorrichtung 1021 und der Zusammenfließvorrichtung 1022 liegend, werden mit der Verteilervorrichtung 1021 und der Zusammenfließvorrichtung 1022 verbunden. Es ist anzumerken, dass über die Menge der Brennstoffzellen 101 je nach Nachfrage entschieden wird. Bei dieser Ausführung beträgt die Anzahl an Brennstoffzellen 101 drei, sie ist jedoch nicht darauf beschränkt.
3 zeigt eine schematische Ansicht der Verteilervorrichtung der Erfindung; 4 zeigt eine Draufsicht der Verteilervorrichtung der Erfindung; 5 zeigt eine Seitenansicht, welche die Verteilung durch Durchlässe der Erfindung zeigt. Die Verteilervorrichtung 1021 hat einen Zulauf 1021i, einen Abfluss 1021o, einen ersten Durchlass P1, drei zweite Durchlässe P2, einen ersten Pufferabschnitt B1 und drei zweite Pufferabschnitte B2. Die Verteilervorrichtung 1021 steht in Verbindung mit den Brennstoffzellen 101, indem sie den Abfluss 1021o mit den Brennstoffeinlässen 101i der Brennstoffzellen 101 verbindet (wie in 2 gezeigt). Der erste Durchlass P1, in Verbindung stehend mit dem Zulauf 1021i, ist gebogen, um den ersten Pufferabschnitt B1 auf einer unterschiedlichen horizontalen Ebene zu bilden. Ein Ende eines jeden der drei zweiten Durchlässe P2 steht in Verbindung mit dem ersten Pufferabschnitt B1, und das andere Ende eines jeden der drei zweiten Durchlässe P2 ist gebogen, um den zweiten Pufferabschnitt B2 zu bilden und steht in Verbindung mit dem Abfluss 1021o. Außerdem befinden sich die zweiten Pufferabschnitte B2, der Zulauf 1021i und die ersten Pufferabschnitte B1 alle auf unterschiedlichen Ebenen.
Da der erste Pufferabschnitt B1 und der Einlass 1021i auf unterschiedlichen Ebenen hegen, fließt der Brennstoff, welcher durch den ersten Durchlass P1 in die Verteilervorrichtung 1021 eintritt, direkt in den ersten Pufferabschnitt B1 auf einer unterschiedlichen Ebene mit dem Zulauf 1021i. Der Brennstoff wird in dem ersten Pufferabschnitt B1 gepuffert und tritt dann gleichzeitig in die zweiten Durchlässe P2 ein, wodurch es jeder Brennstoffzelle gestattet wird, eine gleiche Brennstoffmenge zu empfangen.
Der zweite Pufferabschnitt B2 und der erste Pufferabschnitt B1 sind auf unterschiedlichen Ebenen gebildet, und der Durchmesser von jedem zweiten Pufferabschnitt B2 ist größer als der jeden zweiten Durchlasses P2. Als Ergebnis wird der Brennstoff vor Eintreten in die Brennstoffzellen in den zweiten Pufferabschnitten B2 nahe der Abflüsse 1021o gesammelt, wodurch die Flussrate des Brennstoffes, welcher in die Brennstoffzellen 101 eintritt, erhöht wird.
In der Ausführungsform umfassen die Verteilervorrichtung 1021 und die Zusammenfließvorrichtung 1022 die gleiche Struktur, weshalb eine detaillierte Beschreibung der Struktur der Zusammenfließvorrichtung 1022 ausgelassen ist. Der einzige Unterschied zwischen der Verteilervorrichtung 1021 und der Zusammenfließvorrichtung 1022 besteht darin, dass sich die Lage von Zulauf und Abfluss der Verteilervorrichtung 1021 gegenüber der Lage des Zulaufes und Abflusses der Zusammenfließvorrichtung 1022 befindet, um die Verteilervorrichtung 1021 und die Zusammenfließvorrichtung 1022 symmetrisch an verschiedenen Enden der Brennstoffzellen 101 anzuordnen. Mit anderen Worten wird die gleiche Struktur der Verteilervorrichtung 1021 umgedreht, so dass die Zuläufe der Zusammenfließvorrichtung 1022 mit den Brennstoffauslässen 101o der Brennstoffzellen (wie in 2 gezeigt) in Verbindung stehen, und der Abfluss der Zusammenfließvorrichtung 1022 erlaubt Austreten des Brennstoffes. Mit Ausnahme der gegenüberliegenden Lage des Zulaufs und des Abflusses der Verteilervorrichtung 1021 und der Zusammenfließvorrichtung 1022 umfassen beide die gleiche Struktur, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Anzahl an Durchlässen und Pufferabschnitten kann gemäß unterschiedlichen Bedürfnissen angebracht werden, und die Pufferabschnitte können sich an einer beliebigen Stelle in dem Durchlass befinden.
Durch Verbinden der Brennstoffeinlässe 101i der Brennstoffzellen 101 mit den Abflüssen 1021o der Verteilervorrichtung 1021 und der Brennstoffauslässe der Brennstoffzellen 101 mit den Zuläufen der Zusammenfließvorrichtung 1022 ist der Brennstoff in der Lage, von einem (nicht gezeigten) Tank zu der Verteilervorrichtung 1021 zu fließen, wobei er einheitlich in jede Brennstoffzelle 101 verteilt wird. Das innerhalb der Brennstoffzellen hergestellte Reaktionsprodukt (z. B. Wasser und Kohlendioxid) fließt zu der Zusammenfließvorrichtung 1022, um gesammelt und in dem Tank wiederaufbereitet zu werden.
Mit Bezug auf die 2 und 3 umfasst jede Brennstoffzelle 101 zwei erste Verbindungsbereiche 101C auf jeweils zwei Seiten des Brennstoffeinlasses 101i, und zwei zweite Verbindungsbereiche 101C' auf zwei jeweiligen Seiten des Brennstoffauslasses 101o. Die Verteilervorrichtung 1021 umfasst drei Paar des jeweiligen ersten Verbindungsbereiches 102C, und die Zusammenfließvorrichtung 1022 umfasst drei Paar des jeweiligen zweiten Verbindungsbereiches 102C'. Eine gleichbleibende Entfernung wird zwischen jedem jeweiligen ersten Verbindungsbereich 102C gewahrt, und eine gleichbleibende Entfernung wird zwischen jedem jeweiligen zweiten Verbindungsbereich 102C' gewahrt. Zwei der ersten Verbindungsbereiche 101C für jede Brennstoffzelle 101 stehen in Verbindung mit einem Paar des ersten jeweiligen Verbindungsbereiches 102C, wodurch einem Ende der Brennstoffzelle 101 ermöglicht wird, mit der Verteilervorrichtung 1021 in Verbindung zu treten. Zwei der zweiten Verbindungsbereiche 101C' für jede Brennstoffzelle 101 stehen in Verbindung mit einem Paar des zweiten jeweiligen Verbindungsbereiches 102C', wodurch dem anderen Ende der Brennstoffzelle 101 ermöglicht wird, mit der Zusammenfließvorrichtung 1022 in Verbindung zu treten. Demgemäß sind die Brennstoffzellen 101 fest zwischen der Verteilervorrichtung 1021 und der Zusammenfließvorrichtung 1022 verankert und jede Brennstoffzelle 101 ist zu jeder anderen in einer gleichbleibenden Entfernung gehalten.
Wie in 2 gezeigt, sind der erste Verbindungsbereich 101C und der zweite Verbindungsbereich 101C' als Vorsprünge und der erste entsprechende Verbindungsbereich 102C und der zweite entsprechende Verbindungsbereich 102C' als Eintiefungen ausgebildet, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Verbindungsbereich und der entsprechende Verbindungsbereich können in jeder beliebigen Form ausgebildet sein, solange sie die Brennstoffzellen 101 zwischen der Verteilervorrichtung 1021 und der Zusammenfließvorrichtung 1022 fixieren können.
6 stellt eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Brennstoffzellensystems der Erfindung dar. Bei dieser alternativen Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellensystem weiterhin eine Pumpe P, und die Verteilervorrichtung 1021 umfasst weiterhin einen Aufnahmebereich. Die Pumpe P steht mit der Verteilervorrichtung 1021 in Verbindung. Der Brennstoff tritt durch einen Einlass E in die Verteilervorrichtung und in die Pumpe P. Der Brennstoff wird dann von der Pumpe P wieder in die Verteilervorrichtung 1021 gepumpt. Der Aufnahmebereich R empfängt eine elektronische Vorrichtung zum Überwachen des Brennstoffstatus innerhalb des Brennstoffzellensystems, z. B. ein Thermometer, ein Strömungsmesser, ein Konzentrationsmesser. Wird ein Strömungsmesser oder ein Konzentrationsmesser in den Aufnahmebereich R angebracht, wird der Brennstoff von der Pumpe P unter Druck gesetzt, um an dem Aufnahmebereich R vorbeizufließen, und fließt danach in den ersten Pufferabschnitt B1. Wenn der Brennstoff an dem Aufnahmebereich R vorbei fließt, kalkuliert der sich darin befindliche Strömungsmesser oder der Konzentrationsmesser die Flussrate oder die Konzentration des Brennstoffes.
Der Flusssteuerungsmechanismus 102 des Brennstoffzellensystems 100 der Erfindung verwendet eine Pufferzone, um die Flussrate des Brennstoffes zu steuern. Nachdem der Brennstoffe in Verteilervorrichtung 1021 eintritt, wird die Brennstoffmenge gleichmäßig in jede Brennstoffzelle 101 verteilt. Weiterhin kann der Flusssteuerungsmechanismus 102 geneigt oder horizontal angebracht werden, um eine ungleichmäßige Verteilung des Brennstoffes zu vermeiden, da sich die Pufferabschnitte B1, B2 und der Zulauf 1021i auf unterschiedlichen Ebenen befinden. Zusätzlich sind die Brennstoffzellen 101 unmittelbar mit dem Flusssteuerungsmechanismus 102 ohne Rohrverbindung in Kontakt, wodurch die Möglichkeiten eines Brennstofflecks reduziert und Effizienz und Leichtigkeit beim Zusammenbau erhöht werden.

Claims

Brennstoffzellensystem, umfassend eine Vielzahl von Brennstoffzellen; einen Flusssteuerungsmechanismus umfassend eine Verteilervorrichtung und eine Zusammenfließvorrichtung, wobei die Brennstoffzellen zwischen der Verteilervorrichtung und der Zusammenfließvorrichtung gestapelt sind, bei welchem die Verteilervorrichtung und die Zusammenfließvorrichtung umfassen: mindestens einen Zulauf; mindestens einen Abfluss; mindestens einen Durchlass, welcher mit dem Zulauf und dem Abfluss in Verbindung steht; und mindestens einen Pufferabschnitt an einer beliebigen Stelle des Durchlasses, wobei sich der Pufferabschnitt und der Zulauf auf unterschiedlichen Ebenen befinden und der Durchmesser des Pufferabschnitts größer als jener des Durchlasses ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem die Verteilervorrichtung einen Zulauf, eine Vielzahl an Durchlässen und eine Vielzahl an Abflüssen umfasst, und bei welchem die Brennstoffzellen mit den jeweiligen Abflüssen in Verbindung stehen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem die Zusammenfließvorrichtung eine Vielzahl von Zuläufen, eine Vielzahl von Durchlässen und einen Abfluss umfasst, und bei welchem die Brennstoffzellen mit den jeweiligen Einlässen in Verbindung stehen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem der Pufferabschnitt zu dem Zulauf oder dem Abfluss benachbart ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem die Verteilervorrichtung und die Zusammenfließvorrichtung eine Vielzahl von Pufferabschnitten umfassen, welche jeweils zu dem Zulauf und dem Abfluss benachbart sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, bei welchem sich die Pufferabschnitte auf unterschiedlichen Ebenen befinden.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Pumpe, welche mit der Verteilervorrichtung in Verbindung steht.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei welchem jede der Brennstoffzellen einen ersten Verbindungsbereich umfasst und bei welchem die Zusammenfließvorrichtung mindestens einen entsprechenden ersten Verbindungsbereich umfasst, welcher mit dem ersten Verbindungsbereich der Brennstoffzellen verbunden ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, bei welchem jede der Brennstoffzellen einen zweiten Verbindungsbereich umfasst und bei welchem die Zusammenfließvorrichtung mindestens einen entsprechenden zweiten Verbindungsbereich umfasst, welcher mit dem zweiten Verbindungsbereich der Brennstoffzellen verbunden ist.
Flusssteuerungsmechanismus, welcher mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen in Verbindung steht, umfassend eine Verteilervorrichtung und eine Zusammenfließvorrichtung, wobei die Verteilervorrichtung und die Zusammenfließvorrichtung umfassen: mindestens einen Zulauf; mindestens einen Abfluss; mindestens einen Durchlass, welcher mit dem Zulauf und dem Abfluss in Verbindung steht; und eine Vielzahl von Pufferabschnitten auf unterschiedlichen Ebenen, welche sich an einer beliebigen Stelle des Durchlasses befinden, bei welchem sich die Pufferabschnitte und der Zulauf auf unterschiedlichen Ebenen befinden und bei welchem die Verteilervorrichtung und die Zusammenflussvorrichtung eine Vielzahl von Pufferabschnitten umfassen, welche nahe dem Zufluss und dem Abfluss liegen.
Flusssteuerungsmechanismus nach Anspruch 10, bei welchem die Verteilervorrichtung einen Zulauf, eine Vielzahl von Durchlässen und eine Vielzahl von Abflüssen umfasst, und bei welchem die Brennstoffzellen jeweils mit den Abflüssen in Verbindung stehen.
Flusssteuerungsmechanismus nach Anspruch 10, bei welchem die Zusammenfließvorrichtung eine Vielzahl an Zuläufen, eine Vielzahl an Durchlässen und einen Abfluss umfasst, und bei welchem die Brennstoffzellen jeweils mit den Zuläufen in Verbindung stehen.
Flusssteuerungsmechanismus nach Anspruch 10, weiterhin umfassend eine Pumpe, welche mit der Verteilervorrichtung in Verbindung steht.
Flusssteuerungsmechanismus nach Anspruch 10, wobei jede der mit vorgenanntem Mechanismus in Verbindung stehenden Brennstoffzellen einen ersten Verbindungsbereich umfasst, und bei welchem die Zusammenfließvorrichtung mindestens einen ersten entsprechenden Verbindungsbereich umfasst, welcher mit dem ersten Verbindungsbereich der Brennstoffzellen verbunden ist.
Flusssteuerungsmechanismus nach Anspruch 14, wobei jede der mit vorgenanntem Mechanismus in Verbindung stehenden Brennstoffzellen einen zweiten Verbindungsbereich umfasst, und bei welchem die Zusammenfließvorrichtung mindestens einen zweiten entsprechenden Verbindungsbereich umfasst, welcher mit dem zweiten Verbindungsbereich der Brennstoffzellen verbunden ist.
Brennstoffzellsystem nach Anspruch 1, bei welchem die Verteilervorrichtung und die Zusammenfließrichtung einen weiteren Pufferabschnitt und eine Vielzahl von Durchlässen umfassen und bei welchem der weitere Pufferabschnitt jeden der Durchlässe direkt mit dem Einlass oder dem Auslass verbindet.
Brennstoffzellsystem nach Anspruch 16, bei welchem die Pufferabschnitte und der weitere Pufferabschnitt auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.