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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug.
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Üblicherweise
umfasst ein Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel,
der mehrere aufeinander gestapelte Brennstoffzellenelemente aufweist.
Jedes Brennstoffzellenelement umfasst einen Elektrolyten, der einen
Anodenraum von einem Kathodenraum trennt. Bei einer SOFC-Brennstoffzelle
besteht der Elektrolyt aus einem Keramikmaterial. Er ist mit einem
metallischen Rahmen verbunden, um den elektrischen Strom abzugreifen. Über die
Metallrahmen sind die einzelnen Brennstoffzellenelemente fest miteinander
verbunden, um den Brennstoffzellenstapel zu bilden.
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Aufgrund
unterschiedlicher Ausdehnungseigenschaften kann es beim Aufheizen
des Brennstoffzellenstapels dazu kommen, dass sich die einzelnen Brennstoffzellenelemente
wölben
bzw. deformieren. Dies kann einerseits zum Bruch des Elektrolyten
führen,
was mit einer ungewollten Leckage von Kathodengas in Richtung Anodengas
oder umgekehrt verbunden ist. Die anschließende Reaktion läuft dann nicht
mehr elektrochemisch, sondern verbrennungstechnisch ab. Dies kann
zur Zerstörung
des Brennstoffzellensystems und gegebenenfalls des damit ausgestatteten
Fahrzeugs führen.
Andererseits führt eine
Verformung der Brennstoffzellenelemente zu einer verschlechterten
elektrischen Kontaktierung zwischen dem Elektrolyt und einem wellenförmigen Metallblech, über das
der elektrische Strom abgegriffen wird. Beispielsweise wird zur
verbesserten Kontaktierung zwischen der jeweiligen Elektrode und
dem wellenförmigen
Metallblech eine Kontaktpaste aufgetragen. Die Verformung der Brennstoffzellenelemente geht
dann mit einer Verformung der wellenförmigen Metallbleche einher,
wodurch die Kontaktierung stark nachlässt. In der Folge kann der
elektrische Strom nur noch an vereinzelten Kontaktflächen übertragen werden,
was zu lokalen Überhitzungen
und zu Schädigungen
der Brennstoffzelle führen
kann.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art eine verbesserte
Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Gefahr
einer Beschädigung
des Brennstoffzellensystems reduziert ist.
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Gelöst wird
dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Brennstoffzellenstapel
mit Hilfe eines Verspannungsgehäuses
vorzuspannen. Die Vorspannung führt
dazu, dass die kritischen Verformungen, insbesondere die Wölbungen,
beim Aufheizen des Brennstoffzellenstapels vermieden oder zumindest
deutlich reduziert werden können.
In der Folge können
die mit der Verformung einhergehenden Gefahren erheblich reduziert
werden. Im Einzelnen schlägt
die Erfindung hierzu vor, das Verspannungsgehäuse mit einem Topfteil und
einem Deckelteil auszustatten, die mit Hilfe von Zugelementen aufeinander
zu vorgespannt bzw. vorspannbar sind. Im Inneren des Verspannungsgehäuses stützen sich
die beiden Gehäuseteile
an sich gegenüberliegenden
Stirnseiten des Brennstoffzellenstapels direkt oder indirekt ab.
Das Verspannungsgehäuse
besitzt durch den vorgeschlagenen Aufbau eine technisch einfach realisierbare
Konstruktion und kann dementsprechend preiswert realisiert werden.
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Preiswerte
Zugelemente sind beispielsweise Spannbänder, die um die Gehäuseteile
herumgelegt sind und die im gespannten Zustand hohe Zugkräfte übertra gen
können.
Alternativ können
auch Zuganker als Zugelemente zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel
Schrauben und Gewindestangen.
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Die
Gehäuseteile
können
bezüglich
der Vorspannrichtung koaxial ineinandergreifen, wodurch es insbesondere
möglich
ist, das Vorspanngehäuse gasdicht
auszuführen.
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Zumindest
eines der Gehäuseteile
kann sich unmittelbar am Brennstoffzellenstapel abstützen. Dementsprechend
sind ein Boden des jeweiligen Gehäuseteils und eine Stirnseite,
insbesondere eine Endplatte, des Brennstoffzellenstapels komplementär zueinander
geformt. Insbesondere handelt es sich dabei jeweils um im Wesentlichen
ebene Flächen. Hierdurch
kann eine effektive Kraftübertragung
zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem jeweiligen Gehäuseteil
realisiert werden.
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Zusätzlich oder
alternativ kann zumindest eines der Gehäuseteile über einen Stützrahmen
indirekt am Brennstoffzellenstapel abgestützt sein. Mit Hilfe dieses
Stützrahmens
ist es möglich,
zumindest eine weitere Komponente des Brennstoffzellensystems, die
ebenfalls im Inneren des Vorspanngehäuses angeordnet ist, von der
Vorspannung des Vorspanngehäuses
zu entlasten bzw. zu entkoppeln. Beispielsweise kann das Brennstoffzellensystem
einen Restgasbrenner und einen Wärmeübertrager enthalten
oder einen Rekuperator, der eine bauliche Einheit aus Restgasbrenner
und Wärmeübertrager umfasst.
Diese weiteren Komponenten können
zusammen mit dem Brennstoffzellenstapel ein Brennstoffzellenmodul
bilden, das eine komplett vormontierbare Baugruppe bildet. Diese
weiteren Komponenten müssen
nicht vorgespannt werden bzw. dürfen
nicht vorgespannt werden, da sie keine ausreichende Druckstabilität aufweisen.
Mit Hilfe des Stützrahmens
können
die genannten zusätzlichen
Komponenten von den zum Vorspannen des Brennstoffzellenstapels erforderlichen
Vorspannkräften entkoppelt
werden. Durch diese Bauweise ist es möglich, diese zusätzlichen
Komponenten des Brennstoffzellenmoduls ebenfalls im Inneren des
Vorspanngehäuses
unterzubringen.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher das Vorspanngehäuse als
thermisch isolierende Isolationsbox ausgestaltet ist. Hierdurch
erhält
das Vorspanngehäuse
eine Doppelfunktion. Die thermische Isolation des Brennstoffzellenstapels bzw.
des Brennstoffzellenmoduls führt
zu einem erhöhten
Gesamtwirkungsgrad des Brennstoffzellensystems, da weniger Wärmeverluste
auftreten. Darüber
hinaus kann eine Umgebung des Brennstoffzellensystems vor einer Überhitzung
geschützt
werden. Dies ist insbesondere bei einer Verwendung des Brennstoffzellensystems
in einem Kraftfahrzeug von Vorteil.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 bis 4 jeweils
stark vereinfachte, prinzipielle, teilweise geschnittene Ansichten
eines Brennstoffzellensystems bei unterschiedlichen Ausführungsformen,
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5 eine
weitere Ansicht wie in 4, jedoch einer speziellen Ausführungsform,
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6 eine
Schnittansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich einer Wand
eines Verspannungsgehäuses,
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7 bis 9 jeweils
stark vereinfachte, prinzipielle Schnittansichten des Verspannungsgehäuses im
Bereich von Fügestellen
unterschiedlicher Ausführungsformen.
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Entsprechend
den 1 bis 5 umfasst ein Brennstoffzellensystem 1,
das beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zur Anwendung kommen kann, zumindest
einen Brennstoffzellenstapel 2, der mehrere aufeinander
gestapelte und fest miteinander verbundene Brennstoffzellenelemente 3 aufweist.
Jedes Brennstoffzellenelement 3 enthält einen hier nicht näher dargestellten
Elektrolyten, zum Beispiel aus Keramik, an dem die Anode und die
Kathode des jeweiligen Brennstoffzellenelements 3 ausgebildet
ist. Der Elektrolyt trennt somit im jeweiligen Brennstoffzellenelement 3 jeweils
einen Anodenraum von einem Kathodenraum. Der Brennstoffzellenstapel 2 ist
bevorzugt als SOFC-Brennstoffzelle ausgestaltet. Das Brennstoffzellensystem 1 dient
in üblicher
Weise zur Verstromung eines Anodengases mit einem Kathodengas und
kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eine zusätzliche
oder die einzige elektrische Energiequelle bilden.
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Das
Brennstoffzellensystem 1 weist bei den hier gezeigten Ausführungsformen
jeweils ein Verspannungsgehäuse 4 auf.
Das Verspannungsgehäuse 4 nimmt
in seinem Inneren 5 den Brennstoffzellenstapel 2 auf.
Das Verspannungsgehäuse 4 besitzt
ein Topfteil 6 und ein Deckelteil 7. Die beiden
Gehäuseteile 6, 7 sind
zueinander komplementär
geformt, derart, dass sie den Innenraum 5 des Gehäuses 4 allseitig
umfassen und umschließen.
Insbesondere kann das Verspannungsgehäuse 4 hermetisch abgedichtet
sein. So ist es insbesondere gasdicht ausgeführt, um eine Emission unerwünschter
Gase in die Umgebung des Brennstoffzellensystems 1 zu vermeiden.
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Das
Verspannungsgehäuse 4 umfasst
außerdem
Zugelemente 8, die so ausgestaltet sind, dass die Gehäuseteile 6, 7 mit
Hilfe der Zugelemente 8 aufeinander zu vorgespannt werden
können.
Hierdurch können
Zugkräfte
bzw. Vorspannkräfte 9 auf die
Gehäuseteile 6, 7 aufgebracht
werden, die in den 1 bis 5 durch
Pfeile angedeutet sind. Die Vorspannkräfte 9 erstrecken sich
vorzugsweise parallel zu den Zugkräften in den Zugelementen 8.
Die Gehäuseteile 6, 7 sind
im Inneren 5 am Brennstoffzellenstapel 2 an sich
gegenüberliegenden
Stirnseiten 10 abgestützt.
Die Abstützung
der Gehäuseteile 6, 7 an
den Stirnseiten 10 des Brennstoffzellenstapels 2 kann
dabei direkt oder indirekt erfolgen. Die Ausführungsformen der 1 bis 3 zeigen
dabei jeweils eine direkte Abstützung
zwischen den Gehäuseteilen 6, 7 und
dem Brennstoffzellenstapel 2. Im Unterschied dazu zeigen
die 4 und 5 jeweils eine Ausführungsform,
bei welcher das Topfteil 6 direkt am Brennstoffzellenstapel 2 abgestützt ist, während das
Deckelteil 7 indirekt am Brennstoffzellenstapel 2 abgestützt ist,
nämlich über einen
Stützrahmen 11.
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Bei
den Ausführungsformen
der 1 bis 4 handelt es sich bei den Zugelementen 8 um Zuganker,
die beispielsweise als Schrauben oder Schraubbolzen oder Gewindebolzen
oder Gewindestangen ausgeführt
sein können.
Diese Zuganker 8 können
sich an Köpfen
und/oder an Muttern über Federelemente,
z. B. Tellerfedern bzw. Tellerfederpakete, am jeweiligen Gehäuseteil 6, 7 abstützen. Bei einer
alternativen Ausführungsform
können
die Zugelemente 8 auch als Spannbänder ausgestaltet sein, welche
die Gehäuseteile 6, 7 umgreifen
und zum Erzeugen der Vorspannung 9 gespannt sind.
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Der
Brennstoffzellenstapel 2 besitzt stirnseitig jeweils eine
Endplatte 12, an denen sich die Gehäuseteile 6, 7 direkt
bzw. indirekt abstützen.
Die Endplatten 12 weisen üblicherweise die Eduktanschlüsse des
Brennstoffzellenstapels 2 auf. Es ist klar, dass bei einer
direkten Kontaktierung bzw. direkten Abstützung eines der Gehäuseteile 6, 7 an
einer mit Eduktanschlüssen
versehenen Endplatte 12 entsprechende Aussparungen in das
jeweilige Gehäuseteil 6, 7 eingebracht
sind, um die Zugänglichkeit
zu den Eduktanschlüssen
gewährleisten
zu können.
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Bei
den hier gezeigten Ausführungsformen sind
die Gehäuseteile 6, 7 bezüglich der
Vorspannrichtung 9 koaxial ineinander gesteckt bzw. so
ausgestaltet, dass sie koaxial ineinander greifen. Bei den Ausführungsformen
der 3 und 4 besitzt das Topfteil 6 einen
axial vorstehenden Rand 13, den das Deckelteil 7 von
außen übergreift.
Hierdurch kann zum einen eine Axialführung zwischen den Gehäuseteilen 6, 7 realisiert
werden. Zum anderen kann dadurch eine gasdichte Kopplung der beiden
Gehäuseteile 6, 7 ermöglicht werden.
Bei den Ausführungsformen
der 3 und 4 weisen die beiden Gehäuseteile 6, 7 jeweils
zumindest einen Flansch 14 auf, an dem zumindest eines
der Zugelemente 8 angreift. Insbesondere kann ein einziger
Flansch 14 je Gehäuseteil 6, 7 vorgesehen
sein, der in der Umfangsrichtung umlaufend ausgestaltet sein kann.
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Die
Stirnseiten 10 des Brennstoffzellenstapels 2,
die hieran den Endplatten 12 ausgebildet sind, sind bevorzugt
eben ausgestaltet und erstrecken sich senkrecht zur Vorspannrichtung 9.
Vorzugsweise sind auch ein Boden 15 des Topfteils 6 und
ein Boden 16 des Deckelteils 7 zumindest an der
dem Inneren 5 zugewandten Seite eben ausgestaltet, um eine
großflächige Kontaktierung
mit der jeweiligen Stirnseite 10 des Brennstoffzellenstapels 2 zu
erzielen. Die Böden 15, 16 sind
vorzugsweise biegesteif ausgestaltet und erstrecken sich ebenfalls
senkrecht zur Vorspannrichtung 9.
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Bei
den 1 und 2 sind die Zuganker 8 durch
die Böden 15, 16 der
Gehäuseteile 6, 7 hindurchgeführt. Bei
der Ausführung
der 1 sind die Zuganker 8 dabei vollständig außerhalb
des Innenraums 5 angeordnet, sie befinden sich daher ausschließlich an
einer Außenseite
des Vorspanngehäuses 4.
Beispielsweise können
hierzu die Böden 15, 16 der
Gehäuseteile 6, 7 randseitig
nach außen
verlängert
sein.
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Im
Unterschied dazu sind bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
die Zuganker 8 durch das Innere 5 des Gehäuses 4 hindurchgeführt. Dies ermöglicht eine
besonders kompakte Bauweise.
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Bei
allen Ausführungsformen
stützen
sich die Zugelemente 8 an einer Außenseite des Vorspanngehäuses 4 ab,
um die erforderlichen Zugkräfte 9 in
die Gehäuseteile 6, 7 einzuleiten.
Die Ausführungsformen
der 1, 3 und 4, bei denen sich
die Zugelemente 8 jeweils vollständig an der Außenseite
des Gehäuses 4 befinden,
charakterisieren sich durch eine verbesserte Wärmeverträglichkeit. Die Zugelemente 8 sind
durch ihre außenliegende Anordnung
nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt, die im Inneren 5 des
Gehäuses 4 auftreten
können.
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Das
Verspannungsgehäuse 4 kann
für die beiden
Gehäuseteile 6, 7 eine
Längsführung 17 aufweisen.
Diese kann beispielsweise durch das koaxiale Ineinandergreifen der
Gehäuseteile 6, 7 realisiert werden,
wie dies beispielsweise bei den Ausführungsformen der 3, 4 und 5 realisiert ist.
Ebenso ist es möglich,
die Längsführung 17 durch einen
doppelwandigen Rand oder doppelwandigen Mantel zu realisieren, der
an einem der Gehäuseteile 6, 7 ausgebildet
ist und in den ein Rand bzw. ein Mantel des anderen Gehäuseteils 7 koaxial
zur Vorspannrich tung 9 eingreift. In den Beispielen der 1 und 2 ist
ein Mantel 18 des Topfteils 6 doppelwandig ausgeführt und
axial offen, so dass ein Mantel 19 des Deckelteils 7 koaxial
zur Vorspannrichtung 9 in den doppelwandigen Mantel 18 des
Topfteils 6 eingreifen kann. Mit Hilfe der Längsführung 17 sind
die beiden Gehäuseteile 6, 7 parallel
zur Vorspannrichtung 9 aneinander geführt. Dies ist zur Einleitung
möglichst gleichmäßiger Vorspannkräfte von
Vorteil. Das Ineinandergreifen im Bereich der Längsführung 17 verbessert
außerdem
eine Isolationswirkung, sofern das Verspannungsgehäuse 4 als
Isolationsbox ausgestaltet ist. Außerdem vereinfacht diese Bauweise
die Realisierung einer gasdichten Ausführung des Gehäuses 4.
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Die 7 bis 9 zeigen
weitere Ausführungsformen
der Fügestellen
zwischen den beiden Gehäuseteilen 6, 7,
die als Längsführungen 17 ausgestaltet
sein können.
Beispielsweise zeigt 7 eine Ausführungsform, bei der beide Gehäuseteile 6, 7 im
Bereich der Längsführung doppelwandig
ausgestaltet und zueinander axial offen sind, so dass sie koaxial
zur Vorspannrichtung 9 ineinander steckbar sind. 8 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die Fügestelle
nach Art einer Nut-Feder-Verbindung
ausgestaltet ist. Das eine Gehäuseteil,
hier das Kopfteil 6, besitzt eine stirnseitig angeordnete,
axial offene Nut 36, in die eine Feder 37 formschlüssig eingreift, die
am anderen Gehäuseteil,
hier am Deckelteil 7, stirnseitig ausgebildet ist und axial
absteht. 9 zeigt nun eine Ausführungsform,
bei der die beiden Gehäuseteile 6, 7 jeweils
einen gestuften Randabschnitt aufweisen, die koaxial ineinander steckbar
sind. Im Beispiel zeigt das Kopfteil 6 einen dem Inneren 5 zugewandten,
stirnseitig axial abstehenden Innenrand 38, während das
Deckelteil 7 komplementär
dazu einen vom Innenraum 5 abgewandten, stirnseitig axial
abstehenden Außenrand 39 aufweist.
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Im
Bereich dieser Fügestellen
bzw. Längsführungen 17 kann
ein Füllmaterial 44,
insbesondere ein Dichtungsmaterial, die gegebenenfalls vorhandenen
Hohlräume
ausfüllen,
siehe z. B. 7. Beispielsweise kann dadurch
eine Diffusionssperre realisiert werden.
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Bei
den hier gezeigten Ausführungsformen ist
das Deckelteil 7 ebenfalls topfförmig ausgestaltet, wodurch
sich insgesamt für
das Verspannungsgehäuse 4 eine
Zweischalenkonstruktion ergibt.
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Das
Verspannungsgehäuse 4 ist
insbesondere als thermisch isolierende Isolationsbox ausgestaltet
und reduziert dadurch die Abstrahlung von Wärme in die Umgebung des Brennstoffzellensystems 1.
Gleichzeitig wird dadurch der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 1 erhöht. Beispielsweise
kann das Verspannungsgehäuse 4 hierzu
entsprechend 6 eine Wand 40 aufweisen,
die insbesondere einen mehrschichtigen Aufbau besitzen kann. Im
gezeigten Beispiel umfasst die Wand 40 eine Außenhaut 41 aus
Metall als Tragschicht und eine Isolationsschicht 42 aus
einem geeigneten hitzebeständigen
thermisch isolierenden Material. Besonders geeignet sind dabei keramische
Werkstoffe. Insbesondere besteht die Isolationsschicht 42 aus Keramikmaterial,
das gepresst und gesintert sein kann. Im Beispiel ist außerdem noch
eine Schutzschicht 43 vorgesehen, die an einer dem Inneren 5 zugewandten
Seite an der Isolationsschicht 42 angeordnet ist, um diese
beispielsweise vor Beschädigungen
zu schützen.
Die Schutzschicht 43 kann dabei z. B. aus einem Gewebe
gebildet sein.
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Der
in den 4 und 5 gezeigte Stützrahmen 11 ermöglicht einerseits
die indirekte Abstützung
eines der Gehäuseteile 6, 7,
hier des Deckelteils 7, am Brennstoffzellenstapel 2.
Andererseits ermöglicht
dieser Stützrahmen 11 eine
Entlastung bzw. eine Entkopplung zumindest einer weiteren Komponente
des Brennstoffzellensystems 1 von den Vorspannkräften 9.
Beispielsweise kann das Brennstoffzellensystem 1 entsprechend 5 zusätzlich zum
Brennstoffzellenstapel 2 einen Restgasbrenner 20 aufweisen,
in dem Anodenabgas und Kathodenabgas, die von dem Brennstoffzellenstapel 2 kommen,
thermisch umgesetzt werden können,
in Form einer Verbrennungsreaktion oder alternativ in Form einer
katalytischen Umsetzung. Des Weiteren kann das Brennstoffzellensystem 1 einen
Wärmeübertrager 21 aufweisen,
der eine Aufheizung von Kathodengas ermöglicht, das dem Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt wird.
Hierbei wird die Wärme
des vom Restgasbrenner 20 erzeugten Brennerabgases genutzt.
Der Wärmeübertrager 21 führt somit
zu einer wärmeübertragenden
Kopplung zwischen einem Kathodengaspfad 22 und einem Brennerabgaspfad 23. Ausgangsseitig
weist der Wärmeübertrager 21 für den Kathodengaspfad 22 einen
Umlenkabschnitt 24 auf, der über einen Kompensator 25 mit
einem Verteilergehäuse 26 verbunden
ist. Das Verteilergehäuse 26 erhält einerseits
das Kathodengas des Wärmeübertragers 21 und
andererseits Anodengas über
einen Anodengaseinlass 27. Das Verteilergehäuse 26 ist über die
zugehörige
Endplatte 12 an den Brennstoffzellenstapel 2 angeschlossen.
Der Restgasbrenner 20 ist über einen weiteren Kompensator 28 an den
Wärmeübertrager 21 angeschlossen.
Der Brennerabgaspfad 23 führt durch diesen weiteren Kompensator 28.
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Der
Anodengaseingang 27 ist ebenso wie ein Kathodengaseingang 29 und
ein Brennerabgasausgang 30 durch das Verspannungsgehäuse 4 hindurchgeführt. Diese
Durchführungen
können
dabei gasdicht ausgestaltet sein. Des Weiteren ist im Beispiel ein
Rezirkulationsanschluss 31 durch das Verspannungsgehäuse 4 hindurchgeführt, über den
Anodenabgas aus dem System entnommen werden kann, um es beispielsweise
einem Reformer zuzuführen.
Die Gehäuseteile 6, 7 können einteilig
oder zur vereinfachten Realisierung der Eingänge und Ausgänge mehrteilig
ausgestaltet sein, wobei Trennebenen im Bereich der Eingänge und
Ausgänge verlaufen.
Dabei können
die einzelnen Bestandteile der Gehäuseteile 6, 7 mit
entsprechenden Fügestellen
miteinander verbunden sein, die auch zum Verbinden der beiden Gehäuseteile 6, 7 miteinander
zur Anwendung kommen und mit Bezug auf die 1 bis 4 sowie 7 bis 9 näher erläutert worden sind.
Insbesondere können
auch dort Zugelemente und Längsführungen
zum Einsatz kommen.
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Der
Brennstoffzellenstapel 2, der Restgasbrenner 20 und
der Wärmeübertrager 21 bilden
hier ein Brennstoffzellenmodul 32, das eine komplett vormontierbare
Einheit repräsentiert,
die in das Verspannungsgehäuse 4 eingesetzt
werden kann. Da die zusätzlichen
Komponenten, wie Restgasbrenner 20, Kompensator 28,
Wärmeübertrager 21,
Umlenkabschnitt 24, Kompensator 25 und Verteilerkammer 26 nicht
mit den hohen Vorspannkräften 9 beaufschlagt
werden können,
sind sie mit Hilfe des Stützrahmens 11 davon
entkoppelt. Der Stützrahmen 11 stützt sich
hierbei einerseits am Deckelteil 7 und andererseits am
Brennstoffzellenstapel 2 ab. Beispielsweise umfasst der
Stützrahmen 11 hierzu
zwei Stützplatten 33,
die über
vier Druckstangen 34 aneinander abgestützt sind. Die eine Stützplatte 33 stützt sich
dabei am Boden 16 des Deckelteils 7 ab, während sich die
andere Stützplatte 33 am
Brennstoffzellenstapel 2 abstützt. Im Beispiel ist der Restgasbrenner 20 am Brennstoffzellenstapel 2 so
montiert, dass zwischen dem Restgasbrenner 20 und der einen
Endplatte 12 eine Aussparung 35 vorhanden ist,
durch welche die dem Brennstoffzellenstapel 2 zugeordnete
Stützplatte 33 hindurchführbar ist.
Somit kann sich diese Stützplatte 33 unmittelbar
an der zugehörigen
Endplatte 12 am Brennstoffzellenstapel 2 abstützen, ohne
dass es dabei zu einer Belastung des Restgasbrenners 20 kommt.
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In 5 sind
die Zugelemente 8 weggelassen. Sie können wie in den 1 bis 4 durch Zuganker
oder durch Spannbänder
realisiert sein. Die Kompensatoren 25, 28 kompensieren
unterschiedliche Wärmedehnungseffekte
der mit Hilfe der Kompensatoren 25, 28 miteinander
verbundenen Komponenten des Brennstoffzellenmoduls 32,
und zwar insbesondere beim Aufheizbetrieb des Brennstoffzellensystems 1.