DE102011013633A1

DE102011013633A1 - Wasserstoffverteilungseinsatz für PEM-Brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE102011013633A1
Application number: DE102011013633A
Authority: DE
Inventors: Todd D. Bogumil; Steven G. Goebel; Gary M. Robb; Clipson M. Class
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2031-03-12
Also published as: CN102195053A; DE102011013633B4; CN102195053B; US8679696B2; US20110229799A1

Abstract

Offenbart wird ein Fluidverteilungseinsatz, der dafür ausgelegt ist, in einem Einlasssammler einer Brennstoffzellenbaugruppe aufgenommen zu werden. Der Fluidverteilungseinsatz umfasst einen hohlen Einsatz mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. An dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ist ein Einlass in Fluidverbindung mit einer Quelle eines Reaktandgases ausgebildet und dafür ausgelegt, das Reaktandgas darin aufzunehmen. Zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende sind mehrere Auslässe ausgebildet. In dem hohlen Einsatz sind mehrere Strömungskanäle ausgebildet, die zwischen dem Einlass und den Auslässen eine Fluidverbindung vorsehen, um das Fluid zu mehreren Brennstoffzellen der Brennstoffzellenbaugruppe zu liefern, wobei ein Gesamtströmungsvolumen und ein Strömungswiderstand jedes der Strömungskanäle im Wesentlichen gleich sind, um eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr des Reaktandgases zu den Brennstoffzellen vorzusehen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Brennstoffzellenstapel und insbesondere einen Brennstoffzellenstapel, der einen in einem Einlasssammler desselben angeordneten Einsatz umfasst, um eine gleichmäßige Strömung von Fluid zu Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels zu fördern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennstoffzellenenergiesysteme wandeln einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel (Reaktanden) in elektrischen Strom um. Eine Art von Brennstoffzellenenergiesystem nutzt eine Protonenaustauschmembran (PEM, kurz vom engl. Proton Exchange Membrane), um die Reaktion des Brennstoffs (wie etwa Wasserstoff) und des Oxidationsmittels (wie etwa Luft oder Sauerstoff) zum Erzeugen von elektrischem Strom katalytisch zu fördern. Wasser ist ein Nebenprodukt der elektrochemischen Reaktion. Die PEM ist ein Festpolymerelektrolyt, der in jeder einzelnen Brennstoffzelle eines Stapels von Brennstoffzellen, die normalerweise in einem Brennstoffzellenenergiesystem eingesetzt werden, die Übertragung von Protonen von einer Anodenelektrode zu einer Kathodenelektrode fördert.
Bei der typischen Brennstoffzellenbaugruppe haben die einzelnen Brennstoffzellen Brennstoffzellenplatten mit Kanälen, durch die verschiedene Reaktanden und Kühlfluide strömen. Brennstoffzellenplatten können zum Beispiel unipolar oder bipolar sein. Eine Bipolarplatte kann durch Kombinieren von unipolaren Platten gebildet werden. Das Oxidationsmittel wird der Kathodenelektrode von einem Kathodeneinlasssammler zugeführt, und der Brennstoff wird der Anodenelektrode von einem Anodeneinlasssammler zugeführt. Eine Bewegung des Wassernebenprodukts von den Kanälen zu einem Auslasssammler wird typischerweise durch das Strömen der Reaktanden durch die Brennstoffzellenbaugruppe bewirkt. Grenzschicht-Scherkräfte und ein Druck des Reaktanten unterstützen den Transport des Wassers durch die Kanäle, bis das Wasser durch den Auslasssammler aus der Brennstoffzelle austritt.
Um die elektrochemische Reaktion zu fördern, ist eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA, kurz vom engl. Membrane Electrode Assembly) zwischen aufeinanderfolgenden Platten angeordnet. Die MEA umfasst die Anodenelektrode, die Kathodenelektrode und eine dazwischen angeordnete Elektrolytmembran. An beiden Seiten der MEA sind poröse Diffusionsmedien (DM) angeordnet, um eine Zufuhr von Reaktanden für die elektrochemische Brennstoffzellenreaktion zu erleichtern.
Bei Einleiten der elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion in dem Brennstoffzellenstapel ist es typischerweise wünschenswert, den Wasserstoffbrennstoff so bereitzustellen, dass ein Aufnehmen des Wasserstoffs in den einzelnen Brennstoffzellen in deren aktiven Bereichen im Wesentlichen gleichzeitig bewirkt wird. Der Einlasssammler füllt sich aber typischerweise in einer Weise mit Wasserstoff, die am nächsten zu einem Wasserstoffeinlass des Einlasssammlers befindliche Brennstoffzellen zu den ersten Brennstoffzellen werden lässt, die den Wasserstoff aufnehmen. Die Brennstoffzellen, die sich am weitesten weg von dem Wasserstoffeinlass des Einlasssammlers befinden, sind umgekehrt die letzten Brennstoffzellen, die den Wasserstoff aufnehmen.
Wenn der Wasserstoff in die aktiven Bereiche der Brennstoffzellenplatten strömt, lässt sich ein örtlich begrenzter Anstieg der elektrischen Spannung messen. Bei Anlegen einer elektrischen Last an dem Brennstoffzellenstapel erzeugt der Anstieg der elektrischen Spannung einen elektrischen Strom, der durch die verbleibenden Brennstoffzellenplatten des Brennstoffzellenstapels geleitet wird. Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels, die keine ausreichende Wasserstoffmenge aufweisen, um den elektrischen Strom zu unterhalten, können einen örtlich begrenzten Rückstrom erfahren, was zu Elektrodenkohlenstoffkorrosion führt. Das Verzögern des Einsetzens der elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion bis zu dem Zeitpunkt, da alle Brennstoffzellen mit Wasserstoff versorgt sind, führt typischerweise zu einer unerwünschten Emission von Wasserstoff durch den Auslasssammler des Brennstoffzellenstapels.
Es wurden verschiedene Techniken eingesetzt, um jeder der Brennstoffzellen bei Einsetzen der elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion in dem Brennstoffzellenstapel gleichzeitig Wasserstoff zu liefern. Eine solche Technik umfasst das Vorsehen eines Einlasssammler-Spülventils, wie es in der U.S. Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2005/0129999 offenbart ist. Das Spülventil ermöglicht unmittelbar vor dem Einleiten der elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion ein Spülen des Einlasssammlers mit Wasserstoff.
Das Spülventil erhöht die Kosten des Brennstoffzellenstapels und bringt zusätzliche bewegliche Teile für das System mit sich.
Eine alternative Technik nutzt mehrere Fluiddurchlässe, um einen externen Sammler zu bilden, der den Wasserstoff an verteilte Stellen in dem Einlasssammler des Brennstoffzellenstapels liefert. U.S. Patent Nr. 6,924,056 und die U.S. Patentanmeldungen Veröffentlichung Nr. 2005/0118487 und 2006/0280995 veranschaulichen eine solche Technik allgemein. Der externe Sammler ist unter Umständen gegenüber dem Brennstoffzellenstapel schwierig abzudichten und erhöht die Kosten und die Gesamtgröße des Brennstoffzellenstapels.
Es wäre wünschenswert, einen kostengünstigen Einlasssammlereinsatz für einen Brennstoffzellenstapel zu erzeugen, der bei Einleiten einer elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr eines Wasserstoffbrennstoffs zu jeder Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel fördert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Einklang mit und abgestimmt auf die vorliegende Erfindung wurde überraschenderweise ein kostengünstiger Einlasssammlereinsatz für einen Brennstoffzellenstapel entdeckt, der bei Einleiten einer elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr eines Wasserstoffbrennstoffs zu jeder Brennstoffzelle in dem Brennstoffzellenstapel fördert.
In einer Ausführungsform ein hohler Einsatz mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der hohle Einsatz in einem Einlasssammler einer Brennstoffzellenbaugruppe aufgenommen ist; ein an dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildeter Einlass, der ausgelegt ist, um ein Fluid darin aufzunehmen; mehrere zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildete Auslässe; und mehrere in dem hohlen Einsatz ausgebildete Strömungskanäle, die zwischen dem Einlass und den Auslässen eine Fluidverbindung vorsehen, um das Fluid zu mehreren Brennstoffzellen der Brennstoffzellenbaugruppe zu liefern, wobei die Strömungskanäle eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr des Fluids zu den Brennstoffzellen vorsehen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fluidverteilungseinsatz für eine Brennstoffzellenbaugruppe einen hohlen Einsatz mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der hohle Einsatz in einem Einlasssammler einer Brennstoffzellenbaugruppe aufgenommen ist; einen an dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildeten Einlass, der ausgelegt ist, um ein Fluid darin aufzunehmen; ein benachbart zu dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildetes erstes Kopplungselement, um das Koppeln des Einlasses des hohlen Einsatzes mit einer Fluidzufuhrleitung zu erleichtern; ein benachbart zu dem zweiten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildetes zweites Kopplungselement, um das Koppeln des hohlen Einsatzes mit der Brennstoffzellenbaugruppe zu erleichtern; mehrere zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildete Auslässe; und mehrere in dem hohlen Einsatz ausgebildete Strömungskanäle, die zwischen dem Einlass und den Auslässen eine Fluidverbindung vorsehen, um das Fluid zu mehreren Brennstoffzellen der Brennstoffzellenbaugruppe zu liefern, wobei die Strömungskanäle eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr des Fluids zu den Brennstoffzellen vorsehen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Brennstoffzellenbaugruppe einen hohlen Einsatz mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der hohle Einsatz in einem Einlasssammler einer Brennstoffzellenbaugruppe aufgenommen ist; einen an dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildeten Einlass, der ausgelegt ist, um ein Fluid darin aufzunehmen; ein benachbart zu dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildetes erstes Kopplungselement, um das Koppeln des Einlasses des hohlen Einsatzes mit einer Fluidzufuhrleitung zu erleichtern; ein benachbart zu dem zweiten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildetes zweites Kopplungselement, um das Koppeln des hohlen Einsatzes mit der Brennstoffzellenbaugruppe zu erleichtern; mehrere zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildete Auslässe; und mehrere in dem hohlen Einsatz ausgebildete Strömungskanäle, die zwischen dem Einlass und den Auslässen eine Fluidverbindung vorsehen, um das Fluid zu mehreren Brennstoffzellen der Brennstoffzellenbaugruppe zu liefern, wobei die Strömungskanäle eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr des Fluids zu den Brennstoffzellen vorsehen.
ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen für den Fachmann ohne Weiteres aus der folgenden eingehenden Beschreibung, insbesondere bei Betrachtung im Hinblick auf die hierin nachstehend beschriebenen Zeichnungen, hervor.
1 ist eine unvollständige Perspektivansicht eines Brennstoffzellenstapels nach einer Ausführungsform der Erfindung, die einen in einem Einlasssammler der Brennstoffzelle angeordneten Verteilungseinsatz zeigt;
2 ist eine Draufsicht auf den in 1 veranschaulichten Brennstoffzellenstapel, wobei eine Endplatte entfernt ist;
3 ist eine vergrößerte perspektivische Vorderansicht des in 1 veranschaulichten Verteilungseinsatzes;
4 ist eine vergrößerte Bodenquerschnittansicht des in 1 veranschaulichten Verteilungseinsatzes entlang der Linie 4-4 von 3;
5 ist eine vergrößerte Querschnittansicht des in 1 veranschaulichten Verteilungseinsatzes entlang der Linie 5-5 von 4, die einen hinteren Teil desselben zeigt;
6 ist eine vergrößerte Querschnittansicht des in 1 veranschaulichten Verteilungseinsatzes entlang der Linie 6-6 von 4, die eine Trennwand desselben zeigt;
7 ist eine vergrößerte Querschnittansicht des in 1 veranschaulichten Verteilungseinsatzes entlang der Linie 7-7 von 4, die einen vorderen Teil desselben zeigt;
8 eine perspektivische Vorderansicht eines Verteilungseinsatzes gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
9 ist eine Vorderansicht eines Innenrohrs des in 8 veranschaulichten Verteilungseinsatzes;
10 ist eine Rückansicht des Innenrohrs des in 8 veranschaulichten Verteilungseinsatzes;
11 ist eine Vorderansicht eines Innenrohrs für den in 8 veranschaulichten Verteilungseinsatz gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und
12 ist eine Rückansicht des in 11 veranschaulichten Innenrohrs.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und in keiner Weise dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es versteht sich auch, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
1–2 zeigen eine Brennstoffzellenbaugruppe 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Brennstoffzellenbaugruppe 10 umfasst mehrere geschichtete Brennstoffzellen 12, die zwischen Endplatten 14, 16 angeordnet sind. Jede der Brennstoffzellen 12 umfasst eine Einlassöffnung 18 und eine Auslassöffnung 20. Die Brennstoffzellen 12 sind mit der Einlassöffnung 18 und der Auslassöffnung 20 jeder Brennstoffzelle 12 im Wesentlichen mit der jeweiligen Einlassöffnung 18 und der Auslassöffnung 20 einer benachbarten Brennstoffzelle 12 ausgerichtet. Kollektiv bilden die Einlassöffnungen 18 jeder der Brennstoffzellen 12 einen Einlasssammler 22 und die Auslassöffnungen 20 jeder der Brennstoffzellen 12 einen Auslasssammler 24. Der Einlasssammler 22 ist dafür ausgelegt, eine Strömung eines Reaktanden wie zum Beispiel Brennstoff (z. B. Wasserstoff) von einer Quelle eines Brennstoffs (nicht gezeigt) oder eines Oxidationsmittels (z. B. Luft oder Sauerstoff) von einer Quelle eines Oxidationsmittels (nicht gezeigt) zu mehreren Einlasskanälen 23 der Brennstoffzellen 12 vorzusehen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Einlasssammler 22 ein Anodeneinlasssammler, der eine Strömung von Brennstoff zu den Brennstoffzellen 12 vorsieht.
Die Endplatte 14 umfasst einen darin in Fluidverbindung mit dem Einlasssammler 22 ausgebildeten Einlass 26 und einen darin in Fluidverbindung mit dem Auslasssammler 24 ausgebildeten Auslass 28. Der Einlass 26 und der Auslass 28 sind im Wesentlichen mit dem jeweiligen Einlasssammler 22 und dem Auslasssammler 24 ausgerichtet. Die Endplatte 16 kann einen Fluiddurchlass umfassen, der durch diese in Fluidverbindung mit dem Einlasssammler 22 ausgebildet ist. Es versteht sich, dass zum Beispiel ein Druckbegrenzungsventil, Spülventil und dergleichen in dem Fluiddurchlass vorgesehen werden kann, um eine Fluidströmung dadurch selektiv zuzulassen.
In dem Einlasssammler 22 ist ein in 3–7 deutlicher gezeigter Fluidverteilungseinsatz 30 gezeigt. Wie gezeigt ist der Verteilungseinsatz 30 ein im Allgemeinen hohler länglicher Einsatz mit einem ersten Ende 32 und einem zweiten Ende 34, wobei das erste Ende 32 benachbart zu dem Einlass 26 der Endplatte 14 angeordnet ist und das zweite Ende 34 benachbart zu der Endplatte 16 angeordnet ist. Eine Versorgungsleitung 36 stellt Fluidverbindung von der Quelle des Brennstoffs zu einem Einlass 38 an dem ersten Ende 32 des Verteilungseinsatzes 30 her. Der Verteilungseinsatz 30 ist dafür ausgelegt, um einen Fluidströmungspfad von der Versorgungsleitung 36 zu dem Einlasssammler 22 herzustellen.
Benachbart zu dem ersten Ende 32 des Verteilungseinsatzes 30 ist ein erstes Kopplungselement 40 ausgebildet, das dafür ausgelegt ist, das Koppeln des Verteilungseinsatzes 30 mit der Versorgungsleitung 36 zu erleichtern. Es kann ein erstes Dichtungselement 42 wie zum Beispiel ein O-Ring vorgesehen werden, um das Bilden einer im Wesentlichen fluiddichten Dichtung zwischen dem ersten Kopplungselement 40 und der Versorgungsleitung 36 zu fördern. Es versteht sich, dass andere erste Kopplungselemente wie zum Beispiel eine Schraubverbindung, eine Rastkopplung, eine Radialgleitdichtung und dergleichen vorgesehen werden können, um das Koppeln des Verteilungseinsatzes 30 mit der Versorgungsleitung 36 zu erleichtern. Benachbart zu dem zweiten Ende 34 des Verteilungseinsatzes 30 ist ein zweites Kopplungselement 44 ausgebildet, das dafür ausgelegt ist, das Koppeln des Verteilungseinsatzes 30 mit der Endplatte 16 zu erleichtern. Es kann ein zweites Dichtungselement 46 wie zum Beispiel ein O-Ring vorgesehen werden, um das Bilden einer im Wesentlichen fluiddichten Dichtung zwischen dem zweiten Kopplungselement 44 und der Endplatte 16 zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere zweite Kopplungselemente wie zum Beispiel eine Schraubverbindung, eine Rastkopplung, eine Radialgleitdichtung und dergleichen vorgesehen werden können, um das Koppeln des Verteilungseinsatzes 30 mit der Endplatte 16 zu erleichtern. Es versteht sich auch, dass der Verteilungseinsatz 30 ohne das zweite Kopplungselement 44 ausgebildet werden kann.
In einem Innenraum des Verteilungseinsatzes 30 ist, benachbart zu dem ersten Ende 32 desselben, eine Einlasskammer 48 ausgebildet. Die Einlasskammer 48 steht mit dem Einlass 38 des Verteilungseinsatzes 30 in Fluidverbindung. In dem Innenraum des Verteilungseinsatzes 30 ist eine Trennwand 50 ausgebildet, die sich in Längsrichtung von der Nachbarschaft zu der Einlasskammer 48 zu dem zweiten Ende 34 des Verteilungseinsatzes 30 erstreckt. Die Trennwand 50 unterteilt den Innenraum des Verteilungseinsatzes 30 im Wesentlichen in einen in 7 gezeigten vorderen Abschnitt 52 und einen in 5 gezeigten hinteren Abschnitt 54. In dem vorderen Abschnitt 52 und dem hinteren Abschnitt 54 sind mehrere Wandelemente 56 ausgebildet. Die Wandelemente 56 wirken zusammen, um in dem Innenraum des Verteilungseinsatzes 30 mehrere Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 auszubilden. Jeder der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 sieht einen Strömungspfad für das Fluid von der Einlasskammer 48, durch den Innenraum der Verteilungskammer 30 zu einer ausgewählten Stelle außen auf dem Verteilungseinsatz 30 vor. In der gezeigten Ausführungsform sind acht Strömungskanäle vorgesehen. Es versteht sich, dass weitere oder weniger Strömungskanäle vorgesehen werden können. In der gezeigten Ausführungsform sind die Wandelemente 56 im Wesentlichen geradlinig und liegen im Wesentlichen rechtwinklig aneinander an. Es versteht sich, dass die Wandelemente 56 krummlinig und eine Kombination von geradlinigen und krummlinigen Abschnitten sein können, um das Vorliegen von rechten Winkeln zwischen anliegenden Wandelementen 56 zu minimieren, um die Strömung des Fluids durch die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 zu fördern.
Die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 umfassen jeweils Strömungskanaleinlässe 58i, 60i, 62i, 64i, 66i, 68i, 70i, 72i an einem Ende davon, die zwischen der Einlasskammer 48 und den jeweiligen Strömungskanälen 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 Fluidverbindung vorsehen können. An eifern gegenüberliegenden Ende der jeweiligen Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 ist ein Strömungskanalauslass 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o in einer Außenfläche des Verteilungseinsatzes 30 ausgebildet. Die Trennwand 50 umfasst darin ausgebildete Durchbrüche 58a, 60a, 62a, 64a, 66a, 68a, 70a, 72a, die durch die Trennwand 50 für die jeweiligen Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 Fluidverbindung vorsehen.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 dafür ausgelegt, um von den Strömungskanaleinlässen 58i, 60i, 62i, 64i, 66i, 68i, 70i, 72i zu den jeweiligen Strömungskanalauslässen 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o Strömungspfade von im Wesentlichen gleichwertiger Länge vorzusehen. Demgemäß sehen die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 mit Auslässen 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o benachbart zu dem zweiten Ende 34 des Verteilungseinsatzes 30 einen direkteren Pfad zu den Auslässen vor als die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 mit Auslässen 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o benachbart zu dem ersten Ende 32 des Verteilungseinsatzes 30. Es versteht sich, dass Strömungskanäle mit anderen Gesamtlängen von den Strömungskanaleinlässen 58i, 60i, 62i, 64i, 66i, 68i, 70i, 72i zu den jeweiligen Strömungskanalauslässen 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o verwendet werden können.
Die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 haben ein im Wesentlichen gleichwertiges Gesamtströmungsvolumen. Eine Querschnittfläche der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 ändert sich entlang ihrer Länge, um ein im Wesentlichen gleichwertiges Gesamtströmungsvolumen vorzusehen. Weiterhin erleichtert die sich ändernde Querschnittfläche der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 die Anordnung der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 in dem Verteilungseinsatz 30. Das im Wesentlichen gleichwertige Gesamtströmungsvolumen der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 sieht einen im Wesentlichen gleichwertigen Fluidströmungswiderstand durch jeden der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 vor. Ferner versteht sich, dass das Gesamtströmungsvolumen der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 durch Maximieren der Verwendung des Innenvolumens des Verteilungseinsatzes 30 maximiert werden kann, was Fluiddruckabfall durch diesen minimiert.
An der Innenfläche des Verteilungseinsatzes 30, der Trennwand 50 und den Wandelementen 56 können an ausgewählten Stellen in den Strömungskanälen 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 Rippen 74 ausgebildet sein. Die Rippen 74 sind typischerweise an Stellen in den Strömungskanälen 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 ausgebildet, an denen die Querschnittfläche größer als die Querschnittfläche an anderen Stellen ist. Die Rippen 74 sehen einen erwünschten Fluiddruckabfall vor, wenn das Fluid durch die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 strömt.
Der Verteilungseinsatz 30 kann zum Beispiel durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials einstückig gebildet werden. Es versteht sich, dass der Verteilungseinsatz 30 in separaten Stücken gebildet werden kann, die unter Nutzen zum Beispiel eines Klebers, einer Schweißung und einer Schnappverbindung mit einander verbunden werden. Ferner kann der Verteilungseinsatz 30 aus einem Kapillarwirkungsmaterial gebildet sein, das ausgelegt ist, um in dem dadurch strömenden Fluid mitgeführtes Wasser zu sammeln. Es versteht sich, dass das Kapillarwirkungsmaterial ein hydrophiles Material, ein hydrophobes Material und ein beliebiges anderes geeignetes Material sein kann, das ausgelegt ist, um in dem Fluid mitgeführtes Wasser zu sammeln.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Querschnittform des Verteilungseinsatzes 30 im Wesentlichen D-förmig. Es versteht sich, dass die Querschnittform des Verteilungseinsatzes 30 zum Beispiel im Wesentlichen kreisförmig, oval, dreieckig, quadratisch, rechteckig oder eine Kombination von gebogenen und im Wesentlichen ebenen Flächen sein kann, wobei die Querschnittform des Verteilungseinsatzes 30 ausgelegt ist, um in dem Einlasssammler 22 der Brennstoffzellenbaugruppe 10 aufgenommen zu werden.
Bei Verwendung wird der Verteilungseinsatz 30 in den Einlasssammler 22 eingesetzt, um ein Greifen des zweiten Kopplungselements 46 mit der Endplatte 16 zu bewirken. Das erste Kopplungselement 40 wird veranlasst, mit der Versorgungsleitung 36 dichtend zu greifen, um eine Strömung von Brennstoff von der Quelle des Brennstoffs durch die Versorgungsleitung 36 und in den Einlass 38 des Verteilungseinsatzes 30 vorzusehen. Das erste Kopplungselement 40 und das zweite Kopplungselement 44 erleichtern das Befestigen des Verteilungseinsatzes 30 in dem Einlasssammler 22. Der Verteilungseinsatz 30 ist bezüglich des Einlasssammlers 22 so ausgerichtet, dass die Strömungskanalauslässe 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o benachbart zu den Einlasskanälen 23 der Brennstoffzellen 12 positioniert werden. An einer Außenfläche des Verteilungseinsatzes 30 können ein oder mehrere (nicht gezeigte) Abstandshalter ausgebildet sein, um zwischen dem Verteilungseinsatz 30 und dem Eingang zu den Einlasskanälen 23 einen Freiraum beizubehalten, um Fluidströmung von den Auslässen 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o zu den dazu benachbarten Einlasskanälen 23 zu fördern.
Bei Einsetzen einer elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion in der Brennstoffzellenbaugruppe 10 beginnt Brennstoff von der Quelle des Brennstoffs durch die Versorgungsleitung 36 in den Einlass 38 des Verteilungseinsatzes 30 zu strömen und wird in der Einlasskammer 48 aufgenommen. Der Brennstoff strömt von der Einlasskammer 48 durch die Strömungskanaleinlässe 58i, 60i, 62i, 64i, 66i, 68i, 70i, 72i in die jeweiligen Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 und strömt hin zu den jeweiligen Strömungskanalauslässen 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o. Der Brennstoff strömt durch die Strömungskanalauslässe 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o in den Einlasssammler 22 benachbart zu den Einlasskanälen 23 der Brennstoffzellen 12.
Das im Wesentlichen gleichwertige Strömungsvolumen der Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 und der im Wesentlichen gleichwertige Fluiddruckabfall des dadurch strömenden Brennstoffs bewirkt einen im Wesentlichen gleichzeitigen Anfangsaustrag des Brennstoffs aus den Strömungskanalauslässen 58o, 60o, 62o, 64o, 66o, 68o, 70o, 72o entlang der Länge des Einlasssammlers 22. Der im Wesentlichen gleichzeitige Anfangsaustrag des Brennstoffs entlang der Länge des Einlasssammlers 22 minimiert einen Zeitunterschied zwischen dem Einleiten des Brennstoffs zu den Brennstoffzeller 12. Durch Mininieren eines Zeitunterschieds zwischen dem Einleiten des Brennstoffs zu den Brennstoffzellen 12 wird ein örtlich begrenzter Rückstrom in den Brennstoffzellen 12 und eine damit verbundene Elektrodenkohlenstoffkorrosion minimiert und eine unerwünschte Emission von Wasserstoff durch den Auslasssammler minimiert. Ferner fördert während einer laufenden elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion der minimierte und ausgewogene Druckabfall der Brennstoffströmung durch die Strömungskanäle 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 eine ausgewogene Brennstoffströmung zu den Brennstoffzellen 12.
8–10 veranschaulichen eine andere Ausführungsform eines Verteilungseinsatzes 100 für die Brennstoffzellenbaugruppe 10. In der gezeigten Ausführungsform ist der Verteilungseinsatz 100 ein im Allgemeinen hohler länglicher Einsatz mit einem Innenrohr 102, das in einer Hülse 136 angeordnet ist. Das Innenrohr 102 umfasst ein erstes Ende 104 und ein zweites Ende 106, wobei das erste Ende 104 benachbart zu dem Einlass 26 der Endplatte 14 angeordnet ist und das zweite Ende 106 benachbart zu der Endplatte 16 angeordnet ist. Die Versorgungsleitung 36 stellt Fluidverbindung von der Quelle des Fluids zu einem Einlass 108 an dem ersten Ende 104 des Verteilungseinsatzes 102 her. Das Innenrohr 102 ist dafür ausgelegt, um einen Fluidströmungspfad von der Versorgungsleitung 36 durch einen Innenraum des Verteilungseinsatzes 100 herzustellen.
Benachbart zu dem ersten Ende 104 des Innenrohrs 102 ist ein erstes Kopplungselement 110 ausgebildet, das dafür ausgelegt ist, das Koppeln des Verteilungseinsatzes 100 mit der Versorgungsleitung 36 zu erleichtern. Es kann ein erstes Dichtungselement 112 wie zum Beispiel ein O-Ring vorgesehen werden, um das Bilden einer im Wesentlichen fluiddichten Dichtung zwischen dem ersten Kopplungselement 110 und der Versorgungsleitung 36 zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere erste Kopplungselemente wie zum Beispiel eine Schraubverbindung, eine Rastkopplung, eine Radialgleitdichtung und dergleichen vorgesehen werden können, um das Koppeln des Verteilungseinsatzes 100 mit der Versorgungsleitung 36 zu erleichtern. Benachbart zu einem geschlossenen Ende 140 der Hülse 136 ist ein zweites Kopplungselement 114 ausgebildet, das dafür ausgelegt ist, das Koppeln des Verteilungseinsatzes 100 mit der Endplatte 16 zu erleichtern. Es kann ein zweites Dichtungselement 116 wie zum Beispiel ein O-Ring vorgesehen werden, um das Bilden einer im Wesentlichen fluiddichten Dichtung zwischen dem zweiten Kopplungselement 116 und der Endplatte 16 zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere zweite Kopplungselemente wie zum Beispiel eine Schraubverbindung, eine Rastkopplung, eine Radialgleitdichtung und dergleichen vorgesehen werden können, um das Koppeln des Verteilungseinsatzes 100 mit der Endplatte 16 zu erleichtern. Es versteht sich auch, dass der Verteilungseinsatz 100 ohne das zweite Kopplungselement 114 ausgebildet werden kann.
Wie in 10 gezeigt ist in einer hinteren Seite des Innenrohrs 102 eine Öffnung 118 ausgebildet. Die Öffnung 118 befindet sich in dem Innenrohr 102, um die Öffnung 118 an einem im Wesentlichen mittleren Punkt der Länge des Einlasssammlers 22 zu positionieren. Die Öffnung 118 sieht einen Fluidströmungspfad von dem hohlen Innenraum des Innenrohrs 102 durch eine das Innenrohr 102 bildende Wand vor. Ein erster Abschnitt 120 des Innenrohrs 102 ist zwischen dem Anfang des Einlasssammlers 22 benachbart zu der Endplatte 14 und der Öffnung 118 definiert. Ein zweiter Abschnitt 122 des Innenrohrs 102 ist zwischen der Öffnung 118 und dem zweiten Ende 106 des Innenrohrs 102 definiert. In einer Außenfläche des ersten Abschnitts 120 des Innenrohrs 102 ist ein erster Strömungskanal 124 ausgebildet. Der erste Strömungskanal 124 steht mit der Öffnung 118 in Fluidverbindung. Der erste Strömungskanal 124 erstreckt sich von der Öffnung 118 im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Innenrohrs 102 hin zu dem ersten Ende 104 desselben und endet an einem distalen Ende 126. In der Außenfläche des zweiten Abschnitts 122 des Innenrohrs 102 ist ein zweiter Strömungskanal 128 ausgebildet. Der zweite Strömungskanal 128 steht mit der Öffnung 118 in Fluidverbindung. Der zweite Strömungskanal 128 erstreckt sich von der Öffnung 118 im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Innenrohrs 102 hin zu dem zweiten Ende 106 desselben und endet an einem distalen Ende 130.
In der Außenfläche des ersten Abschnitts 120 des Innenrohrs 102 sind mehrere erste Verteilungsströmungskanäle 132 ausgebildet. Der ersten Verteilungsströmungskanäle 132 stehen mit dem ersten Strömungskanal 124 in Fluidverbindung. Die ersten Verteilungsströmungskanäle 132 verlaufen in einem im Allgemeinen fächerartigen Muster von dem ersten Strömungskanal 124 um den Umfang des Innenrohrs 102 und enden an einer Vorderseite des Innenrohrs 102, wie in 9 gezeigt ist. In der Außenfläche des zweiten Abschnitts 122 des Innenrohrs 102 sind mehrere zweite Verteilungsströmungskanäle 134 ausgebildet. Die zweiten Verteilungsströmungskanäle 134 stehen mit dem zweiten Strömungskanal 128 in Fluidverbindung. Die zweiten Verteilungsströmungskanäle 134 verlaufen in einem im Allgemeinen fächerartigen Muster von dem zweiten Strömungskanal 128 um den Umfang des Innenrohrs 102 und enden an der Vorderseite des Innenrohrs 102. Es versteht sich, dass die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 so ausgebildet sein können, dass sie sich in anderen Mustern von den Strömungskanälen 124, 128 erstrecken. Die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 sehen einen Fluidströmungspfad von dem ersten Strömungskanal 124 bzw. dem zweiten Strömungskanal 128 um mindestens einen Abschnitt des Umfangs des Innenrohrs 102 vor, wobei die Abschlussendabschnitte der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse des Innenrohrs 102 und entlang der Länge desselben gleichmäßig beabstandet sind. Die Strömungskanäle 124, 128 und die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 sind dafür ausgelegt, Strömungspfade von der Öffnung 118 zu den Abschlussendabschnitten der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 von im Wesentlichen gleichwertigem Gesamtströmungsvolumen vorzusehen. Eine Querschnittfläche der Strömungskanäle 124, 128 und der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 kann sich entlang ihrer Länge andern, um ein im Wesentlichen gleichwertiges Gesamtströmungsvolumen vorzusehen. Das im Wesentlichen gleichwertige Gesamtströmungsvolumen der Strömungskanäle 124, 128 und der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 sieht einen im Wesentlichen gleichwertigen Fluidströmungswiderstand durch jeden der Strömungskanäle 124, 128 und der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 vor.
In der gezeigten Ausführungsform verlaufen die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 von einer Seite der jeweiligen Strömungskanäle 124, 128. Es versteht sich, dass die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 so ausgebildet sein können, dass sie von beiden Seiten der Strömungskanäle 124, 128 verlaufen und davon in entgegengesetzten Richtungen um den Umfang des Innenrohrs 102 verlaufen, wobei alle Verteilungskanäle an der Vorderseite des Innenrohrs 102 enden. Es versteht sich auch, dass die jeweiligen Querschnittflächen der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 verändert werden können, um ein im Wesentlichen gleichwertiges Gesamtströmungsvolumen und einen im Wesentlichen gleichwertigen Fluidstromwiderstand dadurch vorzusehen.
Das Innenrohr 102 des Verteilungseinsatzes 100 kann zum Beispiel durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials einstückig gebildet werden. Es versteht sich, dass das Innenrohr 102 unter Verwenden anderer Prozesse und Materialien gebildet werden kann. Es versteht sich auch, dass das Innenrohr, 102 in separaten Stücken gebildet sein kann, die miteinander gekoppelt sind, um das Innenrohr 102 zu bilden. Ferner kann das Innenrohr 102 aus einem Kapillarwirkungsmaterial gebildet sein, das ausgelegt ist, um in dem Fluid mitgeführtes Wasser zu sammeln. Es versteht sich, dass das Kapillarwirkungsmaterial ein hydrophiles Material, ein hydrophobes Material und ein beliebiges anderes geeignetes Material sein kann, das ausgelegt ist, um in dem Fluid mitgeführtes Wasser zu sammeln.
Die Hülse 136 ist über dem Innenrohr 102 aufgenommen und umgibt zumindest einen Abschnitt des Innenrohrs 102. Eine Innenfläche der äußeren Hüllse 136 liegt an der Außenfläche des Innenrohrs 102 an und bildet dazwischen eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung, um eine Strömung des Fluids zwischen der Innenfläche der äußeren Hülse 136 und der Außenfläche des Innenrohrs 102 zu minimieren. Es versteht sich, dass ein Dichtelement (nicht gezeigt) wie zum Beispiel ein O-Ring, ein Dichtungsmaterial und ein Klebstoff zwischen der Innenfläche der Hülse 136 und der Außenfläche des Innenrohrs 102 angeordnet sein kann, um das Bilden der im Wesentlichen fluiddichten Dichtung zu fördern. Die Hülse 136 bedeckt die Öffnung 118, die Strömungskanäle 124, 128 und die Verteilungsströmungskanäle 132, 134, die in dem Innenrohr 102 ausgebildet sind, und lässt das Fluid entlang der Länge der Strömungskanäle 124, 128 und der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 strömen.
Eine Vorderseite der Hülse 136 umfasst mehrere Auslässe 138, die in einer die Hülse 136 bildenden Wand ausgebildet sind. Die Hülse 136 ist bezüglich des Innenrohrs 102 so ausgerichtet, dass die Auslässe 138 im Wesentlich oben auf den Abschlussendabschnitten der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 positioniert sind. Die Auslässe 138 sind ausgelegt, um von den Abschlussendabschnitten der Verteilungsströmungskanäle 132, 134 durch die Hülse 136 in den Einlasssammler 22 Fluidverbindung vorzusehen. Ferner ist der Verteilungseinsatz 100 bezüglich des Einlasssammlers 22 so ausgerichtet, dass die Auslässe 138 der Hülse 136 benachbart zu den Einlasskanälen 23 der Brennstoffzellen 12 positioniert sind. Es versteht sich, dass die Hülse 136 aus dem Verteilungseinsatz 100 eliminiert werden kann, wobei eine Innenfläche des Einlasssammlers 22 an der Außenfläche des Innenrohrs 102 anliegt, um das Leiten der Strömung des Fluids durch die Strömungskanäle 124, 128 und die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 des Innenrohrs 102 zu fördern. An einer Außenfläche der Hülse 136 oder des Innenrohrs 102 können ein oder mehrere (nicht gezeigte) Abstandshalter ausgebildet sein, um zwischen dem Verteilungseinsatz 100 und dem Eingang zu den Einlasskanälen 23 einen Freiraum beizubehalten, um Fluidströmung von den Verteilungsströmungskanälen 132, 134 und den Auslässen 138 zu den dazu benachbarten Einlasskanälen 23 zu fördern.
Die Hülse 136 des Verteilungseinsatzes 100 kann zum Beispiel durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials zu einem Stück oder zwei oder mehr Stücken gebildet werden, wobei die Stücke unter Verwenden zum Beispiel eines Klebers, einer Schweißung und einer Rastkopplung miteinander verbunden werden. Es versteht sich, dass die Hülse 136 unter Verwenden anderer Prozesse und Materialien gebildet werden kann. Ferner kann die Hülse 136 aus einem Kapillarwirkungsmaterial gebildet sein, das ausgelegt ist, um in dem Fluid mitgeführtes Wasser zu sammeln. Es versteht sich, dass das Kapillarwirkungsmaterial ein hydrophiles Material, ein hydrophobes Material und ein beliebiges anderes geeignetes Material sein kann, das ausgelegt ist, um in dem Fluid mitgeführtes Wasser zu sammeln.
Es versteht sich, dass die Querschnittform des Verteilungseinsatzes 100 zum Beispiel im Wesentlichen kreisförmig, oval, dreieckig, quadratisch, rechteckig oder eine Kombination von gebogenen und im Wesentlichen ebenen Flächen sein kann, wobei die Querschnittform des Verteilungseinsatzes 100 ausgelegt ist, um in dem Einlasssammler 22 der Brennstoffzellenbaugruppe 10 aufgenommen zu werden.
Bei Verwendung wird der Verteilungseinsatz 100 in den Einlasssammler 22 eingesetzt, um ein Greifen des zweiten Kopplungselements 114 mit der Endplatte 16 zu bewirken. Das erste Kopplungselement 110 wird veranlasst, mit der Versorgungsleitung 36 dichtend zu greifen, um eine Strömung von Brennstoff von der Quelle des Brennstoffs durch die Versorgungsleitung 36 und in den Einlass 108 des Verteilungseinsatzes 100 vorzusehen. Das erste Kopplungselement 110 und das zweite Kopplungselement 114 erleichtern das Befestigen des Verteilungseinsatzes 100 in dem Einlasssammler 22. Der Verteilungseinsatz 100 ist bezüglich des Einlasssammlers 22 so ausgerichtet, dass die Auslässe 138 der Hülse 136 benachbart zu den Einlasskanälen 23 der Brennstoffzellen 12 positioniert sind.
Bei Einsetzen einer elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion in der Brennstoffzellenbaugruppe 10 beginnt Brennstoff von der Quelle des Brennstoffs durch die Versorgungsleitung 36 in den Einlass 108 des Verteilungseinsatzes 100 zu strömen. Der Brennstoff strömt von dem Einlass 108 durch den Innenraum des Innenrohrs 102 zu der darin ausgebildeten Öffnung 118 und wird von den Strömungskanälen 124, 128 aufgenommen. Der Brennstoff strömt durch die Strömungskanäle 124, 128 hin zu den distalen Enden 126, 130 derselben und wird jeweils von den Verteilungsströmungskanälen 132, 134 aufgenommen. Der Brennstoff strömt durch die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 um den Umfang des Innenrohrs 102 hin zu der Vorderseite des Verteilungseinsatzes 100 durch die Auslässe 138 der Hülse 136 und in den Einlasssammler 22 benachbart zu den Einlasskanälen 23 der Brennstoffzellen 12.
Das im Wesentlichen gleichwertige Gesamtströmungsvolumen der Strömungspfade von dem Auslass 118 durch die Strömungskanäle 124, 128 und die Verteilungsströmungskanäle 132, 134 des Innenrohrs 102 zu den Auslässen 138 der Hülse 136 sieht einen im Wesentlichen gleichzeitigen Anfangsaustrag des Brennstoffs hinein zu dem Einlasssammler 22 entlang der Länge desselben vor. Der im Wesentlichen gleichzeitige Anfangsaustrag des Brennstoffs entlang der Länge des Einlasssammlers 22 minimiert einen Zeitunterschied zwischen dem Einleiten des Brennstoffs zu den Brennstoffzellen 12. Durch Minimieren eines Zeitunterschieds zwischen dem Einleiten des Brennstoffs zu den Brennstoffzellen 12 wird ein örtlich begrenzter Rückstrom in den Brennstoffzellen 12 und eine damit verbundene Elektrodenkohlenstoffkorrosion minimiert und eine unerwünschte Emission von Wasserstoff durch den Auslasssammler minimiert.
11–12 zeigen ein Innenrohr 200 für den Verteilungseinsatz 100 von 8 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das mit Ausnahme der nachstehenden Beschreibung dem Innenrohr 102 von 9–10 ähnelt. Eine aus der Beschreibung von 8–10 wiederholte ähnliche Struktur umfasst das gleiche Bezugszeichen mit einem Einstreichungssymbol ('). Wie gezeigt ist ein Paar von Verteilungsströmungskanälen 202, 204 in einer Außenfläche des Innenrohrs 200 ausgebildet, wobei die Verteilungsströmungskanäle 202, 204 mit den Strömungskanälen 124' bzw. 128' in Fluidverbindung stehen. Die Verteilungsströmungskanäle 202, 204 erstrecken sich um den Umfang des Innenrohrs 200 und enden an einer Vorderseite des Innenrohrs 200 benachbart zu den Auslässen 138 der Hülse 136. Die Verteilungsströmungskanäle 202, 204 sind verzweigte Strömungskanäle, wobei die Verteilungsströmungskanäle 202, 204 an vier Punkten entlang ihrer Länge gegabelt sind, um insgesamt zweiunddreißig (32) einzelne Kanäle an der Vorderseite des Innenrohrs 200 vorzusehen, wie in 11 gezeigt ist. Es versteht sich, dass die Verteilungsströmungskanäle 202, 204 so gegabelt sein können, dass sie weniger oder zusätzliche einzelne Kanäle an der Vorderseite des Innenrohrs 200 vorsehen. Die Verteilungsströmungskanäle 202, 204 sind dafür ausgelegt, Strömungspfade von der Öffnung 118' zu den Abschlussendabschnitten der Verteilungsströmungskanäle 202, 204 von im Wesentlichen gleichwertigem Gesamtströmungsvolumen vorzusehen. Es versteht sich auch, dass die jeweiligen Querschnittflächen der Verteilungsströmungskanäle 202, 204 verändert werden können, um ein im Wesentlichen gleichwertiges Gesamtströmungsvolumen und einen im Wesentlichen gleichwertigen Fluidstromwiderstand dadurch vorzusehen.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Verteilungsströmungskanäle 202, 204 dafür ausgelegt, Strömungspfade von dem Auslass 118' zu den Abschlussendabschnitten der Verteilungsströmungskanäle 202, 204 von im Wesentlichen gleichwertiger Länge vorzusehen. Es versteht sich, dass Verteilungsströmungskanäle, die unterschiedliche Gesamtlängen von dem Auslass 118' zu den Abschlussenden der Verteilungsströmungskanäle 202, 204 aufweisen, verwendet werden können. Die verbleibende Struktur und die Verwendung des Innenrohrs 200 ist im Wesentlichen gleich der Struktur und Verwendung des hierin vorstehend beschriebenen Innenrohrs 102.
Aus der vorstehenden Beschreibung kann ein Durchschnittsfachmann mühelos die wesentlichen Eigenschaften dieser Erfindung feststellen und kann ohne Abweichen vom Wesen und Schutzumfang derselben verschiedene Anderungen und Abwandlungen an der Erfindung vornehmen, um diese an verschiedene Einsatzmöglichkeiten und Bedingungen anzupassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6924056 [0009]

Claims

Fluidverteilungseinsatz für eine Brennstoffzellenbaugruppe, umfassend: einen hohlen Einsatz mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der hohle Einsatz in einem Einlasssammler einer Brennstoffzellenbaugruppe aufgenommen ist; einen an dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildeten Einlass, der ausgelegt ist, um ein Fluid darin aufzunehmen; mehrere zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildete Auslässe; und mehrere in dem hohlen Einsatz ausgebildete Strömungskanäle, die zwischen dem Einlass und den Auslässen eine Fluidverbindung vorsehen, um das Fluid zu mehreren Brennstoffzellen der Brennstoffzellenbaugruppe zu liefern, wobei die Strömungskanäle eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr des Fluids zu den Brennstoffzellen vorsehen.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 1, wobei sich mindestens ein Wandteilstück von einer Innenfläche des hohlen Einsatzes nach außen erstreckt, um die Strömungskanäle in dem hohlen Einsatz zu bilden.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 2, wobei ein Gesamtströmungsvolumen jedes der Strömungskanäle im Wesentlichen gleichwertig ist.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 3, wobei an mindestens einem der Wandteilstücke eine Rippe ausgebildet ist, um die Querschnittfläche der Strömungskanäle entlang der Länge derselben zu verändern.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 1, wobei die Strömungskanäle in einer Außenfläche des hohlen Einsatzes ausgebildet sind und eine Öffnung in dem hohlen Einsatz ausgebildet ist, die zwischen dem Einlass und den Strömungskanälen eine Fluidverbindung vorsieht, wobei ein Abschlussendabschnitt der Strömungskanäle die Auslässe des hohlen Einsatzes bildet.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 5, wobei die Außenfläche des hohlen Einsatzes an einer den Einlasssammler bildenden Innenfläche anliegt, wobei die Strömungskanäle und die Innenfläche des Einlasssammlers zusammenwirken, um das Fluid zu den Abschlussendabschnitten der Strömungskanäle benachbart zu den Brennstoffzellen der Brennstoffzellenbaugruppe zu leiten.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 1, wobei der hohle Einsatz weiterhin umfasst: eine Hülse, die die Auslässe in einer die Hülse bildenden Wand aufweist; und ein Innenrohr, das in der Hülse angeordnet ist, wobei das Innenrohr den Einlass und die Strömungskanäle, die in einer Außenfläche derselben ausgebildet sind, eine in dem Innenrohr ausgebildete Öffnung, die zwischen dem Einlass und den Strömungskanälen eine Fluidverbindung vorsieht, umfasst, wobei eine Innenfläche der Hülse und die Strömungskanäle zusammenwirken, um das Fluid durch die Strömungskanäle zu den in der Hülse gebildeten Auslässen zu leiten.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 1, welcher umfasst: ein erstes Kopplungselement, das benachbart zu dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildet ist, um den Einlass des hohlen Einsatzes mit einer Fluidversorgungsleitung zu koppeln, und ein zweites Kopplungselement, das benachbart zu dem zweiten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildet ist, um ein Koppeln des hohlen Einsatzes mit der Brennstoffzellenbaugruppe zu erleichtern.
Fluidverteilungseinsatz nach Anspruch 1, wobei der hohle Einsatz aus einer Kapillarwirkungsmaterial gebildet ist.
Fluidverteilungseinsatz für eine Brennstoffzellenbaugruppe, umfassend: einen hohlen Einsatz mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der hohle Einsatz in einem Einlasssammler einer Brennstoffzellenbaugruppe aufgenommen ist; einen an dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildeten Einlass, der ausgelegt ist, um ein Fluid darin aufzunehmen; ein benachbart zu dem ersten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildetes erstes Kopplungselement, um den Einlass des hohlen Einsatzes mit einer Fluidversorgungsleitung zu koppeln; ein benachbart zu dem zweiten Ende des hohlen Einsatzes ausgebildetes zweites Kopplungselement, um das Koppeln des hohlen Einsatzes mit der Brennstoffzellenbaugruppe zu erleichtern; mehrere zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende ausgebildete Auslässe; und mehrere in dem hohlen Einsatz ausgebildete Strömungskanäle, die zwischen dem Einlass und den Auslässen eine Fluidverbindung vorsehen, um das Fluid zu mehreren Brennstoffzellen der Brennstoffzellenbaugruppe zu liefern, wobei die Strömungskanäle eine im Wesentlichen gleichzeitige Zufuhr des Fluids zu den Brennstoffzellen vorsehen.