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Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel aus einzelnen Brennstoffzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen Brennstoffzellenstapels.
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Ein Brennstoffzellenstapel aus einzelnen Brennstoffzellen ist grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt. Typischerweise hat jede der Einzelzellen dabei eine sogenannte Membranelektrodenanordnung mit den entsprechenden Gasdiffusionslagen, Elektroden und einer PE-Membran. Außerdem weist jede der Einzelzellen zwei auf den beiden Seiten der Membranelektrodenanordnung angeordnete Platten auf, welche typischerweise mit Gasverteilungskanälen zur Zufuhr des Brennstoffs auf der einen Seite der Membran und des Oxidationsmittels auf der anderen Seite der Membran ausgestattet sind. Die Anordnung der Gasführungskanäle wird dabei auch als Flowfield bezeichnet.
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Einen gattungsgemäßen Brennstoffzellenstapel mit einer Stapelrichtung, welche im bestimmungsgemäßen Einsatz parallel zur Schwerkraft verläuft, zeigt die
DE 103 04 657 A1 . In dieser Schrift ist unter anderem ein Aufbau beschrieben, bei welchem unterhalb des Stapels der Brennstoffzellen ein Rezirkulationsmodul für Anodenabgas mit angeordnet ist. Ein typischer Nachteil bei diesem in der gattungsgemäßen Schrift gezeigten Aufbau besteht in der Praxis nun darin, dass die Platten der einzelnen Brennstoffzellen die Durchlässe für den Brennstoff und das Oxidationsmittel typischerweise so aufweisen, dass die Einzelzellen hinsichtlich der Anströmung optimiert sind. Dies führt in der Praxis dazu, dass an dem im bestimmungsgemäßen Einsatz oberen Ende des Brennstoffzellenstapels eine Umleitung dieser Gase erfolgen muss, wobei die Strömungswege der Gase sich kreuzen, was einen nicht unerheblichen Aufwand hinsichtlich des Bauraums verursacht.
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Zum weiteren Stand der Technik soll außerdem auf die
EP 1 848 053 B1 verwiesen werden, welche einen Brennstoffzellenstapel zeigt, bei dem ein Wasserstoffmodul auf einer Seite des Stapels angeordnet ist, sodass sämtliche Zu- und Ableitungen für den Wasserstoff an dieser einen Seite des Stapels angeordnet sind.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Brennstoffzellenstapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, bei welchem die genannten Nachteile vermieden werden, und welcher außerordentlich kompakt aufgebaut werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Brennstoffzellenstapels ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 10 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung des Brennstoffzellenstapels angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel ist es so, dass dieser eine Stapelrichtung in Richtung der Schwerkraft oder in einem geringen Winkel von weniger als 20° zur Richtung der Schwerkraft aufweist. Dabei ist unterhalb des Brennstoffzellenstapels ein Rezirkulationsmodul für Anodenabgas angeordnet, und die Versorgungs- und Abfuhranschlüsse der Brennstoff- und Oxidationsmittel sind auf der im bestimmungsgemäßen Einsatz unteren Seite angeordnet. Erfindungsgemäß ist es nun so, dass die Brennstoffdurchlässe jeder der Brennstoffzellen an ihrer einen Längsseite und die Oxidationsmitteldurchlässe jeder der Brennstoffzellen an ihrer anderen Seite angeordnet sind. Hierdurch wird es möglich, am im bestimmungsgemäßen Einsatz oberen Ende des Brennstoffzellenstapels, ohne eine Überkreuzung des Oxidationsmittelstroms und des Brennstoffstroms realisieren zu müssen, die Gasströme umzulenken. Hierdurch wird ein sehr einfacher und damit kostengünstiger Aufbau erzielt, welcher sich darüber hinaus sehr kompakt realisieren lässt. Dadurch, dass die Fläche der einzelnen Brennstoffzellen quer zur Schwerkraft ausgerichtet ist, laufen automatisch die durch die Durchlässe in den einzelnen Platten der Brennstoffzelle gebildeten Leitungen für den Brennstoff und das Oxidationsmittel senkrecht von oben nach unten oder in einem entsprechend geringen Winkel zur Senkrechten durch den Brennstoffzellenstapel. Hierdurch wird das Wassermanagement verbessert, da aus den Gasverteilungskanälen der einzelnen Brennstoffzellen austretendes Produktwasser durch die Hilfe der Schwerkraft automatisch nach unten in den Bereich des dort angeordneten Rezirkulationsmoduls gelangt.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Idee kann es ferner vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel ferner mit Kühlmitteldurchlässen für die Zu- und Abfuhr von Kühlmittel ausgestattet ist. Erfindungsgemäß ist es bei dieser Weiterbildung dann so, dass die Kühlmitteldurchlässe zwischen den Brennstoffdurchlässen und den Oxidationsmitteldurchlässen angeordnet sind. Hierdurch wird eine Überkreuzung der Kühlmittelrückführung am oberen Ende des Brennstoffzellenstapels mit einer der gasführenden Leitungen ebenfalls vermieden. Die Leitungen können vielmehr einfach und effizient parallel zueinander auf der Oberseite des Brennstoffzellenstapels in eine entsprechende Abschlussplatte bzw. Endplatte des Brennstoffzellenstapels eingearbeitet sein, insbesondere durch eingebrachte Kanäle und/oder aufgesetzte Rohrleitungen.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels sieht es nun ferner vor, dass ein Befeuchter im bestimmungsgemäßen Einsatz unterhalb der Brennstoffzelle angeordnet ist. Ein solcher Befeuchter, welcher beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Brennstoffzelle unterhalb derselben platziert ist, kann in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung zusammen mit dem Rezirkulationsmodul ausgebildet und unterhalb des Brennstoffzellenstapels angeordnet werden. Das sich in der Brennstoffzelle sammelnde flüssige Wasser gelangt dann mit den Abgasen nach unten in den Befeuchter, insbesondere mit dem Abgas des Oxidationsmittels, beim Einsatz von Luft also mit der an Sauerstoff abgereicherten Abluft. Hierdurch wird die Funktionalität des Befeuchters und eines optionalen Wasserabscheiders in diesem Bereich entsprechend verbessert.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung dieser Idee sieht es nun ferner vor, dass der Befeuchter als Gas/Gas-Befeuchter mit für Wasserdampf durchlässigen flachen Membranen ausgebildet ist. Ein solcher Aufbau eines Gas/Gas-Befeuchters mit für Wasserdampf durchlässigen flachen Membranen, welche zusammen mit entsprechenden Platten, ähnlich dem Aufbau des Brennstoffzellenstapels, aufgestapelt werden, ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere am unteren Ende des sowieso aufgestapelten Brennstoffzellenstapels eignet sich ein so aufgebauter Befeuchter besonders gut, um den Brennstoffzellenstapel nach unten hin zu ergänzen, wobei der Befeuchter gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee nicht die gesamte Grundfläche des Brennstoffzellenstapels einnehmen muss, sondern diese nur teilweise überdeckt, während der andere Bereich der Grundfläche für das Wasserstoffrezirkulationsmodul vorgesehen ist.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels kann es weiterhin vorsehen, dass das Rezirkulationsmodul eine Rezirkulationsleitung und eine Rezirkulationsfördereinrichtung aufweist. Insbesondere eine solche Rezirkulationsfördereinrichtung, bevorzugt eine passiv durch den zudosierten Brennstoff angetriebene Gasstrahlpumpe, kann zusammen mit der Rezirkulationsleitung einfach und effizient als Rezirkulationsmodul am unteren Ende des Brennstoffzellenstapels angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es nun ferner vorgesehen, dass das Rezirkulationsmodul einen Wasserabscheider aufweist. Insbesondere bei der Rezirkulation von Anodenabgas besteht immer die Gefahr, dass Wasser in den Anodenraum der Brennstoffzelle zurücktransportiert wird. Dieses kann dort die Gasführungskanäle verstopfen, was höchst unerwünscht ist und die Performance der Brennstoffzelle verschlechtert. Um dieser Problematik entgegenzutreten ist deshalb im Bereich einer Anodenrezirkulation typischerweise ein Wasserabscheider vorgesehen, welcher bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels in das Rezirkulationsmodul mit integriert werden kann.
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Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung hiervon kann der Wasserabscheider über ein Ablassventil mit der Umgebung und/oder einer Oxidationsmittelzu- oder -ableitung der Brennstoffzelle verbunden sein. Über ein solches Ablassventil kann zumindest das Wasser, insbesondere auch sich in an sich bekannter Art und Weise ansammelndes Inertgas, aus dem Rezirkulationskreislauf, beispielsweise in Abhängigkeit des Wasserstandes und/oder von Zeit zu Zeit, abgelassen werden. Das Wasser und das Inertgas sowie immer auch eine gewisse Menge an Restwasserstoff kann dann in die Umgebung oder vorzugsweise in die Ableitung des Oxidationsmittels gelangen. Dort wird der Restwasserstoff so weit verdünnt, dass von diesem kein Sicherheitsrisiko ausgeht, sodass hierdurch ein sehr einfacher und effizienter Aufbau geschaffen werden kann.
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Wie bereits erwähnt, können die Versorgungs- und Abführanschlüsse des Brennstoffzellenstapels dabei Anschlüsse für den Brennstoff und dessen Abgas, insbesondere das über den Wasserabscheider von Zeit zu Zeit abgelassene Abgas der Anodenseite, sowie für das Oxidationsmittel und dessen Abgas, also typischerweise Luft und an Sauerstoff abgereicherte Luft, sowie das Kühlmittel umfassen. Dieser Aufbau, bei dem dann alle Versorgungs- und Abfuhranschlüsse, also sowohl für die Edukte, die Produkte als auch das Kühlmittel auf einer Seite liegen, erlaubt einen sehr kompakten Aufbau, sodass der Brennstoffzellenstapel sich insbesondere für den Einsatz in Systemen mit begrenztem Bauraum eignet.
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Wie bereits erwähnt, kann der Brennstoffzellenstapel gemäß der Erfindung durch den Verzicht auf eine Überkreuzung der Gaskanäle in der oben am Brennstoffzellenstapel angeordneten Umlenkung entsprechend einfach und kompakt aufgebaut werden. Die weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen, welche in den abhängigen Unteransprüchen beschrieben worden sind, fördern diesen einfachen kompakten Aufbau und die funktionale Integration von wichtigen Funktionen innerhalb des Brennstoffzellenstapels.
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Ein solcher kompakt und funktional aufgebauter Brennstoffzellenstapel eignet sich nun insbesondere für den Einsatz in Brennstoffzellensystemen, für welche der Bauraum entsprechend begrenzt ist, und mittels welchen dennoch mit hoher Zuverlässigkeit eine hohe Leistungsdichte erzielt werden soll. Ein solcher Einsatz ist insbesondere die Verwendung des Brennstoffzellenstapels zur Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung in einem Fahrzeug, sodass hierin die besonders bevorzugte, nicht jedoch einzig mögliche, Verwendung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels zu sehen ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapels sowie seiner Verwendung ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem;
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2 eine prinzipmäßige Seitenansicht eines Brennstoffzellenstapels in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung der Durchbrüche für Brennstoff, Oxidationsmittel und Kühlmittel in den Platten der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels;
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4 eine schematische Darstellung eines Rezirkulationsmoduls und Befeuchters in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel in einer Draufsicht;
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5 eine schematische Darstellung eines Rezirkulationsmoduls und Befeuchters in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel in einer Seitenansicht; und
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6 eine Darstellung des Befeuchters in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel in einer Seitenansicht.
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In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug 1 zu erkennen, welches ein Brennstoffzellensystem 2 aufweist. Über dieses Brennstoffzellensystem 2 soll elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug bereitgestellt werden. Es ist sehr stark schematisiert dargestellt, da der grundlegende Aufbau von Brennstoffzellensystemen 2 für den Fachmann ohnehin geläufig ist. Den Kern des Brennstoffzellensystems 2 bildet eine Brennstoffzelle 3, welche als Stapel von einzelnen PEM-Brennstoffzellen ausgebildet sein soll. Beispielhaft ist in der Darstellung der 1 ein gemeinsamer Kathodenraum 4 und ein gemeinsamer Anodenraum 5 angedeutet. Dem Anodenraum 5 wird Brennstoff, in diesem Ausführungsbeispiel Wasserstoff, aus einem Druckgasspeicher 6 über ein Druckregel- und Dosierventil 7 zur Verfügung gestellt. Der Wasserstoff strömt dann in den Anodenraum 5 ein und wird dort teilweise aufgebraucht. Um eine ideale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden aktiven Fläche zu erreichen wird typischerweise ein gewisser Überschuss an Wasserstoff in den Anodenraum 5 dosiert. Der Restwasserstoff gelangt zusammen mit sich im Laufe der Zeit anreichernden inerten Gasen, welche in dem Druckgasspeicher 6 vorhanden waren, und solchen die durch die Membranen der Brennstoffzelle 3 vom Kathodenraum 4 in den Anodenraum 5 diffundieren, sowie im Anodenraum 5 entstandenem Produktwasser, aus dem Anodenraum in eine Rezirkulationsleitung 9. In der Rezirkulationsleitung 9 mit einer Gasstrahlpumpe 8 als Rezirkulationsfördereinrichtung ist daher außerdem ein Wasserabscheider 10 vorgesehen, über welchen insbesondere flüssiges Wasser aus dem rezirkulierten Anodenabgas abgeschieden wird, um zu verhindern, dass das zurückgeführte Wasser die gasführenden Kanäle in dem Anodenraum 5 zusetzt. Von Zeit zu Zeit wird das Wasser und das sich in dem Anodenkreislauf ansammelnde inerte Gas abgelassen, wofür verschiedene Mechanismen, beispielsweise eine Zeitsteuerung, eine Steuerung in Abhängigkeit des Füllstandes des Wasserabscheiders mit Wasser oder dergleichen allgemein bekannt und möglich sind. Das Ablassen erfolgt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Ablassleitung 11 und ein darin angeordnetes Ablassventil 12 direkt in eine Abluftleitung 14 aus dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3, um so das Wasser und insbesondere den zusammen mit den inerten Gasen abgelassenen Restwasserstoff entsprechend verdünnt in die Umgebung abzugeben.
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Dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird als Oxidationsmittel Luft zugeführt. Dies erfolgt über eine Luftfördereinrichtung 13, welche beispielsweise als Strömungsverdichter ausgebildet sein kann. Die Luft wird dann über einen Befeuchter 15 geleitet, in welchem die nach dem Verdichter trockene und warme Zuluft, welche gegebenenfalls zuvor noch durch einen hier nicht dargestellten Ladeluftkühler wieder abgekühlt worden ist, befeuchtet wird. In dem Befeuchter 15 befinden sich dabei für Wasserdampf durchlässige Membranen, an welchen die zu befeuchtende Zuluft vorbeiströmt. Auf der anderen Seite der Membranen strömt die aus dem Kathodenraum 4 abströmende mit dem größten Teil des in der Brennstoffzelle 3 entstandenen Produktwassers beladene und an Sauerstoff abgereicherte Abluft, sodass durch die Membranen hindurch die Feuchte von der Abluft an die zu befeuchtende Zuluft abgegeben werden kann. Die Abluft strömt dann durch die bereits erwähnte Abluftleitung 14, zeitweilig vermischt mit Wasser und Inertgasen aus dem Anodenkreislauf, in die Umgebung ab. Weitere Komponenten des Brennstoffzellensystems 2 wie beispielsweise eine Abluftturbine oder ähnliches sind für das Verständnis der hier vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung und deshalb nicht dargestellt. Derartige Komponenten in einem Brennstoffzellensystem 2 sind ebenso wie die elektrische Seite des Brennstoffzellensystems 2 für den Fachmann geläufig, sodass hier auf eine Darstellung und Erläuterung verzichtet werden kann.
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Die Brennstoffzelle 3, welche auch als Brennstoffzellenstapel 3 oder unter Verwendung des englischen Begriffs als Brennstoffzellenstack bezeichnet wird, soll nun so aufgebaut sein, wie es beispielhaft in der Darstellung der 2 angedeutet ist. Der Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack 3 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Brennstoffzellen, von welchen einige in der Darstellung der 2 mit dem Bezugszeichen 16 versehen sind. Jede dieser einzelnen Brennstoffzellen 16 besteht dabei in an sich bekannter Art und Weise aus einer Membranelektrodenanordnung (MEA) sowie zwei Platten, welche die Gasführungskanäle für den Wasserstoff auf der einen Seite der MEA und für den Sauerstoff auf der anderen Seite der MEA aufweisen. Typischerweise befinden sich auf der Rückseite dieser Platten Kanäle für das Kühlmittel zur Abfuhr der Abwärme der Brennstoffzelle 3, sodass durch ein Stapeln abwechselnd die einzelnen Brennstoffzellen 16 und dazwischen angeordnete Räume für das Kühlmedium entstehen. Der hier dargestellte Aufbau des Brennstoffzellenstapels 3 ist dabei mit seiner Stapelrichtung S so aufgestapelt, dass diese Stapelrichtung S im bestimmungsgemäßen Einsatz des Brennstoffzellenstapels 3 parallel oder in einem geringen Winkel von idealerweise weniger als 20° gegenüber der Schwerkraft g ausgerichtet ist. Jede einzelne Brennstoffzelle 16 weist dabei Durchbrüche in Stapelrichtung auf, über welche die Medien zur Brennstoffzelle 16 zu- und wieder abgeführt werden. Dies ist durch zwei beispielhaft angedeutete durch den gesamten Brennstoffzellenstapel 3 verlaufende mit 19A, 19B, 20A, 20B, 21A, 21B bezeichnete Durchbrüche in der Darstellung der 2 angedeutet. Unterhalb des Brennstoffzellenstapels 3 ist bei dem hier dargestellten Brennstoffzellenstapel 3 ein mit 18 bezeichnetes Rezirkulationsmodul zusammen mit dem Befeuchter 15 angeordnet.
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In der Darstellung der 3 ist ein sogenannter Foot Print des Brennstoffzellenstapels 3 zu erkennen. Dieser zeigt die Durchlässe für die Medien in den einzelnen Brennstoffzellen 16 bzw. den Platten, aus denen diese aufgebaut sind. In der Darstellung der 3 ist dabei an der oberen Längsseite ein Brennstoffdurchlass 19A zur Zuleitung des Wasserstoffs zu erkennen. An derselben Längsseite gegenüberliegend ist ein mit 196 bezeichneter Brennstoffdurchlass zur Abfuhr des Wasserstoffs erkennbar. An der gegenüberliegenden Längsseite, in der Darstellung der 3 also der unteren Längsseite der Brennstoffzelle 16, ist ein mit 20A bezeichneter Oxidationsmitteldurchlass dargestellt, in welchen die Luft einströmt. An derselben Längsseite gegenüberliegend ist der mit 20B bezeichnete Oxidationsmitteldurchlass gezeigt, aus welchem die Luft wieder abströmt. Dieser Aufbau wäre dann ein Gleichstromaufbau, bei dem also die einzelnen Brennstoffzellen 16 von dem Wasserstoff und der Luft in der gleichen Richtung durchströmt werden. Der Aufbau kann genauso gut als Gegenstromaufbau realisiert werden. In diesem Fall müsste beispielsweise die Anordnung der Durchlässe 20A, 20B entsprechend vertauscht werden, wie es durch die in Klammer gesetzten Bezugszeichen entsprechend angedeutet ist.
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An der oberen Längsseite wird also nun der Wasserstoff zu- und wieder abgeleitet. An der unteren Längsseite wird durch die dortigen Durchlässe 20A, 20B die Luft zu- und wieder abgeleitet. Hierdurch wird eine Überkreuzung der Gasströme in dem Brennstoffzellenstapel 3 vermieden, sodass ein hierfür notwendiger Bauraum entsprechend eingespart werden kann. Ferner ist es nun so, dass weitere Durchlässe 21A, 21B für das Kühlmittel vorgesehen sind. Diese liegen jeweils zwischen den Durchbrüchen 19A, 19B für den Wasserstoff auf der einen Längsseite und 20A, 20B für die Luft auf der anderen Längsseite. Hierdurch wird eine Überkreuzung dieser Medienströme mit dem Kühlmittelstrom ebenfalls verhindert. Der Aufbau des Brennstoffzellenstapels 3 lässt sich so außerordentlich kompakt realisieren.
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Analog zur Darstellung des Foot Prints in 3 ist nun in einer Art schematisierten Draufsicht in der Darstellung der 4 eine mögliche Anordnung des Rezirkulationsmoduls 18 sowie des Befeuchters 15 zu erkennen. Auch hier sind die entsprechenden Durchlässe 19A, 19B und im Bereich des Befeuchters 15 die Durchlässe 20A und 20B zu erkennen. Zusätzlich zu den punktiert angedeuteten Kühlmitteldurchlässen 21A, 21B finden sich außerdem zwei mit 22A und 22B bezeichnete Durchlässe bzw. Versorgungs- und Abfuhranschlüsse für die Luft. Im Befeuchter 15 tritt die mit Feuchte beladene Abluft durch den Durchlass 20B in diesen ein und strömt entsprechend getrocknet durch den mit 22B bezeichneten Anschluss bzw. Durchlass ab. Die nach dem Verdichter trockene Zuluft strömt entsprechend über den mit 22A bezeichneten Anschluss bzw. Durchlass in den Befeuchter 15 ein und strömt über den Durchlass 20A weiter in den Brennstoffzellenstapel. Die punktiert angedeuteten Durchlässe 21A, 21B für das Kühlmittel sind dabei typischerweise auf einer anderen Ebene angeordnet, beispielsweise in dem mit 24 bezeichneten Raum in 6, sodass hier keine Überschneidungen oder Beeinträchtigungen entstehen können.
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In der Darstellung der 5 ist nun beispielhaft in einer Seitenansicht das Rezirkulationsmodul 18 schematisch angedeutet. Das Rezirkulationsmodul 18 umfasst den Wasserabscheider 10 in dessen unterem Bereich sich das Wasser sammelt und von dort über die prinzipmäßig angedeutete Ablassleitung 11, wie oben bereits beschrieben, abgelassen werden kann. Das hierfür notwendige Ablassventil 12 kann Teil des Rezirkulationsmoduls 18 sein, es kann jedoch auch außerhalb entsprechend platziert sein. Über in Dosierventil 7A, welches beispielsweise Teil des Druckregel- und Dosierventils 7 aus der Darstellung der 1 sein kann, wird der Wasserstoff aus dem hier nicht dargestellten Druckgasspeicher zugeführt. Der Wasserstoff gelangt dann über eine angedeutete Lanze 23 in dieser beispielhaften Ausgestaltung in die hier schräg nach oben verlaufende Rezirkulationsleitung 9 des Rezirkulationsmoduls 18. Gleichzeitig ist durch die Querschnittsverengung in Strömungsrichtung hinter der Lanze 23, über welche der frische Wasserstoff als Treibgasstrom eingedüst wird, die Gasstrahlpumpe 8 realisiert, sodass das Anodenabgas aus dem Wasserabscheider 10 entsprechend angesaugt und dem Brennstoffzellenstapel 3 erneut zugeführt wird. Die schräge Ausrichtung der Rezirkulationsleitung 9 ermöglicht ein leichtes Ablaufen von auskondensiertem Wasser in den Wasserabscheider 10.
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In der Darstellung der 6 ist letztlich außerdem der Befeuchter 15 nochmals dargestellt. Dieser kann bevorzugt als Plattenbefeuchter mit flachen für Wasserdampf durchlässigen Membranen aufgebaut sein. Ein solcher Aufbau, wie er an sich aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist, ist in der Darstellung der 5 entsprechend angedeutet. Zwischen dem eigentlichen Brennstoffzellenstapel 3 und dem Befeuchter 15 ist dabei noch ein in der Darstellung der 5 mit 24 bezeichneter Freiraum angedeutet, in welchem die Zuleitung und Ableitung von Kühlmittel, sowie gegebenenfalls notwendige Kühlmittelleitungen zur Verlängerung der Laufstrecke des Kühlmittels, um hierdurch den Isolationswiderstand der Brennstoffzelle 3 gegenüber geerdeten Bauteilen des Kühlkreislaufs wie beispielsweise einer Kühlmittelfördereinrichtung, zu erhöhen, angeordnet.
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Ein solcher Aufbau des Brennstoffzellenstapels 3 mit entsprechender Stapelrichtung und einer vereinfachten Medienführung, sodass es nicht zu einer Überkreuzung der Medien in dem Brennstoffzellenstapel 3 kommen muss, ist, insbesondere in Kombination mit dem Befeuchter 15 und dem Rezirkulationsmodul 18 unterhalb des Brennstoffzellenstapels 3, außerordentlich effizient und kompakt und eignet sich insbesondere für den oben beschriebenen Einsatz in einem Fahrzeug, da hier Vorteile hinsichtlich des Bauraums und des Gewichts eine entscheidende Rolle spielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10304657 A1 [0003]
- EP 1848053 B1 [0004]
