DE102014018851A1 - fuel cell device - Google Patents

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Alfred Kolbe
Wilfried Marx
Andreas Röntgen
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung (1), umfassend – mindestens eine Brennstoffzelle, – eine Anodenrezirkulationsvorrichtung (5) mit wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider (6) und – eine Verteilerplatte (3) zur Zu- und Abfuhr von Reaktanten. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Abschnitt des Flüssigkeitsabscheiders (6) mit der Verteilerplatte (3) als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung (1).The invention relates to a fuel cell device (1), comprising - at least one fuel cell, - an anode recirculation device (5) with at least one liquid separator (6) and - a distributor plate (3) for the supply and removal of reactants. According to the invention, at least a portion of the liquid separator (6) is designed to be integrated with the distributor plate (3) as a common structural unit. The invention further relates to a method for producing a fuel cell device (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a fuel cell device according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a fuel cell device according to the preamble of claim 7.

In der DE 10 2009 053 499 A1 ist ein Brennstoffellensystem mit einem Anodenkreislauf beschrieben, mittels welchem unverbrauchtes Gas aus dem Anodenbereich einer Brennstoffzelle über eine Rezirkulationsfördereinrichtung in den Anodenbereich zurückfahrbar ist. In dem Anodenkreislauf ist wenigstens ein Flüssigkeitsabscheider angeordnet. Der Flüssigkeitsabscheider ist baulich mit der Rezirkulationsfördereinrichtung zu einer Baueinheit integriert ausgeführt. Die Zuführung von frischem Wasserstoff in den Anodenbereich erfolgt durch die Zufuhr des Wasserstoffs in den Flüssigkeitsabscheider.In the DE 10 2009 053 499 A1 a fuel cell system with an anode circuit is described, by means of which unused gas from the anode region of a fuel cell can be moved back into the anode region via a recirculation conveying device. In the anode circuit at least one liquid separator is arranged. The liquid separator is designed structurally integrated with the recirculation conveyor to form a structural unit. The supply of fresh hydrogen in the anode region is effected by the supply of hydrogen in the liquid separator.

Weiterhin ist in der DE 10 2010 009 004 A1 ein Anodenreaktanden-Aufbereitungssystem für eine Brennstoffzelle beschrieben, wobei das System einen hohlen Hauptkörper, eine Ablassleitung, einen Injektor, einen Wasserabscheider und ein hydrophiles poröses Medium umfasst.Furthermore, in the DE 10 2010 009 004 A1 An anode reactant conditioning system for a fuel cell is described, the system comprising a hollow main body, a drain line, an injector, a water trap, and a hydrophilic porous medium.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzellenvorrichtung sowie ein gegenüber dem Stand der Technik vereinfachtes Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved fuel cell device and a comparison with the prior art simplified method for producing a fuel cell device.

Hinsichtlich der Brennstoffzellenvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und hinsichtlich des Verfahrens mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.With regard to the fuel cell device, the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1 and in terms of the method with the features specified in claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Brennstoffzellenvorrichtung umfasst mindestens eine Brennstoffzelle, eine Anodenrezirkulationsvorrichtung mit wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider und eine Verteilerplatte zur Zu- und Abfuhr von Reaktanten.A fuel cell device comprises at least one fuel cell, an anode recirculation device with at least one liquid separator and a distributor plate for the supply and removal of reactants.

Als Reaktanten werden hierbei ein Oxidationsmittel, z. B. Sauerstoff, und ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff, eingesetzt, wobei einer Anode der Brennstoffzelle der Brennstoff und einer Kathode der Brennstoffzelle das Oxidationsmittel zugeführt wird. Unter Reaktanten werden zudem auch Reaktionsprodukte der Brennstoffzelle, insbesondere Wasser und Restbrenngas, verstanden.As reactants in this case an oxidizing agent, for. As oxygen, and a fuel, for. B. hydrogen, wherein an anode of the fuel cell of the fuel and a cathode of the fuel cell, the oxidizing agent is supplied. Reactants are also understood to mean reaction products of the fuel cell, in particular water and residual fuel gas.

Dabei ist die Anodenrezirkulationsvorrichtung zur Rezirkulation von unverbrauchtem Brennstoff vorgesehen, welches der Anode über die Verteilerplatte als Reaktant wieder zur Verfügung gestellt wird. Um insbesondere bei Betriebspause der Brennstoffzellenvorrichtung ein Festfrieren von Flüssigwasser aus dem Restbrenngas im Bereich der Anodenrezirkulationsvorrichtung zu vermeiden, ist der wenigstens eine Flüssigkeitsabscheider vorgesehen, mittels welchem Wasser aus dem Restbrenngas kondensiert wird. Dazu ist die Verringerung einer Strömungsgeschwindigkeit erforderlich, wobei mittels des Flüssigkeitsabscheiders ein Strömungsquerschnitt für das Restbrenngas erweitert und somit ein Strömungswiderstand verkleinert werden.In this case, the anode recirculation device is provided for the recirculation of unconsumed fuel, which is made available to the anode via the distributor plate as a reactant again. In order to avoid freezing of liquid water from the residual combustion gas in the region of the anode recirculation device, in particular when the fuel cell device is inoperative, the at least one liquid separator is provided, by means of which water is condensed from the residual combustion gas. For this purpose, the reduction of a flow velocity is required, wherein expanded by means of the liquid separator, a flow cross-section for the residual fuel gas and thus a flow resistance can be reduced.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des Flüssigkeitsabscheiders mit der Verteilerplatte als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt ist. Dies ermöglicht die Einsparung mindestens einer Schnittstelle und damit die Einsparung von mindestens einem Verbindungs- und Dichtelement zwischen der Anodenrezirkulationseinrichtung und der Verteilerplatte, so dass die Montage der Brennstoffzellenvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht ist. Dies ermöglicht zudem die Einsparung von Kosten und Bauraum der Brennstoffzellenvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik.According to the invention it is provided that at least a portion of the liquid separator is designed to be integrated with the distributor plate as a common structural unit. This allows the saving of at least one interface and thus the saving of at least one connecting and sealing element between the anode recirculation device and the distributor plate, so that the assembly of the fuel cell device is simplified compared to the prior art. This also allows the saving of costs and space of the fuel cell device over the prior art.

Der Flüssigkeitsabscheider ist gemäß einer Ausführungsform zweiteilig ausgebildet und umfasst ein Oberteil und ein Unterteil, wobei das Oberteil mit der Verteilerplatte als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt ist. Dadurch, dass der Flüssigkeitsabscheider zweiteilig ausgebildet ist, kann dieser als Hybrid ausgeführt werden, wobei das Oberteil und die Verteilerplatte vorzugsweise aus dem gleichen Material gebildet sind. Bevorzugt ist die Baueinheit aus einem Kunststoff gebildet, welches eine gewichtsoptimierte und kosteneffiziente Ausführung der Brennstoffzellenvorrichtung ermöglicht.The liquid separator is formed in two parts according to an embodiment and comprises an upper part and a lower part, wherein the upper part is designed to be integrated with the distributor plate as a common structural unit. Characterized in that the liquid separator is formed in two parts, this can be carried out as a hybrid, wherein the upper part and the distributor plate are preferably formed of the same material. Preferably, the assembly is formed of a plastic material which enables a weight-optimized and cost-efficient design of the fuel cell device.

Das Unterteil des Flüssigkeitsabscheiders ist dabei zumindest abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet. Als Metall eignet sich hierbei z. B. Aluminium, welches sehr korrosionsbeständig ist und nur oberflächlich mit Wasserstoff reagiert.The lower part of the liquid separator is at least partially formed of a metal or a metal alloy. As a metal here is z. As aluminum, which is very resistant to corrosion and only superficially reacts with hydrogen.

Um den Brennstoff aus dem Flüssigkeitsabscheider der Verteilerplatte zuzuführen, ist zwischen dem Flüssigkeitsabscheider und der Verteilerplatte wenigstens ein Leitungselement angeordnet, welches den Flüssigkeitsabscheider mit der Verteilerplatte strömungstechnisch verbindet. Das wenigstens eine Leitungselement mündet dazu insbesondere in einen Portbereich der Verteilerplatte ein. Zur Förderung des Brennstoffs durch das Leitungselement ist üblicherweise ein Gebläse vorgesehen.In order to supply the fuel from the liquid separator to the distributor plate, at least one line element is arranged between the liquid separator and the distributor plate and fluidically connects the liquid separator to the distributor plate. For this purpose, the at least one line element in particular opens into a port region of the distributor plate. To promote the fuel through the conduit member usually a fan is provided.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehen, bei dem zumindest eine Brennstoffzelle, eine Anodenrezirkulationsvorrichtung mit wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider und eine Verteilerplatte zur Zu- und Abfuhr von Reaktanten zu einer Brennstoffzellenvorrichtung zusammengefasst werden. Furthermore, a method for producing a fuel cell device is provided, in which at least one fuel cell, an anode recirculation device with at least one liquid separator and a distributor plate for the supply and removal of reactants are combined to form a fuel cell device.

Erfindungsgemäß wird zumindest ein Abschnitt des Flüssigkeitsabscheiders mit der Verteilerplatte als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Brennstoffzellenvorrichtung, da hierbei die Verteilerplatte und ein Teil des Flüssigkeitsabscheiders in einem gemeinsamen Prozessschritt herstellbar sind. Beispielsweise sind die Verteilerplatte und der Teil des Flüssigkeitsabscheiders als ein einteiliges Spritzgussteil herstellbar.According to the invention, at least a portion of the liquid separator is designed to be integrated with the distributor plate as a common structural unit. This allows a particularly simple production of the fuel cell device, since in this case the distributor plate and a part of the liquid separator can be produced in a common process step. For example, the distributor plate and the part of the liquid separator can be produced as a one-piece injection-molded part.

Zur Montage der Baueinheit wird diese mit einem die wenigstens eine Brennstoffzelle umgebenden Gehäuse kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Die Montage ist mittels der einteiligen Baueinheit besonders einfach durchführbar.To assemble the structural unit, it is positively and / or positively and / or materially connected to a housing surrounding the at least one fuel cell. The assembly is particularly easy to carry out by means of the one-piece unit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

Dabei zeigt:Showing:

1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzellenvorrichtung. 1 schematically a perspective view of a fuel cell device.

Die einzige 1 zeigt eine Brennstoffzellenvorrichtung 1 in einer perspektivischen Darstellung.The only 1 shows a fuel cell device 1 in a perspective view.

Eine solche Brennstoffzellenvorrichtung 1 dient der Erzeugung elektrischer Energie, z. B. in einem Fahrzeug zur Energieversorgung eines elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs.Such a fuel cell device 1 is used to generate electrical energy, eg. B. in a vehicle for supplying power to an electric drive motor of the vehicle.

Die gezeigte Brennstoffzellenvorrichtung 1 umfasst einen nicht näher dargestellten Brennstoffzellenstapel, welcher eine bestimmte Anzahl von Brennstoffzellen umfasst und welcher in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 1 eine Verteilerplatte 3 zur Zu- und Abfuhr von Reaktanten.The fuel cell device shown 1 includes a fuel cell stack, not shown, which includes a certain number of fuel cells and which in a housing 2 is arranged. Furthermore, the fuel cell device comprises 1 a distributor plate 3 for the supply and removal of reactants.

Die als Brennstoffzellenstapel zusammengefassten Brennstoffzellen sind beispielsweise als sogenannte Protonenaustauschmembran(= PEM)-Brennstoffzellen ausgebildet. Dabei umfassen die Brennstoffzellen jeweils zwei Elektroden und eine zwischen den Elektroden angeordnete protonenleitende Elektrolytmembran. Eine der Elektroden bildet dabei eine Kathode und die andere eine Anode. Zum Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 1 wird der Kathode ein Oxidationsmittel, z. B. Sauerstoff, und der Anode ein Brennstoff, z. B. Wasserstoff, zugeführt.The fuel cells combined as a fuel cell stack are designed, for example, as so-called proton exchange membrane (= PEM) fuel cells. The fuel cells each comprise two electrodes and a proton-conducting electrolyte membrane arranged between the electrodes. One of the electrodes forms a cathode and the other an anode. For operation of the fuel cell device 1 the cathode is an oxidizing agent, for. As oxygen, and the anode is a fuel, for. As hydrogen, fed.

Für einen sicheren Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 1 sind die als Brennstoffzellenstapel zusammengefassten Brennstoffzellen im Gehäuse 2 gegen äußere mechanische Einflüsse, z. B. eine Kollision eines Fahrzeugs, geschützt. Dazu ist das Gehäuse 2 ausreichend mechanisch stabil ausgebildet. Beispielsweise ist das Gehäuse 2 aus Metall gebildet und weist eine oder mehrere Verstärkungsstrukturen, z. B. in Form von Stegen oder Rippen auf, welche wabenförmig oder quaderförmig ausgebildet sind.For safe operation of the fuel cell device 1 are the combined fuel cell stack fuel cells in the housing 2 against external mechanical influences, eg. As a collision of a vehicle protected. This is the case 2 sufficiently mechanically stable. For example, the housing 2 formed of metal and has one or more reinforcing structures, for. B. in the form of webs or ribs, which are honeycombed or cuboidal.

An einer Stirnseite des Gehäuses 2 ist die Verteilerplatte 3 angeordnet, welche mit dem Gehäuse 2 kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Dabei ist es möglich, dass die Verteilerplatte 3 mit der Stirnseite des Gehäuses 2 verbunden ist oder die Stirnseite des Gehäuses 2 durch die Verteilerplatte 3 selbst gebildet wird. Z. B. bildet die Verteilerplatte 3 einen Gehäusedeckel.At one end of the housing 2 is the distributor plate 3 arranged, which with the housing 2 non-positively and / or positively and / or materially connected. It is possible that the distributor plate 3 with the front of the housing 2 is connected or the front side of the housing 2 through the distributor plate 3 itself is formed. For example, make the distributor plate 3 a housing cover.

Die Verteilerplatte 3 dient der Zuführung von Medien zum Brennstoffzellenstapel und der Abführung von Reaktionsprodukten vom Brennstoffzellenstapel, wobei die zugeführten Medien und die abgeführten Reaktionsprodukte im Folgenden auch als Reaktanten bezeichnet werden.The distributor plate 3 serves to supply media to the fuel cell stack and the discharge of reaction products from the fuel cell stack, wherein the supplied media and the discharged reaction products are also referred to below as reactants.

Dem Brennstoffzellenstapel zuzuführende Reaktanten sind das Oxidationsmittel, z. B. Sauerstoff, wobei der Sauerstoff der Kathode beispielsweise in Form von Luft zugeführt wird, und der Brennstoff, z. B. Wasserstoff, welcher der Anode zugeführt wird.Reactants to be supplied to the fuel cell stack are the oxidizing agent, e.g. As oxygen, wherein the oxygen of the cathode is supplied, for example in the form of air, and the fuel, for. As hydrogen, which is supplied to the anode.

Die Verteilerplatte 3 umfasst dazu eine bestimmte Anzahl an Kanälen zur Führung der Reaktanten, welche beispielsweise als rohrförmige Leitungen L1 bis L7 ausgebildet sind. Dabei dient im hier dargestellten Beispiel die erste rohrförmige Leitung L1 der Zuführung eines Temperiermediums zum Brennstoffzellenstapel, die zweite rohrförmige Leitung L2 der Abführung des Temperiermediums vom Brennstoffzellenstapel, die dritte rohrförmige, Leitung L3 der Zuführung des Oxidationsmittels, beispielsweise der Luft mit dem Sauerstoff, zum Brennstoffzellenstapel, die vierte rohrförmige Leitung L4 der Abführung der Luft mit dem nicht verbrauchten Anteil des Sauerstoffs vom Brennstoffzellenstapel, die fünfte rohrförmige Leitung L5 der Zuführung des Brennstoffs zum Brennstoffzellenstapel und die sechste rohrförmige Leitung L6 der Abführung des nicht verbrauchten Anteils des Brennstoffs vom Brennstoffzellenstapel.The distributor plate 3 includes a certain number of channels for guiding the reactants, which are formed for example as tubular lines L1 to L7. In the example shown here, the first tubular conduit L1 serves to supply a tempering medium to the fuel cell stack, the second tubular conduit L2 discharges the tempering medium from the fuel cell stack, the third tubular conduit L3 supplies the oxidizing agent, for example the air with the oxygen, to the fuel cell stack the fourth tubular conduit L4 is for discharging the air with the unused portion of the oxygen from the fuel cell stack, the fifth tubular conduit L5 for supplying the fuel to the fuel cell stack, and the sixth tubular conduit L6 for discharging the unused portion of the fuel from the fuel cell stack.

Weiterhin ist eine Luftversorgungseinheit 4 vorgesehen, um der Kathode Luft aus einer äußeren Umgebung der Brennstoffzellenvorrichtung 1 über die dritte rohrförmige Leitung L3 zuzuführen. Die Verteilerplatte 3 sowie die rohrförmigen Leitungen L1 bis L7 sind aus Kunststoff gefertigt, wodurch eine brauraum- und gewichtssparende Ausbildung der Verteilerplatte 3 und damit der Brennstoffzellenvorrichtung 1 möglich ist.Furthermore, an air supply unit 4 provided to the cathode air from an external environment of the fuel cell device 1 above to supply the third tubular conduit L3. The distributor plate 3 and the tubular lines L1 to L7 are made of plastic, whereby a brauraum- and weight-saving training of the distributor plate 3 and thus the fuel cell device 1 is possible.

Die sechste rohrförmige Leitung L6 ist mit einer Anodenrezirkulationsvorrichtung 5 verbunden, die im gezeigten Beispiel einen Flüssigkeitsabscheider 6 und eine siebte rohrförmige Leitung L7 umfasst, wobei die siebte rohrförmige Leitung L7 den Flüssigkeitsabscheider 6 mit der fünften rohrförmigen Leitung L5 der Verteilerplatte 3 strömungstechnisch verbindet. Die Anodenrezirkulationsvorrichtung 5 dient somit der Rückführung eines nicht verbrauchten Anteils an Brennstoff über die Verteilerplatte 3 zum Brennstoffzellenstapel.The sixth tubular conduit L6 is provided with an anode recirculation device 5 connected, which in the example shown a liquid separator 6 and a seventh tubular conduit L7, the seventh tubular conduit L7 containing the liquid separator 6 with the fifth tubular conduit L5 of the distributor plate 3 fluidically connects. The anode recirculation device 5 thus serves to return an unused portion of fuel through the distributor plate 3 to the fuel cell stack.

Der Flüssigkeitsabscheider 6 ist über ein als Aufnahmeausformung ausgebildetes Befestigungselement 7 mit der Verteilerplatte 3 gekoppelt und dient der Abscheidung von Wasser aus dem nicht verbrauchten Brennstoff, um ein Festfrieren von nachgeschalteten Komponenten, z. B. die siebte rohrförmige Leitung 17 und/oder ein Wasserstoffeinspritzventil, weitestgehend zu vermeiden. Dies kann insbesondere während einer Betriebspause der Brennstoffzellenvorrichtung 1 oder im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 1 bei sehr niedrigen Außentemperaturen auftreten.The liquid separator 6 is about a trained as a receiving molding fastener 7 with the distributor plate 3 coupled and serves the separation of water from the unused fuel to freeze downstream components, eg. B. the seventh tubular conduit 17 and / or a hydrogen injection valve, as far as possible to avoid. This can in particular during a break in operation of the fuel cell device 1 or during operation of the fuel cell device 1 occur at very low outside temperatures.

Der Flüssigkeitsabscheider 6 ist im gezeigten Beispiel zweiteilig ausgebildet und umfasst ein Oberteil 6.1 und ein Unterteil 6.2.The liquid separator 6 is formed in two parts in the example shown and includes an upper part 6.1 and a lower part 6.2 ,

Das Oberteil 6.1 ist aus Kunststoff gebildet und dient der Verringerung eines Strömungswiderstands des nicht verbrauchten Brennstoffs, wobei durch die Dimensionierung des Flüssigkeitsabscheiders 6 ein Strömungsquerschnitt vergrößert und eine Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs verringert wird.The top 6.1 is formed of plastic and serves to reduce a flow resistance of the unused fuel, wherein the dimensions of the liquid separator 6 increases a flow cross-section and a flow rate of the fuel is reduced.

Das Wasser aus dem Brennstoff kondensiert insbesondere im Bereich des Unterteils 6.2 und wird über ein Ventil in eine äußere Umgebung der Brennstoffzellenvorrichtung 1, z. B. eine Abluftanlage des Fahrzeugs, befördert. Um ein Festfrieren von Wasser zwischen dem Unterteil 6.2 und der Abluftanlage des Fahrzeugs zu verhindern, wird das Unterteil 6.2 zumindest bereichsweise beheizt, so dass das Unterteil 6.2 zumindest abschnittsweise bevorzugt aus einem wärmeleitenden Material, z. B. Aluminium, gebildet wird.The water from the fuel condenses in particular in the region of the lower part 6.2 and is via a valve in an external environment of the fuel cell device 1 , z. B. an exhaust system of the vehicle transported. To freeze water between the base 6.2 and to prevent the vehicle's exhaust system from becoming the lower part 6.2 at least partially heated, so that the lower part 6.2 at least in sections preferably made of a thermally conductive material, for. As aluminum is formed.

Der Brennstoff ohne den Wasseranteil kann anschließend der Verteilerplatte 3 über die siebte rohrförmige Leitung 17 zugeführt werden, welche somit als ein Rückführungskanal ausgebildet ist.The fuel without the water content can then the distributor plate 3 over the seventh tubular pipe 17 are supplied, which is thus formed as a return passage.

Die Beförderung des Brennstoffs über die siebte rohrförmige Leitung 17 kann mittels eines Gebläses befördert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der durch die fünfte rohrförmige Leitung 15 strömende, frische Brennstoff den Brennstoff aus dem Flüssigkeitsabscheider 6 in Form einer Gasstrahlpumpe ansaugt.Carriage of fuel through the seventh tubular pipe 17 can be transported by means of a blower. Alternatively or additionally, it is also possible that the through the fifth tubular conduit 15 flowing, fresh fuel the fuel from the liquid separator 6 sucks in the form of a gas jet pump.

Gemäß dem Stand der Technik ist der Flüssigkeitsabscheider 6 als ein separates Bauteil ausgeführt, welches mit der Verteilerplatte 3 mechanisch gekoppelt ist, wobei zur Kopplung entsprechende Verbindungs- und Dichtelemente insbesondere zwischen dem Flüssigkeitsabscheider 6 und der siebten rohrförmigen Leitung L7 erforderlich sind.According to the prior art, the liquid separator 6 designed as a separate component, which with the distributor plate 3 is mechanically coupled, wherein for coupling corresponding connection and sealing elements, in particular between the liquid separator 6 and the seventh tubular conduit L7 are required.

Zur Einsparung von Kosten und Bauraum ist das Oberteil 6.1 des Flüssigkeitsabscheiders 6 mit der siebten rohrförmigen Leitung L7 als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt, so dass das Oberteil 6.1 des Flüssigkeitsabscheiders 6 einteilig mit der Verteilerplatte 3 ausgebildet ist. Dies ist aufgrund der gleichen verwendeten Materialien des Oberteils 6.1 und der Verteilerplatte 3 besonders einfach realisierbar. Beispielsweise kann die integrierte Baueinheit in einem gemeinsamen Herstellungsprozess als Spritzgussteil hergestellt werden. Zudem ist eine Montage der Brennstoffzellenvorrichtung 1 gegenüber dem Stand der Technik wesentlich vereinfacht.To save costs and space is the top 6.1 of the liquid separator 6 executed with the seventh tubular conduit L7 integrated as a common structural unit, so that the upper part 6.1 of the liquid separator 6 in one piece with the distributor plate 3 is trained. This is due to the same materials used in the top 6.1 and the distributor plate 3 particularly easy to implement. For example, the integrated assembly can be manufactured in a common manufacturing process as an injection molded part. In addition, an assembly of the fuel cell device 1 considerably simplified compared to the prior art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennstoffzellenvorrichtungfuel cell device
22
Gehäusecasing
33
Verteilerplattedistribution plate
44
LuftversorungseinheitAir supply unit
55
AnodenrezirkulationsvorrichtungAnodenrezirkulationsvorrichtung
66
FlüssigkeitsabschneiderFlüssigkeitsabschneider
6.16.1
Oberteiltop
6.26.2
Unterteillower part
77
Befestigungselementfastener
L1 bis L7L1 to L7
Leitungmanagement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009053499 A1 [0002] DE 102009053499 A1 [0002]
  • DE 102010009004 A1 [0003] DE 102010009004 A1 [0003]

Claims (8)

Brennstoffzellenvorrichtung (1), umfassend – mindestens eine Brennstoffzelle, – eine Anodenrezirkulationsvorrichtung (5) mit wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider (6) und – eine Verteilerplatte (3) zur Zu- und Abfuhr von Reaktanten dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des Flüssigkeitsabscheiders (6) mit der Verteilerplatte (3) als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt ist.Fuel cell device ( 1 ), comprising - at least one fuel cell, - an anode recirculation device ( 5 ) with at least one liquid separator ( 6 ) and - a distributor plate ( 3 ) for the supply and removal of reactants, characterized in that at least a portion of the liquid separator ( 6 ) with the distributor plate ( 3 ) is designed as a common unit integrated. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsabscheider (6) ein Oberteil (6.1) und ein Unterteil (6.2) umfasst, wobei das Oberteil (6.1) mit der Verteilerplatte (3) als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt ist.Fuel cell device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the liquid separator ( 6 ) a top ( 6.1 ) and a lower part ( 6.2 ), wherein the upper part ( 6.1 ) with the distributor plate ( 3 ) is designed as a common unit integrated. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit aus Kunststoff gebildet ist.Fuel cell device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the structural unit is formed from plastic. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (6.2) zumindest abschnittsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet ist.Fuel cell device ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the lower part ( 6.2 ) is at least partially formed of a metal or a metal alloy. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit wenigstens ein Leitungselement (L7) umfasst, welches den Flüssigkeitsabscheider (6) mit der Verteilerplatte (3) strömungstechnisch verbindet.Fuel cell device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the structural unit comprises at least one line element (L7), which the liquid separator ( 6 ) with the distributor plate ( 3 ) fluidically connects. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Leitungselement (L7) in einen Portbereich der Verteilerplatte (3) zur Zuführung eines Anodenreaktanten mündet.Fuel cell device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the at least one line element (L7) in a port region of the distributor plate ( 3 ) for supplying an anode reactant. Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung (1), wobei wenigstens eine Brennstoffzelle, eine Anodenrezirkulationsvorrichtung (5) mit wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider (6) und eine Verteilerplatte (3) zur Zu- und Abfuhr von Reaktanten zu einer Brennstoffzellenvorrichtung (1) zusammengefasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des Flüssigkeitsabscheiders (6) mit der Verteilerplatte (3) als eine gemeinsame Baueinheit integriert ausgeführt wird.Method for producing a fuel cell device ( 1 ), wherein at least one fuel cell, an anode recirculation device ( 5 ) with at least one liquid separator ( 6 ) and a distributor plate ( 3 ) for the supply and removal of reactants to a fuel cell device ( 1 ), characterized in that at least a portion of the liquid separator ( 6 ) with the distributor plate ( 3 ) is implemented as a common unit integrated. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit mit einem, die wenigstens eine Brennstoffzelle umgebenden Gehäuse (2) kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden wird.A method according to claim 7, characterized in that the structural unit with a, the at least one fuel cell surrounding housing ( 2 ) is positively and / or positively and / or materially connected.
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