DE102014226086A1

DE102014226086A1 - fuel cell device

Info

Publication number: DE102014226086A1
Application number: DE102014226086.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schulze; Friedrich Kneule
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere tubulare Brennstoffzellenvorrichtung, mit einer Brennstoffzelleneinheit (12), welche zumindest einen Gasraum (14), der dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand zumindest einen Reaktanten aufzunehmen, zumindest teilweise begrenzt und welche zumindest einen Montagefuß (16) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass der Montagefuß (16) in Umfangsrichtung betrachtet lediglich ein Teilsegment (18, 46, 48) einer Begrenzungswand (20, 50, 52) zumindest eines Gasführungskanals (22, 76) ausbildet und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem mit zumindest einem weiteren Montagefuß (24, 40, 44 zumindest einer weiteren Brennstoffzellenvorrichtung (26, 38, 42) montierten Zustand den in Umfangsrichtung geschlossenen Gasführungskanal (22, 76) auszubilden.The invention is based on a fuel cell device, in particular tubular fuel cell device, with a fuel cell unit (12) which at least partially encloses at least one gas space (14) which is intended to receive at least one reactant in at least one operating state and which at least one mounting foot (FIG. 16). It is proposed that the mounting foot (16), viewed in the circumferential direction, forms only a partial segment (18, 46, 48) of a boundary wall (20, 50, 52) of at least one gas guide channel (22, 76) and is provided in at least one At least one further mounting foot (24, 40, 44 of at least one further fuel cell device (26, 38, 42) mounted state the circumferentially closed gas guide channel (22, 76) form.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel cell device according to the preamble of patent claim 1.

Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelleneinheit bekannt, welche zumindest einen Gasraum, welcher dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand zumindest einen Reaktanten aufzunehmen, zumindest teilweise begrenzt und welche einen Montagefuß aufweist. Zu einer Gaszuführung und/oder einer Gasrückführung zu und/oder von der Brennstoffzellenvorrichtung ist zusätzlich zu der Brennstoffzellenvorrichtung eine aufwändige mehrlagige Platteneinheit notwendig, mit welcher der Montagefuß verbunden ist. A fuel cell device with a fuel cell unit is already known, which has at least one gas space, which is provided to receive at least one reactant in at least one operating state, at least partially delimited and which has a mounting foot. To a gas supply and / or a gas recirculation to and / or from the fuel cell device in addition to the fuel cell device, a complex multi-layer plate unit is necessary, with which the mounting base is connected.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere einer tubulären Brennstoffzellenvorrichtung, mit einer Brennstoffzelleneinheit, welche zumindest einen Gasraum, der dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand zumindest einen Reaktanten aufzunehmen, zumindest teilweise begrenzt und welche zumindest einen Montagefuß aufweist.The invention is based on a fuel cell device, in particular a tubular fuel cell device, with a fuel cell unit which has at least one gas space, which is provided to receive at least one reactant in at least one operating state, at least partially limited and which has at least one mounting foot.

Es wird vorgeschlagen, dass der Montagefuß in Umfangsrichtung betrachtet lediglich ein Teilsegment einer Begrenzungswand zumindest eines Gasführungskanals ausbildet und dazu vorgesehen ist, in zumindest einem mit zumindest einem weiteren Montagefuß zumindest einer weiteren Brennstoffzellenvorrichtung montierten Zustand den in Umfangsrichtung geschlossenen Gasführungskanal auszubilden. Unter einer „Brennstoffzellenvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische und/oder thermische Energie, umzuwandeln. Die zumindest eine Brennstoffzellenvorrichtung ist vorzugsweise als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer „Brennstoffzelleneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche insbesondere zumindest teilweise eine äußere Hülle der Brennstoffzellenvorrichtung ausbildet. Ferner kann die Brennstoffzelleneinheit insbesondere passive Elemente, insbesondere zu einer Gasführung und/oder -leitung und/oder zu einer Montage der Brennstoffzellenvorrichtung, umfassen. Insbesondere kann die Brennstoffzelleneinheit einstückig ausgebildet sein. Unter „einstückig“ soll insbesondere stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder Klebeprozess usw., und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Abdeckhaube aufweist. Vorzugsweise ist die zumindest eine Abdeckhaube als ein Brennstoffzellentubus ausgebildet. Insbesondere umfasst die zumindest eine Abdeckhaube einen zumindest im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper. Insbesondere kann der Grundkörper eine zumindest im Wesentlichen runde, beispielsweise kreisförmige oder ovalförmige, und/oder eine polygone Grundfläche aufweisen. Insbesondere ist der Grundkörper an einem Ende zumindest im Wesentlichen geschlossen und vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gasdicht ausgeführt. Der zumindest eine Montagefuß ist vorzugsweise an einem offenen Ende der zumindest einen Abdeckhaube angeordnet und einstückig mit dieser ausgebildet. Insbesondere ist der zumindest eine Montagefuß von einem zumindest im Wesentlichen gas- und/oder dampfdichten Material gebildet.It is proposed that the mounting foot viewed in the circumferential direction forms only a partial segment of a boundary wall of at least one gas guide channel and is provided to form the circumferentially closed gas guide channel in at least one mounted with at least one other mounting foot of at least one further fuel cell device state. In this context, a "fuel cell device" should be understood as meaning in particular a device which is provided with at least one chemical reaction energy of at least one, in particular continuously supplied, fuel gas, in particular hydrogen and / or carbon monoxide, and at least one oxidant, in particular oxygen, in particular electrical and / or thermal energy, to transform. The at least one fuel cell device is preferably designed as a solid oxide fuel cell (SOFC). By "provided" is intended to be understood in particular specially programmed, designed and / or equipped. The fact that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state. In this context, a "fuel cell unit" is to be understood as meaning, in particular, a unit which, in particular, at least partially forms an outer shell of the fuel cell device. In addition, the fuel cell unit may in particular comprise passive elements, in particular for gas guidance and / or conduction and / or for mounting the fuel cell device. In particular, the fuel cell unit may be formed in one piece. By "one-piece" should in particular be cohesively connected, as for example by a welding process and / or gluing process, etc., and particularly advantageous molded, as understood by the production of a cast and / or by the production in a single or Mehrkomponentenspritzverfahren. In this context, it is proposed that the fuel cell unit has at least one cover. Preferably, the at least one cover is designed as a fuel cell tube. In particular, the at least one cover hood comprises an at least substantially hollow-cylindrical basic body. In particular, the base body can have an at least substantially round, for example circular or oval-shaped, and / or a polygonal base surface. In particular, the base body is at least substantially closed at one end and preferably at least substantially gas-tight. The at least one mounting foot is preferably arranged at an open end of the at least one cover and formed integrally therewith. In particular, the at least one mounting foot is formed by an at least substantially gas and / or vapor-tight material.

Unter einem „Reaktanten“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein chemischer Stoff und/oder ein chemisches Stoffgemisch verstanden werden, welcher und/oder welches insbesondere zu einer Verwendung bei einer chemischen Reaktion, insbesondere zu einer Verwendung in einem Syntheseprozess, insbesondere innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung, vorgesehen ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem zumindest einen Reaktanten um ein Brenngas oder um Sauerstoff oder um ein brenngashaltiges Gasgemisch oder um ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch. Insbesondere ist das zumindest eine Synthesegas zur Synthese von Wasser und/oder Kohlenstoffdioxid innerhalb der zumindest einen Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehen. Insbesondere wird der zumindest eine Reaktant während eines Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung insbesondere kontinuierlich dem zumindest einen Gasraum zugeführt. Unter einem „Gasraum“ soll insbesondere ein räumlicher Bereich verstanden werden, der zumindest teilweise von einer sichtbaren Außenfläche gegenüberliegenden, insbesondere zumindest teilweise nicht sichtbarer Innenfläche der Brennstoffzelleneinheit begrenzt ist.In this context, a "reactant" is to be understood as meaning, in particular, a chemical substance and / or a chemical substance mixture which and / or which are intended in particular for use in a chemical reaction, in particular for use in a synthesis process, in particular within the fuel cell device is. The at least one reactant is preferably a fuel gas or oxygen or a gas mixture containing fuel gas or an oxygen-containing gas mixture. In particular, the at least one synthesis gas is provided for the synthesis of water and / or carbon dioxide within the at least one fuel cell device. In particular, the at least one reactant is supplied in particular continuously to the at least one gas space during operation of the fuel cell device. A "gas space" is to be understood in particular as meaning a spatial area which is at least partially bounded by a visible outer surface, in particular at least partially invisible inner surface of the fuel cell unit.

Unter einem „Montagefuß“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein vorzugsweise zumindest teilweise als ein Sockel und/oder als ein Flansch ausgebildeter Bereich der Brennstoffzelleneinheit verstanden werden, welcher insbesondere zu einer Montage und insbesondere zu einer Befestigung und/oder Abdichtung der Brennstoffzellenvorrichtung insbesondere innerhalb eines Brennstoffzellensystems vorgesehen ist. Unter einer „Umfangsrichtung" eines Objekts soll insbesondere eine azimutale, senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Objekts und/oder senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung eines in dem Objekt geführten Fluids angeordnete Richtung verstanden werden. Unter einer „Längserstreckungsrichtung" eines Objekts soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel ist zu einer längsten Kante eines kleinsten gedachten Quaders, welcher das Objekt gerade noch umgibt. Insbesondere entspricht die Längserstreckungsrichtung des Gasführungskanals der Hauptströmungsrichtung. Darunter, dass der zumindest eine Montagefuß dazu vorgesehen ist, zumindest in einem mit einem weiteren Montagefuß einer weiteren Brennstoffzellenvorrichtung montierten Zustand „einen in Umfangsrichtung geschlossenen Gasführungskanal auszubilden“, soll insbesondere verstanden werden, dass der Montagefuß in Umfangsrichtung betrachtet ein Teilsegment einer Begrenzungswand ausbildet, welches in dem montierten Zustand durch den weiteren Montagefuß der weiteren Brennstoffzellenvorrichtung, zu einem insbesondere in Umfangsrichtung geschlossenen Gasführungskanal ergänzt ist. Insbesondere bildet der weitere Montagefuß in Umfangsrichtung betrachtet ein weiteres Teilsegment einer Begrenzungswand aus, welches sich in dem montierten Zustand mit dem Teilsegment des Montagefußes zu einer in Umfangsrichtung geschlossenen Begrenzungswand eines Gasführungskanals ergänzt. Der zumindest eine Gasführungskanal kann insbesondere als ein Frischgasführungskanal, welcher insbesondere dazu vorgesehen ist, dem Gasraum insbesondere ein Brenngas und/oder ein Brenngasgemisch zuzuführen, und/oder als ein Abgasführungskanal, welcher insbesondere dazu vorgesehen ist, ein Prozessabgas von dem Gasraum abzuführen, ausgebildet sein. Under a "mounting foot" in this context, in particular a preferably at least partially understood as a base and / or as a flange formed region of the fuel cell unit, which is particularly intended for mounting and in particular for attachment and / or sealing of the fuel cell device, in particular within a fuel cell system. A "circumferential direction" of an object is to be understood as meaning, in particular, an azimuthal direction which is perpendicular to a longitudinal extension direction of the object and / or perpendicular to a main flow direction of a fluid carried in the object. which is parallel to a longest edge of a smallest imaginary cuboid, which just surrounds the object. In particular, the longitudinal extension direction of the gas guide channel corresponds to the main flow direction. Including that the at least one mounting foot is provided, at least in a mounted with another mounting foot of another fuel cell device state "form a circumferentially closed gas guide channel" is to be understood in particular that the mounting foot in the circumferential direction forms a partial segment of a boundary wall, which forms is supplemented in the mounted state by the further mounting foot of the further fuel cell device, to a closed in particular in the circumferential direction gas guide channel. In particular, the further mounting foot, viewed in the circumferential direction, forms a further sub-segment of a boundary wall, which in the mounted state complements the partial segment of the mounting foot to form a boundary wall of a gas guide channel that is closed in the circumferential direction. The at least one gas guide channel can be designed, in particular, as a fresh gas guide channel, which is provided in particular for supplying a fuel gas and / or a fuel gas mixture to the gas space, and / or as an exhaust gas guide channel, which is provided in particular for removing a process gas from the gas space ,

Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Komplexität, insbesondere einer Ausbildung eines Gasführungskanals, insbesondere eines Frischgasführungskanals und/oder eines Abgasführungskanals, bereitgestellt werden. Ferner kann eine Gasführung und/oder eine Abdichtung insbesondere des Gasführungskanals vorteilhaft vereinfacht werden, wodurch insbesondere ein Herstellungsaufwand und/oder Fertigungskosten vorteilhaft reduziert werden können.By such a configuration, a generic fuel cell device with improved properties in terms of complexity, in particular a formation of a gas guide channel, in particular a fresh gas guide channel and / or an exhaust gas duct, are provided. Furthermore, a gas guide and / or a seal, in particular of the gas guide channel can be advantageously simplified, which in particular a manufacturing cost and / or manufacturing costs can be reduced advantageously.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Montagefuß zumindest eine Verbindungseinheit aufweist, welche zu einer Verbindung mit dem weiteren Montagefuß vorgesehen ist. Unter einer „Verbindungseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, insbesondere zumindest eine stoffschlüssige und/oder zumindest eine kraftschlüssige und/oder vorzugsweise zumindest eine formschlüssige Verbindung des Montagefußes mit zumindest einem weiteren, insbesondere zu dem Montagefuß korrespondierend und vorzugsweise identisch ausgebildeten Montagefuß herzustellen. Hierdurch kann eine sichere und zuverlässige Verbindung zwischen den Brennstoffzellenvorrichtungen bereitgestellt werden.In a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the mounting foot has at least one connection unit which is provided for connection to the further mounting foot. A "connection unit" is to be understood in this context, in particular a unit which is provided, in particular at least one cohesive and / or at least one frictional and / or preferably at least one positive connection of the mounting foot with at least one other, in particular to the mounting foot corresponding and preferably produce identically designed mounting foot. This can provide a secure and reliable connection between the fuel cell devices.

Vorteilhaft umfasst die Verbindungseinheit zumindest ein Formschlusselement, welches insbesondere von zumindest einem Grundkörper des Montagefußes absteht und/oder zumindest teilweise in den zumindest einen Grundkörper eingebracht ist. Vorzugsweise ist die Verbindungseinheit dazu vorgesehen, den Montagefuß mit einer Mehrzahl von weiteren, insbesondere korrespondierend und vorzugsweise identisch ausgebildeten Montagefüßen zu verbinden, insbesondere zumindest stoffschlüssig und/oder zumindest kraftschlüssig und/oder vorzugsweise zumindest formschlüssig. Insbesondere ist die Verbindungseinheit dazu vorgesehen, derart mit der weiteren Verbindungseinheit des zumindest einen weiteren Montagefußes verbunden zu werden, dass der Montagefuß und der weiterer Montagefuß zumindest im Wesentlichen unmittelbar miteinander verbunden sind. Darunter, dass der Montagefuß und der weitere Montagefuß „zumindest im Wesentlichen unmittelbar miteinander verbunden sind“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Fußeinheiten sich physisch direkt berühren und/oder mittelbar über eine vorzugsweise dünne, insbesondere adhäsive, Kontaktschicht kontaktiert sind. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder exakte und/oder insbesondere mechanisch stabile Verbindung des Montagefußes mit einem weiteren Montagefuß erfolgen.Advantageously, the connection unit comprises at least one interlocking element, which protrudes in particular from at least one main body of the mounting foot and / or is at least partially introduced into the at least one base body. Preferably, the connection unit is provided to connect the mounting foot with a plurality of further, in particular correspondingly and preferably identically designed mounting feet, in particular at least materially and / or at least positively and / or preferably at least positively. In particular, the connection unit is intended to be connected to the further connection unit of the at least one further mounting foot in such a way that the mounting foot and the further mounting foot are connected to each other at least substantially directly. By the fact that the mounting foot and the further mounting foot "are at least substantially directly connected to each other" should be understood in particular that the foot units are physically directly touching and / or indirectly contacted via a preferably thin, in particular adhesive, contact layer. In this way, an advantageous simple and / or exact and / or in particular mechanically stable connection of the mounting foot can be done with a further mounting foot.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Montagefuß in Umfangsrichtung betrachtet lediglich eine Hälfte einer Begrenzungswand zumindest eines Gasführungskanals ausbildet. Darunter, dass der Montagefuß in Umfangsrichtung betrachtet „eine Hälfte einer Begrenzungswand zumindest eines Gasführungskanal ausbildet“ soll insbesondere verstanden werden, dass der Montagefuß in einem montierten Zustand des Montagefußes durch genau einen weiteren Montagefuß zu einem in Umfangsrichtung geschlossenen Gasführungskanal ergänzt ist. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Ausbildung eines Gasführungskanals ermöglicht werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is proposed that the mounting foot viewed in the circumferential direction forms only one half of a boundary wall of at least one gas guide channel. Including that the mounting foot viewed in the circumferential direction "one half of a boundary wall at least one gas guide channel forms" should be understood in particular that the mounting foot is supplemented in a mounted state of the mounting foot by exactly one other mounting foot to a closed in the circumferential direction gas guide channel. In this way, an advantageous simple and / or cost-effective design of a gas guide channel can be made possible.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Montagefuß in Umfangsrichtung betrachtet lediglich ein Viertel einer Begrenzungswand zumindest eines Gasführungskanals ausbildet. Darunter, dass der Montagefuß in Umfangsrichtung betrachtet „ein Viertel einer Begrenzungswand zumindest eines Gasführungskanal ausbildet“ soll insbesondere verstanden werden, dass der Montagefuß in einem montierten Zustand des Montagefußes durch genau drei weitere Montagefüße zu einem in Umfangsrichtung geschlossenen Gasführungskanal ergänzt ist. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Ausbildung eines Gasführungskanals ermöglicht werden.Furthermore, it is proposed that the mounting foot in the circumferential direction only considered forms a quarter of a boundary wall of at least one gas guide channel. Including that the mounting foot viewed in the circumferential direction "forms a quarter of a boundary wall at least one gas guide channel" is to be understood in particular that the mounting foot is complemented in a mounted state of the mounting foot by exactly three other mounting feet to a closed in the circumferential direction gas guide channel. In this way, an advantageous simple and / or cost-effective design of a gas guide channel can be made possible.

Ferner wird ein Brennstoffzellensystem mit zumindest einer ersten Brennstoffzellenvorrichtung und zumindest einer zweiten Brennstoffzellenvorrichtung vorgeschlagen, wobei der Montagefuß der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der Montagefuß der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung gemeinsam einen in Umfangsrichtung geschlossenen Frischgasführungskanal ausbilden. Darunter, dass ein Montagefuß der zumindest einen ersten Brennstoffzellenvorrichtung und zumindest ein Montagefuß der zumindest zweiten Brennstoffzellenvorrichtung gemeinsam einen „in Umfangsrichtung geschlossenen Frischgasführungskanal ausbilden“, soll insbesondere verstanden werden, dass sich von den Montagefüßen ausgebildete Teilsegmente einer Begrenzungswand eines Gasführungskanals zu dem in Umfangsrichtung geschlossenen Frischgasführungskanal ergänzen. Kontaktstellen zwischen den Montagefüßen sind vorzugsweise durch ein Dichtelement und/oder eine Dichtmasse abgedichtet. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Ausbildung eines Frischgasführungskanals erreicht werden. Ferner kann eine vorteilhaft einfache Gasführung innerhalb des Brennstoffzellensystems erreicht und/oder ein Abdichtungskonzept vorteilhaft vereinfacht werden.Furthermore, a fuel cell system with at least one first fuel cell device and at least one second fuel cell device is proposed, wherein the mounting foot of the first fuel cell device and the mounting foot of the second fuel cell device together form a circumferentially closed fresh gas guide channel. Including that a mounting foot of the at least one first fuel cell device and at least one mounting foot of the at least second fuel cell device together form a "circumferentially closed fresh gas guide channel" should be understood in particular that formed by the mounting feet sub-segments of a boundary wall of a gas guide channel to the circumferentially closed fresh gas guide channel complete. Contact points between the mounting feet are preferably sealed by a sealing element and / or a sealing compound. This allows an advantageously simple and / or cost-effective design of a fresh gas guide channel can be achieved. Furthermore, an advantageously simple gas routing within the fuel cell system can be achieved and / or a sealing concept can advantageously be simplified.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Brennstoffzellensystem zumindest eine dritte Brennstoffzellenvorrichtungen und zumindest eine vierte Brennstoffzellenvorrichtung umfasst, wobei die Montagefüße der Brennstoffzellenvorrichtungen gemeinsam einen in Umfangsrichtung geschlossenen Frischgaskanal und einen in Umfangsrichtung geschlossenen Abgasführungskanal ausbilden. Darunter, dass die Montagefüße der vier Brennstoffzellenvorrichtung gemeinsam einen „in Umfangsrichtung geschlossenen Abgasführungskanal ausbilden“, soll insbesondere verstanden werden, dass sich von den Montagefüßen ausgebildete Teilsegmente einer Begrenzungswand eines Gasführungskanals zu dem in Umfangsrichtung geschlossenen Frischgasführungskanal ergänzen. Kontaktstellen zwischen den Montagefüßen sind vorzugsweise durch ein Dichtelement und/oder eine Dichtmasse abgedichtet. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Ausbildung eines Abgasführungskanals erreicht werden. Ferner kann eine vorteilhaft einfache Gasführung innerhalb des Brennstoffzellensystems erreicht und/oder ein Abdichtungskonzept vorteilhaft vereinfacht werden.Furthermore, it is proposed that the fuel cell system comprises at least a third fuel cell devices and at least a fourth fuel cell device, wherein the mounting feet of the fuel cell devices together form a circumferentially closed fresh gas channel and a circumferentially closed exhaust gas duct. Including that the mounting feet of the four fuel cell device together form a "circumferentially closed exhaust duct" should be understood in particular that complement formed by the mounting feet sub-segments of a boundary wall of a gas duct to the circumferentially closed fresh gas duct. Contact points between the mounting feet are preferably sealed by a sealing element and / or a sealing compound. In this way, an advantageous simple and / or cost-effective design of an exhaust gas duct can be achieved. Furthermore, an advantageously simple gas routing within the fuel cell system can be achieved and / or a sealing concept can advantageously be simplified.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtungen in einem montierten Zustand jeweils paarweise bezüglich parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Brennstoffzellenvorrichtungen verlaufender Mittelachsen zumindest im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% und besonders bevorzugt weniger als 2,5% des vorgegebenen Werts abweicht. Hierdurch kann eine vorteilhaft kompakte Bauweise des Brennstoffzellensystems erreicht werden.In addition, it is proposed that the fuel cell devices in an assembled state are each aligned in pairs at least substantially aligned with each other with respect to parallel to a longitudinal direction of the fuel cell devices extending center axes. By "at least essentially" is to be understood in this context in particular that a deviation from a predetermined value in particular less than 10%, preferably less than 5% and more preferably less than 2.5% of the predetermined value deviates. As a result, an advantageously compact design of the fuel cell system can be achieved.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Frischgasführungskanal und der Abgasführungskanal zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Unter „zumindest im Wesentlichen parallel“ soll insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung von höchstens 10°, vorzugsweise von maximal 5°, vorteilhaft von höchstens 2,5° und besonders vorteilhaft von maximal 1° aufweist. Hierdurch kann eine vorteilhafte Gasführung innerhalb des Brennstoffzellensystems und insbesondere eine vorteilhafte Ein- und/oder Ausleitung von Gasen in das Brennstoffzellensystem und/oder aus dem Brennstoffzellensystem erreicht werden.Furthermore, it is proposed that the fresh gas guide channel and the exhaust gas guide channel run at least substantially parallel to one another. By "at least substantially parallel" should be understood in particular an orientation of a direction relative to a reference direction, in particular in a plane, wherein the direction relative to the reference direction a deviation of at most 10 °, preferably of at most 5 °, preferably of at most 2, 5 ° and particularly advantageous of a maximum of 1 °. In this way, an advantageous gas routing within the fuel cell system and in particular an advantageous introduction and / or discharge of gases into the fuel cell system and / or from the fuel cell system can be achieved.

Vorzugsweise sind die Brennstoffzellenvorrichtungen identisch zueinander ausgebildet. Die Brennstoffzellenvorrichtungen sind insbesondere hinsichtlich ihres funktionellen und/oder geometrischen Aufbaus identisch zueinander ausgebildet. Hierdurch können Herstellungskosten vorteilhaft reduziert werden.Preferably, the fuel cell devices are formed identical to each other. The fuel cell devices are formed identical to one another, in particular with regard to their functional and / or geometric structure. As a result, manufacturing costs can be advantageously reduced.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.The fuel cell device according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the fuel cell device according to the invention may have a different number from a number of individual elements, components and units mentioned herein for fulfilling a mode of operation described herein.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigt:It shows:

1 eine perspektivische Außendarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung und 1 an external perspective view of a fuel cell device and

2 ein Brennstoffzellensystem mit vier identisch ausgebildeten Brennstoffzellenvorrichtungen. 2 a fuel cell system with four identically designed fuel cell devices.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 zeigt eine perspektivische Außenansicht einer Brennstoffzellenvorrichtung 10, welche als tubulare Brennstoffzellenvorrichtung ausgebildet ist. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 12, welche einen Gasraum 14 (hier nicht sichtbar, siehe 2) begrenzt. Der Gasraum 14 ist dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand einen Reaktanten, insbesondere ein Brenngas aufzunehmen. Die Brennstoffzelleneinheit 12 weist einen Montagefuß 16 auf. Der der Montagefuß 16 bildet Teilsegmente 18, 46, 48 von Begrenzungswänden 20, 50, 52 von Gasführungskanälen 22, 76 aus. Der Montagefuß 16 ist dazu vorgesehen, in einem mit weiteren Montagefüßen 24, 40, 44 weiterer in 1 nicht dargestellter Brennstoffzellenvorrichtungen 26, 38, 42 montierten Zustand in Umfangsrichtung geschlossenen Gasführungskanäle 22, 76 auszubilden (siehe 2). 1 shows an external perspective view of a fuel cell device 10 , which is formed as a tubular fuel cell device. The fuel cell device 10 includes a fuel cell unit 12 which is a gas room 14 (not visible here, see 2 ) limited. The gas space 14 is intended to receive a reactant, in particular a fuel gas in an operating state. The fuel cell unit 12 has a mounting foot 16 on. The mounting foot 16 forms subsegments 18 . 46 . 48 of boundary walls 20 . 50 . 52 of gas ducts 22 . 76 out. The mounting foot 16 is intended to be in one with additional mounting feet 24 . 40 . 44 further in 1 unillustrated fuel cell devices 26 . 38 . 42 mounted state in the circumferential direction closed gas guide channels 22 . 76 to train (see 2 ).

Der Montagefuß 16 bildet ein Teilsegment 18 einer Begrenzungswand 20 eines Frischgasführungskanals 32 aus. Hierbei bildet der Montagefuß 16 in Umfangsrichtung betrachtet eine Hälfte der Begrenzungswand 20 des Frischgasführungskanals 32 aus. Ferner bildet der Montagefuß 16 Teilsegmente 46, 48 einer Begrenzungswand 50, 52 jeweils eines Abgasführungskanals 34 aus. Hierbei bildet der Montagefuß 16 jeweils ein Viertel der Begrenzungswand 50, 52 des jeweiligen Abgasführungskanals 34 aus.The mounting foot 16 forms a subsegment 18 a boundary wall 20 a fresh gas guide channel 32 out. Here, the mounting foot forms 16 viewed in the circumferential direction, one half of the boundary wall 20 of the fresh gas guide channel 32 out. Furthermore, the mounting foot forms 16 subsegments 46 . 48 a boundary wall 50 . 52 each of an exhaust duct 34 out. Here, the mounting foot forms 16 one quarter of the boundary wall 50 . 52 of the respective exhaust duct 34 out.

Zur Verbindung des Montagefußes 16 mit den weiteren Montagefüßen 24, 40, 44 weist der Montagefuß 16 eine Verbindungseinheit 28 auf. Die Verbindungseinheit 28 ist insbesondere dazu vorgesehen, ein Zusammenfügen der Montagefüße 16, 24, 40, 44 zu erleichtern und die Montagefüße 16, 24, 40, 44 zueinander auszurichten. Die Verbindungseinheit 28 weist eine Mehrzahl von Formschlusselementen 30 zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Montagefüßen 16, 24, 40, 44 auf (siehe 2). Die Verbindungseinheit 28 ist einstückig mit dem Montagefuß 16 ausgebildet. Der Montagefuß 16 und die Verbindungseinheit 28 sind vorzugsweise von einem keramischen Material gebildet. Insbesondere durch ein Spritzgussverfahren kann der Montagefuß 16 einstückig mit der Verbindungseinheit 28 ausgebildet werden.For connecting the mounting foot 16 with the other mounting feet 24 . 40 . 44 has the mounting foot 16 a connection unit 28 on. The connection unit 28 is especially intended to assemble the mounting feet 16 . 24 . 40 . 44 to facilitate and the assembly feet 16 . 24 . 40 . 44 to align with each other. The connection unit 28 has a plurality of positive-locking elements 30 for producing a positive connection between the mounting feet 16 . 24 . 40 . 44 on (see 2 ). The connection unit 28 is integral with the mounting foot 16 educated. The mounting foot 16 and the connection unit 28 are preferably formed of a ceramic material. In particular, by an injection molding process, the mounting foot 16 integral with the connection unit 28 be formed.

2 zeigt ein Brennstoffzellensystem 36 mit vier identisch zueinander ausgebildeten Brennstoffzellenvorrichtungen 10, 26, 38, 42, von denen zwei Brennstoffzellenvorrichtungen 38, 42 hier lediglich teilweise dargestellt sind. Die Brennstoffzellenvorrichtungen 10, 26, 38, 42 sind in dem Brennstoffzellensystem 36 derart angeordnet, dass diese paarweise bezüglich parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Brennstoffzellenvorrichtungen 10, 26, 38, 42 verlaufenden Mittelachsen fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Die Montagefüße 16, 24, 40, 44 jeweils zweier der Brennstoffzellenvorrichtungen 10, 26, 38, 42 bildet gemeinsam jeweils einen in Umfangsrichtung geschlossenen Frischgasführungskanal 32, 58 aus. Die Montagefüße 16, 24, 40, 44 aller vier Brennstoffzellenvorrichtungen 10, 26, 38, 42 bilden gemeinsam einen in Umfangsrichtung geschlossenen Abgasführungskanal 34 aus. Die Frischgasführungskanäle 32, 58 und der Abgasführungskanal 34 verlaufen dabei parallel zueinander. 2 shows a fuel cell system 36 with four identical to each other fuel cell devices 10 . 26 . 38 . 42 of which two fuel cell devices 38 . 42 here are shown only partially. The fuel cell devices 10 . 26 . 38 . 42 are in the fuel cell system 36 arranged so as to be pairwise with respect to a longitudinal direction of extension of the fuel cell devices 10 . 26 . 38 . 42 extending center axes are aligned with each other. The mounting feet 16 . 24 . 40 . 44 each two of the fuel cell devices 10 . 26 . 38 . 42 together forms a respective closed fresh gas guide channel in the circumferential direction 32 . 58 out. The mounting feet 16 . 24 . 40 . 44 all four fuel cell devices 10 . 26 . 38 . 42 together form a closed in the circumferential direction exhaust duct 34 out. The fresh gas guide channels 32 . 58 and the exhaust duct 34 run parallel to each other.

Die Brennstoffzelleneinheit 12 einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist hier teilweise geschnitten dargestellt. Die Brennstoffzelleneinheit 12 umfasst einen hohlzylindrischen Grundkörper 60, welche eine kreisförmige Grundfläche aufweist. Der Grundkörper 60 ist an einem oberen Ende 62 gasdicht ausgeführt. Des Weiteren weisen der Grundkörper 60 einen offen porös ausgebildeten Teilbereich 64 auf. Auf eine Innenseite des Grundkörpers 60 ist eine hier nicht dargestellte Funktionsschicht aufgebracht. Alternativ kann eine Funktionsschicht auch auf eine Außenseite eines Grundkörpers aufgebracht sein. Die Funktionsschicht weist jeweils eine Anode, eine Kathode und ein zwischen der Anode und der Kathode angeordnetes Elektrolyt auf. Der Montagefuß 16 ist einstückig mit dem Grundkörper 60 ausgebildet. The fuel cell unit 12 a fuel cell device 10 is shown partially cut here. The fuel cell unit 12 comprises a hollow cylindrical body 60 which has a circular base. The main body 60 is at an upper end 62 gas-tight. Furthermore, the basic body 60 an openly porous part 64 on. On an inside of the main body 60 is applied a functional layer, not shown here. Alternatively, a functional layer can also be applied to an outer side of a main body. The functional layer has in each case an anode, a cathode and an electrolyte arranged between the anode and the cathode. The mounting foot 16 is integral with the main body 60 educated.

Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 ein röhrenförmig ausgebildetes Zuströmelement 66 auf, welches in den Grundkörper 60 hinein ragt. Das Zuströmelement 66 ist dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand einen Reaktanten, insbesondere Wasserstoff, in den Gasraum 14 der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zu leiten und den Funktionsschicht zuzuführen. Der Reaktant wird dem Zuströmelement 66 über den Frischgasführungskanal 32 zugeleitet. Ein zweiter Reaktant, insbesondere Sauerstoff oder Luft, wird der Funktionsschicht über den porösen Teilbereich 64 zugeführt. Eine Ausleitung eines Reaktionsprodukts aus dem Gasraum 14 erfolgt über Ausleitungsausnehmungen 68, 70 welche in den Abgasführungskanal 34 münden, welcher dazu vorgesehen ist, das Reaktionsprodukt aus dem Brennstoffzellensystem 36 abzuleiten. Furthermore, the fuel cell device 10 a tubular inflow element 66 which is in the main body 60 protrudes into it. The inflow element 66 is intended, in at least one operating state, a reactant, in particular hydrogen, in the gas space 14 the fuel cell device 10 to conduct and supply the functional layer. The reactant becomes the inflow element 66 over the fresh gas guide channel 32 fed. A second reactant, in particular oxygen or air, becomes the functional layer over the porous portion 64 fed. A discharge of a reaction product from the gas space 14 via Ausleitungsausnehmungen 68 . 70 which in the exhaust duct 34 lead, which is intended to the reaction product from the fuel cell system 36 derive.

Durch ein Hinzufügen von weiteren Brennstoffzellenvorrichtungen zu dem Brennstoffzellensystem 36 oder durch ein Zusammenfügen des Brennstoffzellensystems 36 mit weiteren insbesondere identisch ausgebildeten Brennstoffzellensystemen kann ein Brennstoffzellenstack mit einer gewünschten Leistung erstellt werden. Eine mechanische Verbindung des Brennstoffzellensystems 36 mit weiteren Brennstoffzellensystemen erfolgt dabei über eine an Stirnflächen 74 der Montagefüße 16, 24, 40, 44 angeordnete Nut-Feder-Verbindung 72.By adding further fuel cell devices to the fuel cell system 36 or by assembling the fuel cell system 36 With further, in particular identically designed, fuel cell systems, a fuel cell stack with a desired power can be created. A mechanical connection of the fuel cell system 36 with further fuel cell systems takes place via an end faces 74 the mounting feet 16 . 24 . 40 . 44 arranged tongue and groove connection 72 ,

Claims

Fuel cell device, in particular tubular fuel cell device, with a fuel cell unit ( 12 ), which at least one gas space ( 14 ), which is provided to receive at least one reactant in at least one operating state, at least partially limited and which at least one mounting foot ( 16 ), characterized in that the mounting foot ( 16 ) viewed in the circumferential direction, only a sub-segment ( 18 . 46 . 48 ) a boundary wall ( 20 . 50 . 52 ) at least one gas conduction channel ( 22 . 76 ) and is provided in at least one with at least one further mounting foot ( 24 . 40 . 44 ) at least one further fuel cell device ( 26 . 38 . 42 ) mounted state the circumferentially closed gas guide channel ( 22 . 76 ) train.

Fuel cell device according to claim 1, characterized in that the mounting foot ( 16 ) at least one connection unit ( 28 ), which for connection to the further mounting foot ( 24 . 40 . 44 ) is provided.

Fuel cell device according to claim 2, characterized in that the connection unit ( 28 ) at least one positive locking element ( 30 ) having.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the mounting foot ( 16 ) viewed in the circumferential direction, only one half of a boundary wall ( 20 ) at least one gas conduction channel ( 22 ) trains.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the mounting foot ( 16 ) viewed in the circumferential direction, only a quarter of a boundary wall ( 50 . 52 ) at least one gas conduction channel ( 76 ) trains.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the mounting foot ( 16 ) viewed in the circumferential direction, only a sub-segment ( 18 ) a boundary wall ( 20 ) at least one fresh gas guide channel ( 32 ) trains.

A fuel cell device according to any one of the preceding claims, characterized in that the mounting foot ( 16 ) viewed in the circumferential direction, only a sub-segment ( 46 . 48 ) a boundary wall ( 50 . 52 ) at least one exhaust duct ( 34 ) trains.

Fuel cell system with at least one first fuel cell device ( 10 ) according to one of the preceding claims and at least one second fuel cell device ( 26 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the mounting foot ( 16 ) of the first fuel cell device ( 10 ) and the mounting foot ( 24 ) of the second fuel cell device ( 26 ) together a circumferentially closed Frischgasführungskanal ( 32 ) train.

Fuel cell system according to claim 8 with at least one third fuel cell device ( 38 ) according to one of claims 1 to 7 and at least one fourth fuel cell device ( 42 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the mounting feet ( 16 . 24 . 40 . 44 ) of the fuel cell devices ( 10 . 26 . 38 . 42 ) together a circumferentially closed exhaust gas duct ( 34 ) train.

Fuel cell system according to claim 8 or 9, characterized in that the fuel cell devices ( 10 . 26 . 38 . 42 ) in a mounted state in pairs with respect to a longitudinal direction of extension of the fuel cell devices (FIG. 10 . 26 . 38 . 42 ) extending central axes are at least substantially aligned with each other.

Fuel cell system at least according to claim 9, characterized in that the fresh gas guide channel ( 32 ) and the exhaust gas duct ( 34 ) at least substantially parallel to each other.

Fuel cell system according to one of claims 8 to 11, characterized in that the fuel cell devices ( 10 . 26 . 38 . 42 ) are formed identical to each other.