DE102015014786A1 - A fuel cell assembly - Google Patents

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Alfred Haug
Willi Gabler
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung (1), umfassend mindestens einen Brennstoffzellenstapel (2) und mindestens eine Medienverteilereinheit (7) mit wenigstens – einer Brennstoffzuführleitung (3.2) zur Zuführung eines Brennstoffs (B) zum mindestens einen Brennstoffzellenstapel (2) und – einer Kühlmediumabführleitung (4.3) zur Abführung eines Kühlmediums (KM) vom Brennstoffzellenstapel (2), wobei – die Brennstoffzuführleitung (3.2) über ein Wärmetauschelement (5) thermisch mit der Kühlmediumabführleitung (4.3) gekoppelt ist und – ein Druckregelventil (6) in der Brennstoffzuführleitung (3.2) zwischen dem Wärmetauschelement (5) und dem Brennstoffzellenstapel (2) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Wärmetauschelement (5) und das Druckregelventil (6) als eine in einem gemeinsamen Gehäuse (9) integrierte bauliche Einheit ausgebildet sind.The invention relates to a fuel cell arrangement (1) comprising at least one fuel cell stack (2) and at least one media distributor unit (7) with at least one fuel feed line (3.2) for supplying a fuel (B) to the at least one fuel cell stack (2) and a cooling medium discharge line ( 4.3) for discharging a cooling medium (KM) from the fuel cell stack (2), wherein - the Brennstoffzuführleitung (3.2) via a heat exchange element (5) is thermally coupled to the Kühlmediumabführleitung (4.3) and - a pressure control valve (6) in the Brennstoffzuführleitung (3.2) between the heat exchange element (5) and the fuel cell stack (2) is arranged. According to the invention, it is provided that the heat exchange element (5) and the pressure regulating valve (6) are designed as a structural unit integrated in a common housing (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel cell arrangement according to the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik ist, wie in der US 8,241,806 B2 beschrieben, ein Brennstoffzellensystem bekannt, umfassend eine Brennstoffzelle, einen Fluiddurchgang zum Erwärmen, einen Gas-Flüssigkeits-Separator, einen Versorgungsdurchgang und ein Umlaufmodul. Die Brennstoffzelle erzeugt Energie unter Zufuhr eines Reaktionsgases. Der Gas-Flüssigkeits-Separator separiert Feuchtigkeit aus dem Anodenabgas, welches von der Brennstoffzelle abgeführt wird. Der Zuführkanal führt das Anodenabgas, aus welchem die Feuchtigkeit von dem Gas-Flüssigkeit-Separator getrennt wurde, zurück zu einer Einlassseite des Reaktionsgases. Das Umlaufmodul mischt das Anodenabgas, welches über den Zuführungskanal zurückgeführt wird, mit dem Reaktionsgas. Der Gas-Flüssigkeits-Separator ist neben dem Umlaufmodul angeordnet und der Fluiddurchgang zum Erwärmen ist zwischen dem Gas-Flüssigkeits-Separator und dem Umlaufmodul angeordnet.From the prior art, as in the US 8,241,806 B2 A fuel cell system is known, comprising a fuel cell, a fluid passage for heating, a gas-liquid separator, a supply passage and a circulation module. The fuel cell generates energy while supplying a reaction gas. The gas-liquid separator separates moisture from the anode exhaust gas, which is discharged from the fuel cell. The supply passage guides the anode off-gas, from which the moisture has been separated from the gas-liquid separator, back to an inlet side of the reaction gas. The circulation module mixes the anode exhaust gas, which is returned via the supply channel, with the reaction gas. The gas-liquid separator is disposed adjacent to the circulation module, and the fluid passage for heating is disposed between the gas-liquid separator and the circulation module.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzellenanordnung anzugeben.The invention is based on the object of specifying a comparison with the prior art improved fuel cell assembly.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The object is achieved with the features specified in claim 1.

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

Eine Brennstoffzellenanordnung umfasst mindestens einen Brennstoffzellenstapel und mindestens eine Medienverteilereinheit. Die Medienverteilereinheit weist wenigstens eine Brennstoffzuführleitung zur Zuführung eines Brennstoffs zum mindestens einen Brennstoffzellenstapel und eine Kühlmediumabführleitung zur Abführung eines Kühlmediums vom Brennstoffzellenstapel auf. Die Brennstoffzuführleitung ist dabei über ein Wärmetauschelement thermisch mit der Kühlmediumabführleitung gekoppelt. Des Weiteren ist ein Druckregelventil in der Brennstoffzuführleitung angeordnet.A fuel cell assembly comprises at least one fuel cell stack and at least one media distribution unit. The media distribution unit has at least one fuel supply line for supplying a fuel to the at least one fuel cell stack and a cooling medium discharge line for discharging a cooling medium from the fuel cell stack. The fuel supply line is thermally coupled via a heat exchange element with the Kühlmediumabführleitung. Furthermore, a pressure regulating valve is arranged in the fuel supply line.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Wärmetauschelement und das Druckregelventil als eine in einem gemeinsamen Gehäuse integrierte bauliche Einheit ausgebildet sind.According to the invention it is provided that the heat exchange element and the pressure control valve are designed as a structural unit integrated in a common housing.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung weist gegenüber dem Stand der Technik einen verringerten Bauraumbedarf sowie geringere Wärmeverluste zwischen dem Wärmetauschelement und dem Druckregelventil auf, so dass eine Erwärmung des Brennstoffs in der Zuführleitung verbessert ist. Dadurch, dass das Wärmetauschelement und das Druckregelventil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, ist eine Verringerung von Verbindungsleitungen und -elementen zwischen dem Wärmetauschelement und dem Druckregelventil möglich, wodurch eine Montage der Brennstoffzellenanordnung gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht ist und Kosten verringert werden.The fuel cell assembly according to the invention has compared to the prior art, a reduced space requirement and lower heat losses between the heat exchange element and the pressure control valve, so that heating of the fuel is improved in the supply line. By disposing the heat exchange element and the pressure control valve in a common housing, it is possible to reduce connection lines and elements between the heat exchange element and the pressure regulating valve, thereby simplifying assembly of the fuel cell assembly over the prior art and reducing costs.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein Blockschaltbild eines vereinfachten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenanordnung, 1 2 is a schematic block diagram of a simplified embodiment of a fuel cell arrangement;

2 schematisch eine perspektivische, ausschnittsweise Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenanordnung, 2 1 is a perspective, partial view of an exemplary embodiment of a fuel cell arrangement according to the invention;

3 bis 5 schematisch perspektivische Ansichten jeweils eines Gehäuses mit einem Wärmetauschelement und einem Druckregelventil für eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung, 3 to 5 schematically perspective views of a respective housing with a heat exchange element and a pressure control valve for a fuel cell assembly according to the invention,

6 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus einer bekannten Brennstoffzellenanordnung mit einem Brennstoffzellenstapel, einer Medienverteilereinheit sowie einem separaten Wärmetauschelement und einem separaten Druckregelventil, 6 1 is a schematic perspective view of a detail of a known fuel cell arrangement with a fuel cell stack, a media distributor unit and a separate heat exchange element and a separate pressure regulating valve;

7 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenanordnung und 7 schematically a perspective view of a detail of another embodiment of the invention of a fuel cell assembly and

8 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus einem alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenanordnung. 8th schematically a perspective view of a section of an alternative embodiment of a fuel cell assembly according to the invention.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung 1 in Form eines Blockschaltbilds. 1 shows a highly simplified representation of a fuel cell assembly 1 in the form of a block diagram.

Die Brennstoffzellenanordnung 1 ist beispielsweise in ein nicht dargestelltes Fahrzeug integriert und weist als ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs einen Brennstoffzellenstapel 2 auf, welcher eine Mehrzahl einzelner Brennstoffzellen umfasst. Die Brennstoffzellen umfassen dabei jeweils eine Membran-Elektroden-Einheit, bei der eine Elektrolytmembran zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet ist, so dass der Brennstoffzellenstapel 2 einen Anodenraum und einen Kathodenraum aufweist (nicht näher dargestellt).The fuel cell assembly 1 is integrated, for example, in a vehicle, not shown, and has a fuel cell stack as a drive unit of the vehicle 2 which comprises a plurality of individual fuel cells. The fuel cells each comprise a membrane-electrode unit, in which a Electrolyte membrane is disposed between an anode and a cathode, so that the fuel cell stack 2 an anode compartment and a cathode compartment (not shown in detail).

Zum Betrieb des Brennstoffzellenstapels 2 werden diesem über jeweils eine Zuführleitung 3.1 bis 3.3 Sauerstoff O, ein Brennstoff B und ein Kühlmedium KM zugeführt.To operate the fuel cell stack 2 are this about each a supply line 3.1 to 3.3 Oxygen, a fuel B and a cooling medium KM supplied.

Beispielsweise wird dem Brennstoffzellenstapel 2 über eine Sauerstoffzuführleitung 3.1 Sauerstoff O in Form von Luft zugeführt, wobei die Luft in den Kathodenraum des Brennstoffzellenstapels 2 geleitet wird. Über eine Brennstoffzuführleitung 3.2 wird dem Anodenraum des Brennstoffzellenstapels 2 Brennstoff B, z. B. in Form von Wasserstoff, zugeführt.For example, the fuel cell stack becomes 2 via an oxygen supply line 3.1 Oxygen supplied in the form of air, wherein the air in the cathode compartment of the fuel cell stack 2 is directed. Via a fuel supply line 3.2 becomes the anode compartment of the fuel cell stack 2 Fuel B, z. In the form of hydrogen.

Innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 reagiert der Sauerstoff O mit dem Brennstoff B, wobei elektrische Leistung erzeugt wird, die einem elektrischen Verbraucher, z. B. einem Elektromotor, zugeführt wird.Inside the fuel cell stack 2 the oxygen O reacts with the fuel B, wherein electrical power is generated, the an electrical consumer, for. B. an electric motor is supplied.

Des Weiteren entsteht im Anodenraum ein Abgas A, insbesondere ein Anodenabgas, welches einen hohen Anteil an Stickstoff (der aus der zugeführten Luft stammt und durch die Elektrolytmembran hindurch vom Kathodenraum in den Anodenraum diffundiert ist), Wasserdampf und flüssigem Wasser aufweisen kann. Dieses Abgas A wird über eine Abgasabführleitung 4.1 aus dem Brennstoffzellenstapel 2 heraus, z. B. auf eine Fahrbahn geleitet. Die Ableitung von flüssigem Wasser, Wasserdampf und Stickstoff erfolgt vorzugsweise sobald eine zu niedrige Wasserstoffkonzentration oder ein voller Wasserabscheider festgestellt wird.Furthermore, an exhaust gas A, in particular an anode exhaust gas, which has a high proportion of nitrogen (which originates from the supplied air and diffuses through the electrolyte membrane from the cathode space into the anode space), water vapor and liquid water, is formed in the anode space. This exhaust gas A is via a Abgasabführleitung 4.1 from the fuel cell stack 2 out, z. B. passed on a roadway. The discharge of liquid water, water vapor and nitrogen is preferably carried out as soon as a too low hydrogen concentration or a full water separator is detected.

Ein nicht verbrauchter Anteil des Brennstoffs B wird über eine Brennstoffabführleitung 4.2 aus dem Brennstoffzellenstapel 2 abgeleitet und der Brennstoffzuführleitung 3.2 in nicht näher beschriebener Art und Weise wieder zur Verfügung gestellt.An unused portion of the fuel B is via a Brennstoffabführleitung 4.2 from the fuel cell stack 2 derived and the fuel supply line 3.2 provided in unspecified manner again.

Zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels 2 wird diesem über eine Kühlmediumzuführleitung 3.3 das Kühlmedium KM zugeführt, welches eine Verlustwärme des Brennstoffzellenstapels 2 aufnimmt. Das erwärmte Kühlmedium KM wird über eine Kühlmediumabführleitung 4.3 aus dem Brennstoffzellenstapel 2 abgeleitet.For cooling the fuel cell stack 2 this is via a Kühlmediumzuführleitung 3.3 supplied with the cooling medium KM, which heat loss of the fuel cell stack 2 receives. The heated cooling medium KM is via a Kühlmediumabführleitung 4.3 from the fuel cell stack 2 derived.

Ein Abschnitt der Kühlmediumabführleitung 4.3 verläuft durch ein Wärmetauschelement 5, welches einen Abschnitt der Brennstoffzuführleitung 3.2 aufnimmt. Die Kühlmediumabführleitung 4.3 ist somit in diesem Bereich thermisch mit der Brennstoffzuführleitung 3.2 gekoppelt, wobei der Brennstoff B durch das erwärmte Kühlmedium KM erwärmt wird und das Kühlmedium KM gleichzeitig abgekühlt wird. Das Wärmetauschelement 5 bildet hierbei einen Wärmeübertragungsbereich zwischen der Brennstoffzuführleitung 3.2 und der Kühlmediumabführleitung 4.3, wobei ein Material des Wärmetauschelements 5 zweckmäßigerweise aus einem thermisch gut leitfähigen Material gebildet ist.A section of the cooling medium discharge line 4.3 passes through a heat exchange element 5 which is a portion of the fuel supply line 3.2 receives. The cooling medium discharge line 4.3 is thus thermally in this area with the Brennstoffzuführleitung 3.2 coupled, wherein the fuel B is heated by the heated cooling medium KM and the cooling medium KM is cooled simultaneously. The heat exchange element 5 in this case forms a heat transfer area between the Brennstoffzuführleitung 3.2 and the Kühlmediumabführleitung 4.3 wherein a material of the heat exchange element 5 is suitably formed from a thermally highly conductive material.

Die Erwärmung des Brennstoffs B verringert das Risiko einer Auskondensation von Feuchtigkeit im Brennstoff B vor der Zuführung in den Anodenraum des Brennstoffzellenstapels 2. Das dadurch abgekühlte Kühlmedium KM kann dem Brennstoffzellenstapel 2 anschließend wieder über die Kühlmediumzuführleitung 3.3 zur Verfügung gestellt werden.The heating of the fuel B reduces the risk of condensation of moisture in the fuel B before being fed into the anode space of the fuel cell stack 2 , The thereby cooled cooling medium KM can the fuel cell stack 2 then again via the Kühlmediumzuführleitung 3.3 to provide.

Des Weiteren ist dem Brennstoffzellenstapel 2 eingangsseitig innerhalb der Brennstoffzuführleitung 3.2 ein Druckregelventil 6 vorgeschaltet, welches zwischen dem Brennstoffzellenstapel 2 und dem Wärmetauschelement 5 angeordnet ist und welches über einen in den 3 bis 8 gezeigten elektrischen Anschlussstecker 6.1 steuerbar und regelbar ist. Das Druckregelventil 6 dient dabei der Einstellung eines Drucks, mit welchem der Brennstoff B dem Anodenraum des Brennstoffzellenstapels 2 zugeführt wird.Furthermore, the fuel cell stack is 2 on the input side within the fuel supply line 3.2 a pressure control valve 6 upstream, which between the fuel cell stack 2 and the heat exchange element 5 is arranged and which one in the 3 to 8th shown electrical connector 6.1 is controllable and controllable. The pressure control valve 6 serves to set a pressure with which the fuel B to the anode compartment of the fuel cell stack 2 is supplied.

Die hier dargestellte und beschriebene Brennstoffzellenanordnung 1 entspricht einer vereinfachten Ausführungsform einer Brennstoffzellenanordnung 1, bei der nicht alle Komponenten der Brennstoffzellenanordnung 1 dargestellt und beschrieben sind.The fuel cell assembly shown and described herein 1 corresponds to a simplified embodiment of a fuel cell assembly 1 in which not all components of the fuel cell assembly 1 are shown and described.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Brennstoffzellenanordnung 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei auch hier nicht alle Komponenten der Brennstoffzellenanordnung 1 dargestellt sind. 2 shows an inventive embodiment of a fuel cell assembly 1 in a perspective view, although not all components of the fuel cell assembly 1 are shown.

Der Brennstoffzellenstapel 2 ist in einem Brennstoffzellengehäuse 2.1 aufgenommen, welches beispielsweise einseitig geöffnet ist, wobei gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine geöffnete Stirnseite des Brennstoffzellengehäuses 2.1 mittels einer Medienverteilereinheit 7 verschlossen ist. Beispielsweise ist der Brennstoffzellenstapel 2 mittels einer Verspannungseinrichtung vollständig verspannt und die Medienverteilereinheit 7 ist mit einer stirnseitigen Endplatte des Brennstoffzellenstapels 2 verschraubt und/oder auf andere Weise an der stirnseitigen Endplatte des Brennstoffzellenstapels 2 formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt.The fuel cell stack 2 is in a fuel cell case 2.1 taken, for example, is open on one side, wherein according to the present embodiment, an open end side of the fuel cell housing 2.1 by means of a media distribution unit 7 is closed. For example, the fuel cell stack 2 completely braced by means of a tensioning device and the media distribution unit 7 is with a front end plate of the fuel cell stack 2 screwed and / or otherwise on the front end plate of the fuel cell stack 2 positively, materially and / or non-positively attached.

Die Medienverteilereinheit 7 ist beispielsweise plattenförmig ausgebildet und in der vorliegenden Darstellung semitransparent gezeigt, so dass durch die Medienverteilereinheit 7 hindurch erstreckende Abschnitte der Zuführleitungen 3.1 bis 3.3 und Abführleitungen 4.1 bis 4.3 dargestellt sind.The media distribution unit 7 is, for example, plate-shaped and shown in the present representation semitransparent, so that through the media distribution unit 7 extending therethrough Portions of the supply lines 3.1 to 3.3 and discharge lines 4.1 to 4.3 are shown.

Des Weiteren sind eine Gasstrahlpumpe 8 im Bereich der Brennstoffzuführleitung 3.2 sowie ein Gehäuse 9 gezeigt, welches das Wärmetauschelement 5 und das Druckregelventil 6 (hier nicht dargestellt) aufnimmt und damit erfindungsgemäß eine integrierte bauliche Einheit ausbildet, die mit der Medienverteilereinheit 7 verbunden ist.Furthermore, a gas jet pump 8th in the area of the fuel supply line 3.2 as well as a housing 9 shown which the heat exchange element 5 and the pressure control valve 6 (Not shown here) receives and thus forms an integrated structural unit according to the invention, with the media distribution unit 7 connected is.

Die Gasstrahlpumpe 8 saugt hierbei frischen Brennstoff B aus der Brennstoffzuführleitung 3.2 an, welcher im Gehäuse 9 mittels des Wärmetauschelements 5 erwärmt wird und anschließend dem Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt wird.The gas jet pump 8th in this case sucks fresh fuel B from the Brennstoffzuführleitung 3.2 on, which in the housing 9 by means of the heat exchange element 5 is heated and then the fuel cell stack 2 is supplied.

Die aus dem Wärmetauschelement 5, dem Druckregelventil 6 und dem Gehäuse 9 gebildete, integrierte bauliche Einheit wird in den nachfolgenden 3 bis 5 näher beschrieben.The from the heat exchange element 5 , the pressure control valve 6 and the housing 9 formed, integrated structural unit will be in the following 3 to 5 described in more detail.

Die 3 bis 5 zeigen verschiedene Ansichten der integrierten baulichen Einheit, wobei das Gehäuse 9 einseitig geöffnet dargestellt ist und das darin angeordnete Wärmetauschelement 5 und das Druckregelventil 6 sichtbar sind. Die gezeigten Ausformungen des Gehäuses 9, des Wärmetauschelements 5 und des Druckregelventils 6 sowie deren Anordnungen zueinander sind hierbei nur beispielhaft dargestellt und können alternativ auch anders ausgeführt sein.The 3 to 5 show different views of the integrated structural unit, the housing 9 is shown open on one side and the heat exchange element arranged therein 5 and the pressure control valve 6 are visible. The shown formations of the housing 9 , of the heat exchange element 5 and the pressure regulating valve 6 as well as their arrangements to each other are shown here only as an example and may alternatively be designed differently.

Das Wärmetauschelement 5 umfasst vier Anschlüsse 5.1 bis 5.4, insbesondere umfasst das Wärmetauschelement 5 dabei zwei Kühlmediumanschlüsse 5.1, 5.2 und zwei Brennstoffanschlüsse 5.3, 5.4 zur Aufnahme von Leitungsabschnitten aus der Brennstoffzellenanordnung 1, wobei diese in der vorliegenden Darstellung nicht gezeigt sind.The heat exchange element 5 includes four connections 5.1 to 5.4 , in particular, comprises the heat exchange element 5 while two cooling medium connections 5.1 . 5.2 and two fuel connections 5.3 . 5.4 for receiving line sections from the fuel cell assembly 1 , these are not shown in the present presentation.

Ein Kühlmediumanschluss 5.1 nimmt dabei die Kühlmediumabführleitung 4.3 oder einen Abschnitt der Kühlmediumabführleitung 4.3 auf, wobei ein anderer Kühlmediumanschluss 5.2 die Kühlmediumzuführleitung 3.3 oder einen Abschnitt der Kühlmediumzuführleitung 3.3 aufnimmt. Folglich nimmt ein Brennstoffanschluss 5.3 die Brennstoffabführleitung 4.2 oder einen Abschnitt der Brennstoffabführleitung 4.2 auf und ein anderer Brennstoffanschluss 5.4 nimmt die Brennstoffzuführleitung 3.2 oder einen Abschnitt der Brennstoffzuführleitung 3.2 auf.A cooling medium connection 5.1 takes the Kühlmediumabführleitung 4.3 or a portion of the Kühlmediumabführleitung 4.3 on, with another cooling medium connection 5.2 the cooling medium supply line 3.3 or a portion of the cooling medium supply line 3.3 receives. Consequently, a fuel connection is taking 5.3 the fuel discharge line 4.2 or a portion of the fuel discharge line 4.2 on and another fuel connection 5.4 takes the fuel supply line 3.2 or a portion of the fuel supply line 3.2 on.

Da das Druckregelventil 6 zwischen das Wärmetauschelement 5 und den Brennstoffzellenstapel 2 geschaltet ist, werden das Wärmetauschelement 5 und das Druckregelventil 6 über den anderen Brennstoffanschluss 5.4 miteinander verbunden. Dazu kann entweder eine separate Leitung zwischen dem anderen Brennstoffanschluss 5.4 und einem Eingang des Druckregelventils 6 vorgesehen sein oder das Wärmetauschelement 5 und das Druckregelventil 6 werden gemeinsam mit dem Gehäuse 9 als ein einteiliges Bauteil ausgebildet, wobei der Eingang des Druckregelventils 6 mit dem anderen Brennstoffanschluss 5.4 direkt verbunden ist. Insbesondere bei Letzterem kann eine Verringerung von Materialien, Bauraum und daraus resultierend eine Kostenverringerung erzielt werden.As the pressure control valve 6 between the heat exchange element 5 and the fuel cell stack 2 is switched, the heat exchange element 5 and the pressure control valve 6 over the other fuel connection 5.4 connected with each other. This can either be a separate line between the other fuel port 5.4 and an input of the pressure regulating valve 6 be provided or the heat exchange element 5 and the pressure control valve 6 be together with the case 9 formed as a one-piece component, wherein the input of the pressure regulating valve 6 with the other fuel connection 5.4 directly connected. Especially with the latter, a reduction of materials, space and resulting cost reduction can be achieved.

Zur besseren Veranschaulichung der aus der erfindungsgemäßen Lösung resultierenden Vorteile, ist in 6 ein perspektivischer Ausschnitt aus einer Brennstoffzellenanordnung 1 gezeigt, bei der gemäß dem Stand der Technik das Wärmetauschelement 5 und das Druckregelventil 6 als separate Bauteile über einen Adapter 10 an der Medienverteilereinheit 7 befestigt sind. Die Leitungsabschnitte zwischen dem Wärmetauschelement 5 und dem Druckregelventil 6 sind hier ebenfalls nicht dargestellt.To better illustrate the advantages resulting from the solution according to the invention, is in 6 a perspective section of a fuel cell assembly 1 shown in the according to the prior art, the heat exchange element 5 and the pressure control valve 6 as separate components via an adapter 10 at the media distribution unit 7 are attached. The pipe sections between the heat exchange element 5 and the pressure control valve 6 are also not shown here.

7 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt aus einer Brennstoffzellenanordnung 1, bei der erfindungsgemäß das Wärmetauschelement 5 und das Druckregelventil 6 gemeinsam in einem Gehäuse 9 als eine integrierte bauliche Einheit an der Medienverteilereinheit 7 befestigt sind, so dass gegenüber dem Stand der Technik mindestens ein Montageschritt entfällt. Des Weiteren können bei der Ausbildung als einteiliges Bauteil Leitungsabschnitte und somit weitere Montageschritte reduziert werden. 7 shows a perspective section of a fuel cell assembly 1 in the invention, the heat exchange element 5 and the pressure control valve 6 together in a housing 9 as an integrated structural unit on the media distribution unit 7 are fixed, so that over the prior art at least one assembly step is eliminated. Furthermore, in the embodiment as a one-piece component, line sections and thus further assembly steps can be reduced.

Die Ausbildung als einteiliges Bauteil umfasst dabei das Wärmetauschelement 5, das Druckregelventil 6 und das Gehäuse 9. Zusätzlich dazu kann der in 6 gezeigte Adapter 10 ebenfalls Bestandteil der integrierten baulichen Einheit oder des einteiligen Bauteils sein.The training as a one-piece component includes the heat exchange element 5 , the pressure control valve 6 and the case 9 , In addition, the in 6 shown adapter 10 also be part of the integrated structural unit or the one-piece component.

Die bauliche Einheit wird mit dem Gehäuse 9 an der Medienverteilereinheit 7 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden. Denkbar ist auch, die bauliche Einheit mit der Medienverteilereinheit 7 als einteiliges Bauteil auszubilden, so dass ein weiterer Montageschritt entfällt und weitere Kosten reduziert werden können.The structural unit comes with the housing 9 at the media distribution unit 7 positively, positively and / or materially connected. It is also conceivable, the structural unit with the media distribution unit 7 form as a one-piece component, so that a further assembly step is eliminated and further costs can be reduced.

8 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt aus einer Brennstoffzellenanordnung 1 in einer alternativen Ausführungsform, bei der in das Gehäuse 9 zusätzliche eine elektrische Heizvorrichtung 11 angeordnet ist, die über einen nicht dargestellten elektrischen Anschluss steuerbar ist. 8th shows a perspective section of a fuel cell assembly 1 in an alternative embodiment, in which in the housing 9 additional an electric heater 11 is arranged, which is controllable via an electrical connection, not shown.

Die elektrische Heizvorrichtung 11 ist dabei derart ausgebildet, dass der Brennstoff B zusätzlich zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium KM und dem Brennstoff B erwärmt wird.The electric heater 11 is designed such that the fuel B is heated in addition to the heat transfer between the cooling medium KM and the fuel B.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennstoffzellenanordnungA fuel cell assembly
22
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
2.12.1
Brennstoffzellengehäusefuel cell case
3.13.1
Sauerstoffzuführleitungoxygen supply
3.23.2
Brennstoffzuführleitungfuel supply
3.33.3
KühlmediumzuführleitungCooling medium supply line
4.14.1
AbgasabführleitungAbgasabführleitung
4.24.2
BrennstoffabführleitungBrennstoffabführleitung
4.34.3
KühlmediumabführleitungKühlmediumabführleitung
55
WärmetauschelementHeat exchange element
5.1, 5.25.1, 5.2
KühlmediumanschlussCooling medium connection
5.3, 5.45.3, 5.4
Brennstoffanschlussfuel connection
66
DruckregelventilPressure control valve
6.16.1
elektrischer Anschlusssteckerelectrical connector
77
MedienverteilereinheitMedia Distribution Unit
88th
GasstrahlpumpeGas jet pump
99
Gehäusecasing
1010
Adapteradapter
1111
elektrische Heizvorrichtungelectric heater
AA
Abgasexhaust
BB
Brennstofffuel
KMKM
Kühlmediumcooling medium
OO
Sauerstoffoxygen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8241806 B2 [0002] US 8241806 B2 [0002]

Claims (4)

Brennstoffzellenanordnung (1), umfassend mindestens einen Brennstoffzellenstapel (2) und mindestens eine Medienverteilereinheit (7) mit wenigstens – einer Brennstoffzuführleitung (3.2) zur Zuführung eines Brennstoffs (B) zum mindestens einen Brennstoffzellenstapel (2) und – einer Kühlmediumabführleitung (4.3) zur Abführung eines Kühlmediums (KM) vom Brennstoffzellenstapel (2), wobei – die Brennstoffzuführleitung (3.2) über ein Wärmetauschelement (5) thermisch mit der Kühlmediumabführleitung (4.3) gekoppelt ist und – ein Druckregelventil (6) in der Brennstoffzuführleitung (3.2) zwischen dem Wärmetauschelement (5) und dem Brennstoffzellenstapel (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (5) und das Druckregelventil (6) als eine in einem gemeinsamen Gehäuse (9) integrierte bauliche Einheit ausgebildet sind.Fuel cell assembly ( 1 ) comprising at least one fuel cell stack ( 2 ) and at least one media distribution unit ( 7 ) with at least one fuel supply line ( 3.2 ) for supplying a fuel (B) to the at least one fuel cell stack ( 2 ) and - a Kühlmediumabführleitung ( 4.3 ) for discharging a cooling medium (KM) from the fuel cell stack ( 2 ), wherein - the fuel supply line ( 3.2 ) via a heat exchange element ( 5 ) thermally with the Kühlmediumabführleitung ( 4.3 ) and - a pressure regulating valve ( 6 ) in the fuel supply line ( 3.2 ) between the heat exchange element ( 5 ) and the fuel cell stack ( 2 ), characterized in that the heat exchange element ( 5 ) and the pressure control valve ( 6 ) as one in a common housing ( 9 ) integrated structural unit are formed. Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (5), das Druckregelventil (6) und das Gehäuse (9) als ein einteiliges Bauteil ausgebildet sind.Fuel cell assembly ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat exchange element ( 5 ), the pressure regulating valve ( 6 ) and the housing ( 9 ) are formed as a one-piece component. Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) und die Medienverteilereinheit (7) als ein einteiliges Bauteil ausgebildet sind.Fuel cell assembly ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 9 ) and the media distribution unit ( 7 ) are formed as a one-piece component. Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (5) mindestens einen Kühlmediumanschluss (5.1, 5.2) und mindestens einen Brennstoffanschluss (5.3, 5.4) zur thermischen Kopplung der Brennstoffzuführleitung (3.2) mit der Kühlmediumabführleitung (4.3) umfasst.Fuel cell assembly ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchange element ( 5 ) at least one cooling medium connection ( 5.1 . 5.2 ) and at least one fuel connection ( 5.3 . 5.4 ) for the thermal coupling of the fuel supply line ( 3.2 ) with the Kühlmediumabführleitung ( 4.3 ).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8241806B2 (en) 2004-11-08 2012-08-14 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8241806B2 (en) 2004-11-08 2012-08-14 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system

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