DE102015210132A1

DE102015210132A1 - The fuel cell system

Info

Publication number: DE102015210132A1
Application number: DE102015210132.0A
Authority: DE
Inventors: Franz Wetzl; Oliver Kriese; Friedrich Kneule; Andre Moc; Thomas Loibl; Imke Heeren; Herbert Waibel; Bernd Lutz; Dietmar Hofmann; Stefan Schoenbauer; Frank Schuler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-08

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffzellensystem mit zumindest zwei benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks (12a; 12b). Es wird vorgeschlagen, dass das Brennstoffzellensystem ein außerhalb der Brennstoffzellenstacks (12a; 12b) geführtes Rohrleitungssystem (14a; 14b) aufweist, welches zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks (12a; 12b) und/oder zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks (12a; 12b) vorgesehen ist.The invention is based on a fuel cell system with at least two fuel cell stacks (12a, 12b) arranged adjacent to one another. It is proposed that the fuel cell system has a pipeline system (14a, 14b) guided outside the fuel cell stack (12a, 12b), which leads to a media supply to the fuel cell stacks (12a, 12b) and / or to a media discharge from the fuel cell stacks (12a, 12b ) is provided.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel cell system according to the preamble of patent claim 1.

Es sind bereits Brennstoffzellensysteme bekannt, welche eine Mehrzahl von benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks umfassen. Fuel cell systems are already known which comprise a plurality of fuel cell stacks arranged adjacent to one another.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffzellensystem mit zumindest zwei benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks.The invention is based on a fuel cell system with at least two adjacent fuel cell stacks.

Es wird vorgeschlagen, dass das Brennstoffzellensystem ein außerhalb der Brennstoffzellenstacks geführtes Rohrleitungssystem aufweist, welches zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks und/oder zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks vorgesehen ist. Unter einem „Brennstoffzellensystem“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein System zu einer stationären und/oder mobilen Gewinnung, insbesondere elektrischer und/oder thermischer, Energie unter Verwendung zumindest eines Brennstoffzellenstacks verstanden werden. Unter einem „Brennstoffzellenstack“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit zumindest zwei Brennstoffzellen verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Methan und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Die Brennstoffzellen können insbesondere als Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) ausgebildet sein. 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. Darunter, dass die Brennstoffzellenstacks „benachbart zueinander angeordnet“ sind, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Brennstoffzellenstacks innerhalb des Brennstoffzellensystems derart angeordnet sind, dass zwischen benachbarten Brennstoffzellenstacks ein unmittelbarer physischer Kontakt besteht oder benachbarte Brennstoffzellenstacks über ein verbindendes mechanisches Zwischenelement kontaktiert sind. Unter einem „Rohrleitungssystem“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, den Brennstoffzellenstacks ein Brenngas und/oder Luft zuzuführen und/oder ein Abgas, insbesondere ein Anodenabgas und/oder ein Kathodenabgas, von diesen abzuführen. Insbesondere umfasst das Rohrleitungssystem zumindest eine Fluidverbindung für eine Zuführung und/oder Anführung zumindest eines Mediums. Unter einer „Fluidverbindung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zu einem Transport von insbesondere flüssigen und/oder gasförmigen Stoffen und/oder Stoffgemischen vorgesehen ist. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Fluidverbindung zumindest eine Hohlleitung, beispielsweise zumindest eine Rohr- und/oder Schlauchleitung. Darunter, dass das Rohrleitungssystem „außerhalb der Brennstoffzellenstacks geführt“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Rohrleitungssystem zumindest zu einem Großteil und vorzugsweise vollständig außerhalb einer äußersten Begrenzung der einzelnen Brennstoffzellenstacks angeordnet ist. Unter „zumindest zu einem Großteil“ soll insbesondere zu zumindest 85 %, vorteilhaft zu zumindest 90 % und vorzugsweise zu zumindest 95 % verstanden werden.It is proposed that the fuel cell system has a piping system routed outside the fuel cell stack, which is provided for supplying media to the fuel cell stacks and / or for discharging media from the fuel cell stacks. In this context, a "fuel cell system" is to be understood as meaning, in particular, a system for stationary and / or mobile extraction, in particular electrical and / or thermal, energy using at least one fuel cell stack. In this context, a "fuel cell stack" should be understood as meaning in particular a unit having at least two fuel cells, 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 methane and / or carbon monoxide, and at least an oxidizing agent, in particular oxygen, in particular to convert electrical energy. The fuel cells can be designed in particular as solid oxide fuel cells (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. The fact that the fuel cell stacks are "arranged adjacent to one another" should in this context be understood to mean that the fuel cell stacks are arranged within the fuel cell system such that there is direct physical contact between adjacent fuel cell stacks or adjacent fuel cell stacks are contacted via a connecting mechanical intermediate element. A "piping system" is to be understood in particular as a unit which is provided to supply the fuel cell stacks with a fuel gas and / or air and / or remove an exhaust gas, in particular an anode exhaust gas and / or a cathode exhaust gas, from these. In particular, the piping system comprises at least one fluid connection for feeding and / or guiding at least one medium. In this context, a "fluid connection" is to be understood as meaning, in particular, a unit which is provided for transporting, in particular, liquid and / or gaseous substances and / or substance mixtures. Preferably, the at least one fluid connection comprises at least one hollow conduit, for example at least one pipe and / or hose line. By the fact that the piping system is "out of the fuel cell stacks" is to be understood in particular that the piping system is arranged at least for the most part and preferably completely outside an outermost boundary of the individual fuel cell stacks. By "at least to a large extent" should be understood in particular to at least 85%, advantageously at least 90% and preferably at least 95%.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein gattungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Medienzuführung zu Brennstoffzellenstacks des Brennstoffzellensystems und/oder einer Medienabführung von Brennstoffzellenstacks des Brennstoffzellensystems bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch das außerhalb der Brennstoffzellenstacks verlaufende Rohrsystem eine vorteilhaft einfache Montage erreicht werden. Ferner kann eine vorteilhaft einfache Skalierung des Brennstoffzellensystems ermöglicht werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenstacks zumindest im Wesentlichen identisch zueinander ausgestaltet sind. Darunter, dass die Brennstoffzellenstacks „identisch zueinander ausgebildet“ sind, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass sich die Brennstoffzellenstacks hinsichtlich einer Außengeometrie und/oder einer Anordnung von Medienanschlüssen und/oder einer elektrischen Verschaltung und/oder einer Fluidversorgung und/oder -entsorgung und/oder einer Anordnung von Brennstoffzellen zumindest im Wesentlichen entsprechen. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Verschaltung von Brennstoffzellenstacks zu einem Brennstoffzellensystem erreicht werden.By such a configuration, a generic fuel cell system with improved properties with regard to a media supply to fuel cell stacks of the fuel cell system and / or a media discharge of fuel cell stacks of the fuel cell system can be provided. In particular, an advantageously simple installation can be achieved by the pipe system extending outside the fuel cell stack. Furthermore, an advantageously simple scaling of the fuel cell system can be made possible. It is also proposed that the fuel cell stacks are at least substantially identical to one another. The fact that the fuel cell stacks are "identical to one another" should in this context be understood in particular to mean that the fuel cell stacks have an outer geometry and / or an arrangement of media connections and / or an electrical interconnection and / or a fluid supply and / or disposal and / or an arrangement of fuel cells at least substantially correspond. As a result, an advantageously simple connection of fuel cell stacks to a fuel cell system can be achieved.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenstacks übereinander gestapelt angeordnet sind. Durch die vertikale Anordnung der Brennstoffzellenstacks, kann eine Bauform des Brennstoffzellensystems erreicht werden, welche es ermöglicht, das Brennstoffzellensystem mit einem ringförmigen Wärmeübertrager zu ummanteln, wodurch eine vorteilhaft homogene Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems erreicht werden kann.Furthermore, it is proposed that the fuel cell stacks are stacked on top of each other. The vertical arrangement of the fuel cell stacks, a design of the fuel cell system can be achieved, which makes it possible to coat the fuel cell system with an annular heat exchanger, whereby an advantageous homogeneous operating temperature of the fuel cell system can be achieved.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Rohrleitungssystem eine Mehrzahl von Rohrleitungen umfasst, welche jeweils über Stichleitungen mit Medienanschlüssen der Brennstoffzellenstacks verbunden sind. Vorzugsweise umfasst das Rohrleitungssystem zumindest eine Rohrleitung, welche dazu vorgesehen ist, den Brennstoffzellenstacks ein Brenngas zuzuführen und/oder zumindest eine Rohrleitung, welche dazu vorgesehen ist, den Brennstoffzellenstacks Luft zuzuführen und/oder zumindest eine Rohrleitung, welche dazu vorgesehen ist, ein Anodenabgas von den Brennstoffzellenstacks abzuführen und/oder zumindest eine Rohrleitung, welche dazu vorgesehen ist, ein Kathodenabgas von den Brennstoffzellenstacks abzuführen. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Zuführung von verschiedenen Medien zu den Brennstoffzellenstacks und/oder eine vorteilhaft einfache Abführung von verschiedenen Medien von den Brennstoffzellenstacks erfolgen. It is also proposed that the pipeline system comprises a plurality of pipelines, which are each connected via stubs with media connections of the fuel cell stacks. Preferably, the piping system comprises at least one pipeline which is provided to supply a fuel gas to the fuel cell stacks and / or at least one pipeline intended to supply air to the fuel cell stacks and / or at least one pipeline intended to supply an anode exhaust gas from the Remove fuel cell stacks and / or at least one pipe, which is intended to dissipate a cathode exhaust gas from the fuel cell stacks. In this way, an advantageously simple supply of different media to the fuel cell stacks and / or an advantageously simple discharge of various media from the fuel cell stacks can take place.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Haupterstreckungsrichtung der Rohrleitungen zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Anordnungsrichtung, insbesondere parallel zu einer vertikalen Stapelrichtung, der Brennstoffzellenstacks ausgerichtet ist. Unter „im Wesentlichen parallel“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Hierdurch kann eine vorteilhaft unkomplizierte und/oder kostengünstige Ausführung eines Rohrsystems zur Medienversorgung und/oder Medienentsorgung der Brennstoffzellenstacks innerhalb des Brennstoffzellensystems ermöglicht werden.Furthermore, it is proposed that a main extension direction of the pipelines is aligned at least substantially parallel to an arrangement direction, in particular parallel to a vertical stacking direction, of the fuel cell stacks. "Substantially parallel" is to be understood here as meaning, in particular, an alignment of a direction relative to a reference direction, in particular in a plane, wherein the direction relative to the reference direction is a deviation, in particular less than 8 °, advantageously less than 5 ° and particularly advantageously less than 2 °. In this way, an advantageous uncomplicated and / or cost-effective design of a pipe system for media supply and / or media disposal of fuel cell stacks can be made possible within the fuel cell system.

Ferner wird ein Brennstoffzellenstack für ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, welcher zumindest zwei Teilstacks umfasst, welche jeweils eine Trägerplatte und eine Mehrzahl von jeweils an den Trägerplatten angeordneten tubularen Brennstoffzellen aufweisen, und welcher zumindest teilweise mittels der Trägerplatten einen zumindest im Wesentlichen geschlossenen Luftraum begrenzt, in welchen die tubularen Brennstoffzellen der Teilstacks ausgehend von den Trägerplatten hineinragen. Unter einem „Teilstack“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine, insbesondere elektrisch und/oder fluidtechnisch, in sich abgeschlossene und/oder, insbesondere unabhängig von weiteren Teilen des Brennstoffzellenstacks, funktionsfähige Teileinheit des Brennstoffzellenstacks verstanden werden. Insbesondere weisen die Teilstacks des Brennstoffzellenstacks jeweils eine Teilmenge von Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstacks auf. Die Brennstoffzellen innerhalb der Teilstacks sind vorzugsweise elektrisch seriell verschaltet. Unter einer „tubularen Brennstoffzelle“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Brennstoffzelle mit einem rohrförmigen Trägerkörper verstanden werden. Insbesondere ist der röhrenförmige Trägerkörper an einer Endseite geschlossen ausgeführt. Insbesondere weist der Trägerkörper zumindest einen offen porös ausgebildeten Teilbereich auf. Insbesondere weist die tubulare Brennstoffzelle zumindest eine Funktionsschicht auf, welche auf den wenigstens einen zumindest teilweise porös ausgebildeten Teilbereich aufgebracht ist. Unter einer „Funktionsschicht“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Schicht verstanden werden, welche insbesondere zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode sowie zumindest ein zwischen der zumindest einen Anode und der zumindest einen Kathode angeordnetes Elektrolyt aufweist. Insbesondere kann die zumindest eine Funktionsschicht auf einer Innenseite und/oder einer Außenseite des Trägerkörpers angeordnet sein. Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionsschicht vollständig auf einer Innenseite des Trägerkörpers angeordnet. Ein Brenngas wird in einem Betriebszustand insbesondere über ein Zuströmelement innenseitig in den Trägerkörper der tubularen Brennstoffzelle geleitet. Insbesondere ist der zumindest eine offen poröse Teilbereich zur Zuführung von Sauerstoff oder Luft vorgesehen.Further, a fuel cell stack for a fuel cell system is proposed, which comprises at least two partial stacks, each having a support plate and a plurality of each arranged on the support plates tubular fuel cells, and which at least partially by means of the support plates defines an at least substantially closed airspace in which the protrude tubular fuel cells of the partial stacks starting from the carrier plates. In this context, a "partial stack" is to be understood as meaning, in particular, a partial unit of the fuel cell stack which is functional, in particular electrically and / or fluidically, and / or, in particular independently of other parts of the fuel cell stack. In particular, the partial stacks of the fuel cell stack each have a subset of fuel cells of the fuel cell stack. The fuel cells within the sub-stacks are preferably electrically connected in series. A "tubular fuel cell" is to be understood in this context, in particular a fuel cell with a tubular support body. In particular, the tubular support body is designed to be closed on one end side. In particular, the carrier body has at least one openly porous partial region. In particular, the tubular fuel cell has at least one functional layer which is applied to the at least one partially porous section. In this context, a "functional layer" is to be understood as meaning, in particular, a layer which has, in particular, at least one anode and at least one cathode and at least one electrolyte arranged between the at least one anode and the at least one cathode. In particular, the at least one functional layer can be arranged on an inner side and / or an outer side of the carrier body. Preferably, the at least one functional layer is arranged completely on an inner side of the carrier body. A fuel gas is passed in an operating state in particular via an inflow inside the support body of the tubular fuel cell. In particular, the at least one open-porous partial region for supplying oxygen or air is provided.

Unter einer „Trägerplatte“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine plattenartige Einheit verstanden werden, welche insbesondere zu einer Montage einer Mehrzahl von tubularen Brennstoffzellen vorgesehen ist. Insbesondere kann die Trägerplatte zumindest teilweise aus einem metallischen und/oder vorzugsweise keramischen Material bestehen. Insbesondere weist die Trägerplatte innerhalb der Trägerplatte verlaufende Kanäle auf, welche zu einer Medienversorgung, insbesondere zu einer Versorgung mit zumindest einem Brenngas, der tubularen Brennstoffzellen vorgesehen sind. Die Trägerplatte kann insbesondere ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Bei einer mehrteiligen Ausführung kann die Trägerplatte insbesondere eine Grundplatte, welche insbesondere zu einer mechanischen Befestigung der tubularen Brennstoffzellen vorgesehen ist und welche insbesondere in Umfangsrichtung einseitig offene Kanäle aufweist, und eine Deckplatte, welche zu einem Verschließen der Kanäle der Grundplatte vorgesehen ist, umfassen. In einem montierten Zustand verläuft eine Längserstreckungsrichtung der tubularen Brennstoffzellen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Trägerplatte. 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. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ eines Objekts soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten geometrischen Quaders ist, welcher die Baueinheit gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Darunter, dass die „Trägerplatten einen zumindest im Wesentlichen geschlossenen Luftraum zumindest teilweise begrenzen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Trägerplatten zumindest eine den Luftraum begrenzende Wandung ausbilden. Unter „zumindest im Wesentlichen geschlossen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine gedachte, den Luftraum umgebende, geschlossene Hüllfläche zu zumindest 80 %, vorzugsweise zu zumindest 85%, vorteilhaft zu zumindest 90 % und besonders vorteilhaft zu zumindest 95 % von einer insbesondere gasdichte Hülle bedeckt ist. Der Luftraum ist insbesondere dazu vorgesehen, den tubularen Brennstoffzellen einen für eine chemische Reaktion benötigten Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, zuzuführen. Hierdurch kann ein Brennstoffzellenstack bereitgestellt werden, welcher vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf eine Verschaltung zu einem Brennstoffzellensystem aufweist. In this context, a "carrier plate" is to be understood as meaning, in particular, a plate-like unit which is provided in particular for mounting a plurality of tubular fuel cells. In particular, the carrier plate may at least partially consist of a metallic and / or preferably ceramic material. In particular, the carrier plate has channels extending within the carrier plate, which channels are provided for supplying media, in particular for supplying at least one fuel gas, to the tubular fuel cells. The support plate may in particular be designed in one or more parts. In a multi-part design, the support plate may in particular a base plate, which is provided in particular for a mechanical attachment of the tubular fuel cells and which has in particular circumferentially open channels, and a cover plate, which is provided for closing the channels of the base plate include. In an assembled state, a longitudinal extension direction of the tubular fuel cells runs at least substantially perpendicular to a main extension plane of the carrier plate. A "longitudinal extension direction" of an object should be understood to mean, in particular, a direction which is parallel to a longest edge of a smallest imaginary cuboid which just surrounds the object.A "main extension plane" of an object should be understood to mean, in particular, a plane parallel to a largest side surface of a smallest geometric cuboid, which is the Assembly still just completely encloses, and in particular runs through the center of the cuboid. The fact that the "support plates at least partially limit an at least substantially closed air space" should be understood in this context in particular that the support plates form at least one wall bounding the air space. By "at least substantially closed" is to be understood in this context in particular that an imaginary, the airspace surrounding, closed envelope to at least 80%, preferably at least 85%, advantageously at least 90% and more preferably at least 95% of a in particular gas-tight envelope is covered. The air space is provided in particular for supplying the tubular fuel cells with an oxygen, in particular atmospheric oxygen, required for a chemical reaction. In this way, a fuel cell stack can be provided, which has advantageous properties with regard to an interconnection to a fuel cell system.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 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 system according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the fuel cell system according to the invention may have a number deviating from a number of individual elements, components and units specified herein for fulfilling a mode of operation described herein.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele 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, two embodiments of the invention are 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 Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit sechs übereinander angeordneten Brennstoffzellenstacks und einem außerhalb der Brennstoffzellenstacks geführten Rohrleitungssystem, 1 3 a perspective view of a fuel cell system with six stacked fuel cell stacks and a piping system led outside the fuel cell stack,

2 eine perspektivische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einer alternativen Anordnung von Brennstoffzellenstacks und einem außerhalb der Brennstoffzellenstacks geführten Rohrleitungssystem, 2 3 a perspective view of a fuel cell system with an alternative arrangement of fuel cell stacks and a pipeline system guided outside the fuel cell stack,

3 eine perspektivische Darstellung eines Brennstoffzellenstacks eines Brennstoffzellensystems gemäß 1 oder 2 und 3 a perspective view of a fuel cell stack of a fuel cell system according to 1 or 2 and

4 eine Schnittdarstellung des Brennstoffzellenstacks aus 3. 4 a sectional view of the fuel cell stack from 3 ,

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 10a mit benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks 12a. Beispielhaft weist das Brennstoffzellensystem 10a sechs Brennstoffzellenstacks 12a auf. Eine abweichende Anzahl von Brennstoffzellenstacks innerhalb eines Brennstoffzellensystems ist jedoch ebenso denkbar. Durch Variation einer Anzahl von Brennstoffzellenstacks kann eine Gesamtleitung eines Brennstoffzellensystems variiert werden. Die Brennstoffzellenstacks 12a sind identisch zueinander ausgestaltet. Die Brennstoffzellenstacks 12a sind übereinander gestapelt angeordnet. Vorteilhaft weisen die Brennstoffzellenstacks 12a eine quaderförmige Außengeometrie auf, wodurch eine einfache Anordnung der Brennstoffzellenstacks 12a vertikal übereinander ermöglicht wird. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass Brennstoffzellenstacks eine von einer quaderform abweichende Außengeometrie aufweisen. 1 shows a fuel cell system 10a with adjacent fuel cell stacks 12a , By way of example, the fuel cell system 10a six fuel cell stacks 12a on. However, a different number of fuel cell stacks within a fuel cell system is also conceivable. By varying a number of fuel cell stacks, a total line of a fuel cell system can be varied. The fuel cell stacks 12a are configured identical to each other. The fuel cell stacks 12a are stacked on top of each other. Advantageously, the fuel cell stacks 12a a cuboid outer geometry, whereby a simple arrangement of the fuel cell stacks 12a vertically above each other. Alternatively, however, it is also conceivable that fuel cell stacks have a different outer geometry from a cuboid shape.

Ferner weist das Brennstoffzellensystem 10a ein außerhalb der Brennstoffzellenstacks 12a geführtes Rohrleitungssystem 14a auf. Das Rohrleitungssystem 14a ist zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks 12a und zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks 12a vorgesehen. Das Rohrleitungssystem 14a umfasst eine Mehrzahl von Rohrleitungen 16a, 24a, 26a, 28a, welche jeweils über Stichleitungen 18a mit Medienanschlüssen 20a der Brennstoffzellenstacks 12a verbunden sind. Eine Haupterstreckungsrichtung der Rohrleitungen 16a, 24a, 26a, 28a ist parallel zu einer Anordnungsrichtung 22a der Brennstoffzellenstacks 12a ausgerichtet. Das Rohrleitungssystem 14a umfasst beispielhaft zwei Rohrleitungen 16a, welche dazu vorgesehen sind, den Brennstoffzellenstacks 12a ein Brenngas zuzuführen. Das Rohrleitungssystem 14a umfasst ferner beispielhaft eine Rohrleitung 24a (größtenteils verdeckt), welche dazu vorgesehen ist, den Brennstoffzellenstacks 12a Luft zuzuführen. Ferner umfasst das Rohrleitungssystem 14a beispielhaft eine Rohrleitung 26a, welche dazu vorgesehen ist, ein Anodenabgas von den Brennstoffzellenstacks 12a abzuführen. Ferner umfasst das Rohrleitungssystem 14a beispielhaft eine Rohrleitung 28a, welche dazu vorgesehen ist, ein Kathodenabgas von den Brennstoffzellenstacks 12a abzuführen.Furthermore, the fuel cell system 10a one outside the fuel cell stacks 12a guided piping system 14a on. The piping system 14a is to a media supply to the fuel cell stacks 12a and to a media discharge from the fuel cell stacks 12a intended. The piping system 14a includes a plurality of pipes 16a . 24a . 26a . 28a , which each have stub lines 18a with media connections 20a the fuel cell stacks 12a are connected. A main extension direction of the pipelines 16a . 24a . 26a . 28a is parallel to an arrangement direction 22a the fuel cell stacks 12a aligned. The piping system 14a includes two pipes by way of example 16a , which are intended to fuel cell stacks 12a to supply a fuel gas. The piping system 14a further includes, by way of example, a pipeline 24a (largely obscured), which is intended to fuel cell stacks 12a To supply air. Furthermore, the piping system comprises 14a an example of a pipeline 26a , which is intended to be an anode exhaust gas from the fuel cell stacks 12a dissipate. Furthermore, the piping system comprises 14a an example of a pipeline 28a , which is intended to be a cathode exhaust gas from the fuel cell stacks 12a dissipate.

2 zeigt eine alternative Ausführung eines Brennstoffzellensystems 10b mit benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks 12b. Das Brennstoffzellensystem 10b umfasst beispielhaft sechs Brennstoffzellenstacks 12b. Jeweils drei der Brennstoffzellenstacks 12b sind übereinander gestapelt angeordnet. Jeweils zwei der Brennstoffzellenstacks 12b sind nebeneinander angeordnet. Vorteilhaft weisen die Brennstoffzellenstacks 12b eine quaderförmige Außengeometrie auf, wodurch eine einfache Anordnung der Brennstoffzellenstacks 12b vertikal übereinander und horizontal nebeneinander ermöglicht wird. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass Brennstoffzellenstacks eine von einer quaderform abweichende Außengeometrie aufweisen. 2 shows an alternative embodiment of a fuel cell system 10b with adjacent fuel cell stacks 12b , The fuel cell system 10b includes by way of example six fuel cell stacks 12b , Three of the fuel cell stacks each 12b are stacked on top of each other. Two of each fuel cell stacks 12b are arranged side by side. Advantageously, the fuel cell stacks 12b a cuboid outer geometry, whereby a simple arrangement of the fuel cell stacks 12b vertically above one another and horizontally next to one another. Alternatively, however, it is also conceivable that fuel cell stacks have a different outer geometry from a cuboid shape.

Ferner weist das Brennstoffzellensystem 10b ein außerhalb der Brennstoffzellenstacks 12b geführtes Rohrleitungssystem 14b auf. Das Rohrleitungssystem 14b ist zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks 12b und zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks 12b vorgesehen. Das Rohrleitungssystem 14b umfasst eine Mehrzahl von Rohrleitungen 16b, 24b, 26b, 28b, welche jeweils über Stichleitungen 18b mit Medienanschlüssen 20b der Brennstoffzellenstacks 12b verbunden sind. Das Rohrleitungssystem 14b umfasst zumindest eine Rohrleitung 16b, welche dazu vorgesehen ist, den Brennstoffzellenstacks 12b ein Brenngas zuzuführen. Das Rohrleitungssystem 14b umfasst ferner zumindest eine Rohrleitung 24b, welche dazu vorgesehen ist, den Brennstoffzellenstacks 12b Luft zuzuführen. Ferner umfasst das Rohrleitungssystem 14b zumindest eine Rohrleitung 26b, welche dazu vorgesehen ist, ein Anodenabgas von den Brennstoffzellenstacks 12b abzuführen. Ferner umfasst das Rohrleitungssystem 14b zumindest eine Rohrleitung 28b, welche dazu vorgesehen ist, ein Kathodenabgas von den Brennstoffzellenstacks 12b abzuführen.Furthermore, the fuel cell system 10b one outside the fuel cell stacks 12b guided piping system 14b on. The piping system 14b is to a media supply to the fuel cell stacks 12b and to a media discharge from the fuel cell stacks 12b intended. The piping system 14b includes a plurality of pipes 16b . 24b . 26b . 28b , which each have stub lines 18b with media connections 20b the fuel cell stacks 12b are connected. The piping system 14b includes at least one pipeline 16b , which is intended to fuel cell stacks 12b to supply a fuel gas. The piping system 14b further comprises at least one pipeline 24b , which is intended to fuel cell stacks 12b To supply air. Furthermore, the piping system comprises 14b at least one pipeline 26b , which is intended to be an anode exhaust gas from the fuel cell stacks 12b dissipate. Furthermore, the piping system comprises 14b at least one pipeline 28b , which is intended to be a cathode exhaust gas from the fuel cell stacks 12b dissipate.

3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Brennstoffzellenstacks 12a, 12b in einem unmontierten Zustand, während 3 eine Schnittdarstellung des Brennstoffzellenstacks 12a, 12b in einem montierten Zustand zeigt. Der Brennstoffzellenstack 12a, 12b weist zwei Teilstacks 30a, 30b, 32a, 32b auf. Die Teilstacks 30a, 30b, 32a, 32b umfassen jeweils eine Trägerplatte 34a, 34b, 36a, 36b und eine Mehrzahl von tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b. Die tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b sind jeweils an den Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b angeordnet. Die tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b können beispielsweise mittels eines Glaslots an den Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b fixiert und/oder abgedichtet sein. Die Teilstacks 30a, 30b, 32a, 32b weisen hier beispielhaft jeweils sechs tubulare Brennstoffzellen 38a, 38b auf. Alternativ können Teilstacks jedoch auch eine von sechs abweichende Anzahl von tubularen Brennstoffzellen aufweisen. Ferner können auch Trägerplatten unterschiedlicher Größe verwendet werden. Die Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b können insbesondere aus einem keramischen und/oder metallischen Material bestehen. Die Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b weisen hier nicht näher dargestellte innerhalb der Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b verlaufende Kanäle auf, welche dazu vorgesehen sind den tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b ein Brenngas zuzuführen und/oder ein Abgas von den tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b abzuleiten. Eine Einleitung und/oder Ausleitung des Brenngases in die Kanäle der Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b erfolgt jeweils über einen Brenngaseinlass und/oder Auslass 56a, 56b. In montiertem Zustand (vgl. 4) bilden die Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b teilweise eine Begrenzung eines Luftraums 40a, 40b aus. An einem Umfang der Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b angebrachte Keramik- und/oder Metallplatten 42a, 42b schließen den Luftraum 40a, 40b. Zwischen den Keramik- und/oder Metallplatten 42a, 42b und den Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b ist zur Abdichtung des Luftraums 40a, 40b eine keramische Dichtschnur 44a, 44b angeordnet. In dem montierten Zustand ragen die tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b der Teilstacks 30a, 32b ausgehend von den Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b in den Luftraum 40a, 40b hinein. 3 shows a perspective view of a fuel cell stack 12a . 12b while in an unmounted state 3 a sectional view of the fuel cell stack 12a . 12b in an assembled state. The fuel cell stack 12a . 12b has two partial stacks 30a . 30b . 32a . 32b on. The partial stacks 30a . 30b . 32a . 32b each comprise a carrier plate 34a . 34b . 36a . 36b and a plurality of tubular fuel cells 38a . 38b , The tubular fuel cells 38a . 38b are each on the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b arranged. The tubular fuel cells 38a . 38b For example, by means of a glass solder on the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b fixed and / or sealed. The partial stacks 30a . 30b . 32a . 32b Here, by way of example, each have six tubular fuel cells 38a . 38b on. Alternatively, however, partial stacks may also have one of six different numbers of tubular fuel cells. Furthermore, carrier plates of different sizes can be used. The carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b may in particular consist of a ceramic and / or metallic material. The carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b not shown here within the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b extending channels, which are provided to the tubular fuel cells 38a . 38b to supply a fuel gas and / or an exhaust gas from the tubular fuel cells 38a . 38b derive. An introduction and / or discharge of the fuel gas in the channels of the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b takes place in each case via a fuel gas inlet and / or outlet 56a . 56b , In assembled condition (cf. 4 ) form the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b partly a limitation of an airspace 40a . 40b out. On a circumference of the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b attached ceramic and / or metal plates 42a . 42b close the airspace 40a . 40b , Between the ceramic and / or metal plates 42a . 42b and the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b is to seal the airspace 40a . 40b a ceramic sealing cord 44a . 44b arranged. In the mounted state, the tubular fuel cells protrude 38a . 38b the partial stacks 30a . 32b starting from the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b in the airspace 40a . 40b into it.

Die Teilstacks 30a, 30b, 32a, 32b sind innerhalb des Brennstoffzellenstacks 12a, 12b derart angeordnet, dass die tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b ineinander greifen. Die Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b sind in montiertem Zustand derart zueinander beabstandet, dass Kopfbereiche 46a, 46b der tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b eines Teilstacks 30a, 30b, 32a, 32b neben Fußbereichen 48a, 48b der tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b des jeweils anderen Teilstacks 30a, 30b, 32a, 32b angeordnet sind. Da die Kopfbereiche 46a, 46b der tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b während eines Betriebs eine höhere Temperatur als die Fußbereiche 48a, 48b der tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b aufweisen, kann hierdurch eine Temperaturhomogenität innerhalb des Brennstoffzellenstacks 12a, 12b erreicht werden.The partial stacks 30a . 30b . 32a . 32b are inside the fuel cell stack 12a . 12b arranged such that the tubular fuel cells 38a . 38b mesh. The carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b are spaced apart in the assembled state such that head portions 46a . 46b the tubular fuel cells 38a . 38b a partial stack 30a . 30b . 32a . 32b next to foot areas 48a . 48b the tubular fuel cells 38a . 38b the other part of the stack 30a . 30b . 32a . 32b are arranged. Because the head areas 46a . 46b the tubular fuel cells 38a . 38b during operation, a higher temperature than the foot areas 48a . 48b the tubular fuel cells 38a . 38b can thereby have a temperature homogeneity within the fuel cell stack 12a . 12b be achieved.

Die Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b weisen jeweils auf einer dem Luftraum 40a, 40b abgewandten Seite eine großflächige Kavität 50a, 50b, 52a, 52b auf. Eine Lufteinströmung erfolgt jeweils über einen Lufteinlasskanal 54a, 54b welcher in die Kavitäten 50a, 50b, 52a, 52b mündet. In einem montierten Zustand sind die Kavitäten 50a, 50b, 52a, 52b jeweils durch eine Deckplatte 58a, 58b abgedeckt. Zur Veranschaulichung der Kavität 50a, 50b ist hier lediglich eine Deckplatte 58a, 58b dargestellt (vgl. 4). Die Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b weisen jeweils eine Mehrzahl von Ausnehmungen 60a, 60b auf, welche dazu vorgesehen sind, Luft in den Luftraum 40a, 40b zu leiten. Die Ausnehmungen 60a, 60b können beispielsweise als Durchgangsbohrungen ausgeführt sein. Die Ausnehmungen 60a, 60b verbinden die Kavitäten 50a, 50b, 52a, 52b jeweils mit dem Luftraum 40a, 40b. Die Ausnehmungen 60a, 60b sind kreisförmig um die Positionen der tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b herum angeordnet. Die Ausnehmungen 60a, 60b sind somit derart angeordnet, dass bei einer Einleitung von Luft in den Luftraum 40a, 40b eine gleichmäßige Beströmung jeder der tubularen Brennstoffzellen 38a, 38b entsteht.The carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b each point to one of the airspace 40a . 40b opposite side of a large cavity 50a . 50b . 52a . 52b on. An air inflow takes place via an air inlet duct 54a . 54b which in the cavities 50a . 50b . 52a . 52b empties. In an assembled state are the cavities 50a . 50b . 52a . 52b each by a cover plate 58a . 58b covered. To illustrate the cavity 50a . 50b here is just a cover plate 58a . 58b represented (cf. 4 ). The carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b each have a plurality of recesses 60a . 60b which are intended to air into the airspace 40a . 40b to lead. The recesses 60a . 60b can be designed for example as through holes. The recesses 60a . 60b connect the cavities 50a . 50b . 52a . 52b each with the airspace 40a . 40b , The recesses 60a . 60b are circular around the positions of the tubular fuel cells 38a . 38b arranged around. The recesses 60a . 60b are thus arranged such that upon introduction of air into the airspace 40a . 40b a uniform flow of each of the tubular fuel cells 38a . 38b arises.

Zwischen den Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b sind röhrenförmiger Abstandshalter 62a, 62b angeordnet. Die Abstandshalter 62a, 62b sind jeweils in Ecken der Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b angeordnet. Die Abstandshalter 62a, 62b sind dazu vorgesehen, eine mechanische Stabilität des Brennstoffzellenstacks 12a, 12b zu erhöhen. Die Abstandshalter 62a, 62b sind ferner dazu vorgesehen, Luft aus dem Luftraum 40a, 40b auszuleiten. Hierzu weisen die röhrenförmigen Abstandshalter 62a, 62b Wanddurchbrüche 64a, 64b auf, welche dazu vorgesehen sind, ein Einströmen von Luft aus dem Luftraum 40a, 40b in die röhrenförmigen Abstandshalter 62a, 62b hinein zu erlauben. Die Trägerplatten 34a, 34b, 36a, 36b weisen Luftauslassausnehmungen 66a, 66b auf, in welche die Enden der röhrenförmigen Abstandshalter 62a, 62b münden. Über die Luftauslassausnehmungen 66a, 66b wird die Luft aus dem Luftraum 40a, 40b abgeführt.Between the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b are tubular spacers 62a . 62b arranged. The spacers 62a . 62b are each in corners of the carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b arranged. The spacers 62a . 62b are intended to provide mechanical stability of the fuel cell stack 12a . 12b to increase. The spacers 62a . 62b are also intended to provide air from the airspace 40a . 40b auszuleiten. For this purpose, have the tubular spacers 62a . 62b Wall cuttings 64a . 64b which are intended, an influx of air from the air space 40a . 40b in the tubular spacers 62a . 62b to allow in. The carrier plates 34a . 34b . 36a . 36b have Luftauslassausnehmungen 66a . 66b into which the ends of the tubular spacers 62a . 62b lead. About the air outlet recesses 66a . 66b gets the air out of the airspace 40a . 40b dissipated.

Claims

Fuel cell system with at least two adjacent fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) characterized by an outside of the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) guided piping system ( 14a ; 14b ), which leads to a media feed to the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) and / or to a media removal from the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) is provided.

Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) are configured at least substantially identical to each other.

Fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) are stacked on top of each other.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline system ( 14a ; 14b ) a plurality of pipelines ( 16a . 24a . 26a . 28a ; 16b . 24b . 26b . 28b ), which in each case via stubs ( 18a ; 18b ) with media connections ( 20a ; 20b ) of the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) are connected.

Fuel cell system according to claim 4, characterized in that a main extension direction of the pipelines ( 16a . 24a . 26a . 28a ; 16b . 24b . 26b . 28b ) at least substantially parallel to an arrangement direction ( 22a ; 22b ) of the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) is aligned.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline system ( 14a ; 14b ) at least one pipeline ( 16a ; 16b ), which is intended to supply the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) supply a fuel gas.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline system ( 14a ; 14b ) at least one pipeline ( 24a ; 24b ), which is intended to supply the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) To supply air.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline system ( 14a ; 14b ) at least one pipeline ( 26a ; 26b ), which is intended to be an anode exhaust gas from the fuel cell stacks ( 12a ; 12b ) dissipate.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline system ( 14a ; 14b ) at least one pipeline ( 28a ; 28b ), which is intended to dissipate a cathode exhaust gas from the fuel cell stacks.

Fuel cell stack for a fuel cell system ( 10a ; 10b ) according to one of the preceding claims, which comprises at least two partial stacks ( 30a . 32a ; 30b . 32b ), each having a support plate ( 34a . 36a ; 34b . 36b ) and a plurality of each on the carrier plates ( 34a . 36a ; 34b . 36b ) arranged tubular fuel cells ( 38a ; 38b ), and which at least partially by means of the support plates ( 34a . 36a ; 34b . 36b ) an at least substantially closed airspace ( 40a ; 40b ), in which the tubular fuel cells ( 38a ; 38b ) of the partial stacks ( 30a . 32a ; 30b . 32b ) starting from the carrier plates ( 34a . 36a ; 34b . 36b protrude).