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Stand der Technik
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Es ist bereits eine planare Brennstoffzellenvorrichtung auf Basis eines metallischen Interkonnektors vorgeschlagen worden, welche eine Zellebene aufweist, welche von lediglich einer elektrochemischen Nernstzelle gebildet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Zellebene.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Zellebene eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen aufweist.
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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.
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Insbesondere weist die Brennstoffzellenvorrichtung eine Brennstoffzelleneinheit auf, welche zumindest einen Gasraum definiert, welcher in zumindest einem Betriebszustand zu einer Aufnahme zumindest eines Reaktanten, insbesondere eines Brenngases, vorgesehen ist, wobei die Brennstoffzelleneinheit zumindest ein erstes plattenartiges Element und zumindest ein zweites plattenartiges Element aufweist, welche gemeinsam den Gasraum zumindest im Wesentlichen definieren. Vorzugsweise sind die plattenartigen Elemente zumindest im Wesentlichen von einem keramischen Material gebildet. 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 Gasleitung und/oder zu einer Montage der Brennstoffzellenvorrichtung, umfassen. 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 und vorzugsweise zumindest im Wesentlichen allseitig, insbesondere abgesehen von Zuleitungen und/oder Ableitungen, von einer einer sichtbaren Außenfläche gegenüberliegenden, insbesondere zumindest teilweise nicht sichtbaren, Innenfläche der Brennstoffzelleneinheit begrenzt ist. Darunter, dass die Brennstoffzelleneinheit den zumindest einen Gasraum „zumindest im Wesentlichen definiert“ soll insbesondere verstanden werden, dass eine gedachte, den zumindest einen Gasraum umgebende, geschlossene Hüllfläche zu zumindest 80 %, vorzugsweise zu zumindest 85 %, vorteilhaft zu zumindest 90 % und besonders vorteilhaft zu zumindest 95 % von einer durch die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit gebildeten äußeren Hülle bedeckt ist. Insbesondere weist das erste plattenartige Element zumindest einen zumindest im Wesentlichen porösen Bereich auf. Insbesondere ist der poröse Bereich offen porös ausgebildet. Unter einem „porösen Bereich“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bereich verstanden werden, welcher Hohlräume aufweist, die insbesondere fluidtechnisch untereinander und/oder mit einer Umgebung in Verbindung stehen. Insbesondere ist der poröse Bereich zur Zuführung zumindest eines zweiten, insbesondere gasförmigen Reaktanten, vorzugsweise Sauerstoff oder Luft, vorgesehen. Insbesondere weist die Brennstoffzellenvorrichtung ferner zumindest eine Funktionsschicht auf. Unter einer „Funktionsschicht“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Schicht verstanden werden, welche insbesondere zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode sowie zumindest einen zwischen der zumindest einen Anode und der zumindest eine Kathode angeordneten Elektrolyt aufweist. Insbesondere weist die zumindest eine Funktionsschicht eine Schichtdicke von maximal 50 µm, vorteilhaft von maximal 25 µm und besonders vorteilhaft von maximal 15 µm auf. Insbesondere ist die Funktionsschicht zumindest im Wesentlichen auf dem porösen Bereich des ersten plattenartigen Elements angeordnet.
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Unter einer „Zellebene“ soll insbesondere ein, insbesondere zumindest im Wesentlichen von der Funktionsschicht gebildeter, elektrochemisch aktiver, insbesondere zumindest im Wesentlichen planarer Bereich verstanden werden. Unter einer „Einzelzelle“ soll in diesem Zusammenhang ein in sich funktionsfähiger elektrochemisch aktiver Teilbereich der Zellebene verstanden werden. Insbesondere sind die Einzelzellen vorzugsweise mittels eines keramischen Interkonnektors elektrisch in Reihe geschaltet.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit verbesserten Betriebseigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch eine Segmentierung der Zellebene in eine Mehrzahl elektrisch verschalteter Einzelzellen eine flexible Auslegung eines elektrischen Arbeitspunkts ermöglicht werden. Ferner kann eine vorteilhaft variable geometrische Anordnung der Einzelzellen ermöglicht werden, wodurch eine vorteilhafte Auslegung der Zellebene insbesondere hinsichtlich einer Temperaturverteilung und/oder einer Brenngas- und/oder Luftausnutzung erreicht werden kann.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Gasleiteinheit aufweist, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms und/oder eines Oxidationsgasstroms entlang der Zellebene vorgesehen ist. Insbesondere ist die Gasleiteinheit dazu vorgesehen, einen Brenngasstrom entlang einer Anodenseite der Zellebene und einen Oxidationsgasstrom, insbesondere einen Luftstrom, entlang einer Kathodenseite der Zellebene zu führen. Insbesondere weist die Gasleiteinheit eine Mehrzahl von Gasleitelementen, insbesondere Gasleitstegen, auf. Die Gasleiteinheit weist insbesondere eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Brenngasleitelementen auf, welche insbesondere an der Anodenseite der Zellebene angeordnet sind. Insbesondere weist die Gasleiteinheit eine Mehrzahl von insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Oxidationsgasleitelementen auf, welche insbesondere an der Kathodenseite der Zellebene angeordnet sind. Hierdurch kann eine vorteilhaft gleichverteilte und/oder homogene Brenngas- und/oder Oxidationsgasverteilung in der Zellebene erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Gasleiteinheit dazu vorgesehen ist, die Zellebene in eine Mehrzahl von Zellstreifen zu unterteilen, welche jeweils zumindest eine Einzelzelle umfassen. Vorzugsweise umfassen die Zellstreifen jeweils eine identische Anzahl von Einzelzellen. Unter einem „Zellstreifen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein insbesondere von zumindest zwei Gasleitelementen der Gasleiteinheit begrenzter geometrischer Bereich der Zellebene verstanden werden, welcher von einem zumindest im Wesentlichen richtungskonstanten, von der Gasleiteinheit geführten Brenngasstrom oder Oxidationsgasstrom überströmt wird. Die Einzelzellen eines Zellstreifens sind insbesondere elektrisch in Reihe geschaltet. Hierdurch kann eine vorteilhafte Segmentierung der Zellebene erreicht werden.
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In einer Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei der Zellstreifen verschieden breit ausgebildet sind. Hierdurch kann eine Zellfläche der Zellstreifen und/oder ein Volumen von Gaskanälen der Gasleiteinheit vorteilhaft flexibel angepasst werden. Insbesondere kann somit eine Strömungsgeschwindigkeit eines Brenngasstroms und/oder eines Oxidationsgasstroms vorteilhaft variiert und eine Gasverteilung kann vorteilhaft eingestellt werden. Ferner kann durch eine solche Variation von Zellflächen der Zellstreifen eine Stromdichte der in Reihe geschalteten Einzelzellen insbesondere in Abhängigkeit von einer Position in der Gasführung und einer daraus resultierenden Gaszusammensetzung angepasst werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Gasleiteinheit dazu vorgesehen ist, zumindest den Brenngasstrom und/oder zumindest den Oxidationsgasstrom mäanderförmig zu führen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Gasleiteinheit dazu vorgesehen ist, zumindest den Brenngasstrom und/oder zumindest den Oxidationsgasstrom in einer Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen parallelen, insbesondere zumindest im Wesentlichen richtungsgleichen Strömungen zu führen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Brenngasund/oder Oxidationsgasführung und/oder eine vorteilhaft homogene Brenngasund/oder Oxidationsgasverteilung erreicht werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Gasleiteinheit dazu vorgesehen ist, den Brenngasstrom und den Oxidationsgasstrom zumindest teilweise nach dem Gegenstromprinzip zu führen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Brenngas- und/oder Oxidationsgasführung und/oder eine vorteilhaft homogene Brenngas- und/oder Oxidationsgasverteilung erreicht werden
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Gasleiteinheit dazu vorgesehen ist, den Brenngasstrom und den Oxidationsgasstrom zumindest teilweise nach dem Gleichstromprinzip zu führen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Brenngasund/oder Oxidationsgasführung und/oder eine vorteilhaft homogene Brenngasund/oder Oxidationsgasverteilung erreicht werden
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Gasleiteinheit dazu vorgesehen ist, den Brenngasstrom und den Oxidationsgasstrom zumindest teilweise nach dem Kreuzstromprinzip zu führen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Brenngasund/oder Oxidationsgasführung und/oder eine vorteilhaft homogene Brenngasund/oder Oxidationsgasverteilung erreicht werden
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Zudem wird ein Brennstoffzellenstack mit zumindest zwei erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtungen vorgeschlagen. Insbesondere sind die Brennstoffzellenvorrichtungen elektrisch und/oder fluidtechnisch verschaltet. Hierdurch kann auf einfache Weise ein Brennstoffzellenstack realisiert werden.
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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.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind neun 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.
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Es zeigen:
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1 eine Teilschnittdarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung,
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2 eine schematische Ansicht einer Zellebene der Brennstoffzellenvorrichtung aus 1 mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom und einen Oxidationsgasstrom in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen nach dem Kreuzstromprinzip führt,
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3 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom mäanderförmig und einen Oxidationsgasstrom in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen führt,
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4 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom mäanderförmig und einen Oxidationsgasstrom in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen führt,
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5 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen und einen Oxidationsgasstrom mäanderförmig führt,
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6 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche ei
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nen Brenngasstrom und einen Oxidationsgasstrom mäanderförmig nach dem Kreuzstromprinzip führt,
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7 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom und einen Oxidationsgasstrom mäanderförmig nach dem Gegenstromprinzip führt,
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8 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom und einen Oxidationsgasstrom mäanderförmig nach dem Gleichstromprinzip führt,
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9 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom und einen Oxidationsgasstrom mäanderförmig nach dem Kreuzstromprinzip führt,
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10 eine schematische Ansicht einer Zellebene einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Gasleiteinheit, welche einen Brenngasstrom und einen Oxidationsgasstrom mäanderförmig nach dem Kreuzstromprinzip führt,
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11 eine schematische Ansicht einer Stackebene eines Brennstoffzellenstacks mit zwei Stackmodulen und
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12 eine schematische Ansicht einer Stackebene eines alternativen Brennstoffzellenstacks mit vier Brennstoffzellenvorrichtungen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Teilschnittdarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung 10a. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a weist eine Brennstoffzelleneinheit 28a auf, welche einen Gasraum 30a definiert. Der Gasraum 30a ist dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand zumindest ein Brenngas, insbesondere Wasserstoff, aufzunehmen. Die Brennstoffzelleneinheit 28a weist ein erstes plattenartiges Element 32a und ein zweites plattenartiges Element 34a auf, welche gemeinsam den Gasraum 30a definieren. Die plattenartigen Elemente 32a, 34a sind zumindest im Wesentlichen von einem keramischen Material gebildet.
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Das erste plattenartige Element 32a weist einen porösen Bereich 36a auf. Insbesondere ist der poröse Bereich 36a von einem porösen Forsteritmaterial gebildet. Ferner weist das erste plattenartige Element 32a einen im Wesentlichen gasdichten Bereich 38a auf, welcher den porösen Bereich 36a in Umfangsrichtung vollständig umschließt. Der gasdichte Bereich 38a ist insbesondere von einem dichten Forsteritmaterial gebildet. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a weist des Weiteren eine Funktionsschicht 40a auf, welche auf dem porösen Bereich 36a des ersten plattenartigen Elements 32a angeordnet ist. Die Funktionsschicht 40a weist, hier nicht im Detail dargestellt, eine Anode, eine Kathode und einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Elektrolyt auf. Die Funktionsschicht 40a ist mit ihrer Kathodenseite auf dem porösen Bereich 36a angeordnet. Die Funktionsschicht 40a ist umlaufend von einem Rahmen 42a umgeben, welcher insbesondere von einem gasdichten keramischen Material gebildet ist. Ein Oxidationsgas, insbesondere Sauerstoff oder Luft, wird der Funktionsschicht 40a in einem Betriebszustand über den porösen Bereich 36a des ersten plattenartigen Elements 32a zugeführt. Das zweite plattenartige Element 34a ist zumindest im Wesentlichen gasdicht ausgebildet. Das zweite plattenartige Element 34a ist insbesondere vollständig von einem dichten Forsteritmaterial gebildet. Das erste plattenartige Element 32a und das zweite plattenartige Element 34a sind insbesondere mittels einer Sinterverbindung miteinander verbunden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Zellebene 12a der Brennstoffzellenvorrichtung 10a. Die Zellebene 12a weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14a auf. Die Einzelzellen 14a sind mittels keramischer Interkonnektoren 44a elektrisch in Reihe geschaltet. In einem Randbereich 58a weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10a jeweils einen Brenngaszufluss 50a, einen Brenngasabfluss 52a, einen Oxidationsgaszufluss 54a und einen Oxidationsgasabfluss 56a auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a weist eine Gasleiteinheit 16a auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18a und eines Oxidationsgasstroms 20a entlang der Zellebene 12a vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16a weist eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Brenngasleitelementen 46a auf. Die Brenngasleitelemente 46a sind auf einer Anodenseite der Funktionsschicht 40a angeordnet. Ferner weist die Gasleiteinheit 16a eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Oxidationsgasleitelementen 48a auf. Die Oxidationsgasleitelemente 48a sind auf einer Kathodenseite der Funktionsschicht 40a angeordnet. Die Gasleiteinheit 16a ist dazu vorgesehen, die Zellebene 12a in eine Mehrzahl von Zellstreifen 22a zu unterteilen, welche jeweils zumindest eine Einzelzelle 14a umfassen. Die Zellstreifen 22a umfassen jeweils eine identische Anzahl von Einzelzellen 14a. Die Gasleiteinheit 16a unterteilt die Zellebene 12a anodenseitig und kathodenseitig jeweils in eine ungerade Anzahl von Zellstreifen 22a. Die Gasleiteinheit 16a unterteilt die Zellebene 12a anodenseitig und kathodenseitig beispielhaft in jeweils drei Zellstreifen 22a. Die Zellstreifen 22a weisen eine identische Breite auf.
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Die Gasleiteinheit 16a ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18a und den Oxidationsgasstrom 20a in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen zu führen. Die Gasleiteinheit 16a ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18a und den Oxidationsgasstrom 20a nach dem Kreuzstromprinzip zu führen.
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In den 3 bis 12 sind acht weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 und 2, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 3 bis 12 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis k ersetzt.
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3 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12b einer alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10b. Die Zellebene 12b weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14b auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10b weist eine Gasleiteinheit 16b auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18b und eines Oxidationsgasstroms 20b entlang der Zellebene 12b vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16b weist eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Brenngasleitelementen 46b auf. Die Brenngasleitelemente 46b sind auf einer Anodenseite einer Funktionsschicht 40b angeordnet. Ferner weist die Gasleiteinheit 16b eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Oxidationsgasleitelementen 48b auf. Die Oxidationsgasleitelemente 48b sind auf einer Kathodenseite der Funktionsschicht 40b angeordnet. Die Gasleiteinheit 16b ist dazu vorgesehen, die Zellebene 12b in eine Mehrzahl von Zellstreifen 22b zu unterteilen, welche jeweils zumindest eine Einzelzelle 14b umfassen. Die Gasleiteinheit 16b unterteilt die Zellebene 12b anodenseitig und kathodenseitig jeweils in drei Zellstreifen 22b. Die kathodenseitigen Zellstreifen 22b weisen verschiedene Breiten auf. Die Gasleiteinheit 16b ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18b mäanderförmig und den Oxidationsgasstrom 20b in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen zu führen.
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4 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12c einer weiteren alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10c. Die Zellebene 12c weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14c auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10c weist eine Gasleiteinheit 16c auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18c und eines Oxidationsgasstroms 20c entlang der Zellebene 12c vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16c weist eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Brenngasleitelementen 46c auf. Die Brenngasleitelemente 46c sind auf einer Anodenseite einer Funktionsschicht 40c angeordnet. Ferner weist die Gasleiteinheit 16c eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Oxidationsgasleitelementen 48c auf. Die Oxidationsgasleitelementen 48c sind auf einer Kathodenseite der Funktionsschicht 40c angeordnet. Die Gasleiteinheit 16c ist dazu vorgesehen, die Zellebene 12c in eine Mehrzahl von Zellstreifen 22c zu unterteilen, welche jeweils zumindest eine Einzelzelle 14c umfassen. Die Gasleiteinheit 16c unterteilt die Zellebene 12c anodenseitig und kathodenseitig jeweils in drei Zellstreifen 22c. Die kathodenseitigen Zellstreifen 22c weisen identische Breiten auf. Die Gasleiteinheit 16c ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18c mäanderförmig und den Oxidationsgasstrom 20c in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen zu führen.
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5 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12d einer weiteren alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10d. Die Zellebene 12d weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14d auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10d weist eine Gasleiteinheit 16d auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18d und eines Oxidationsgasstroms 20d entlang der Zellebene 12d vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16d ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18d in einer Mehrzahl von parallelen Strömungen und den Oxidationsgasstrom 20d mäanderförmig zu führen.
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6 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12e einer weiteren alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10e. Die Zellebene 12e weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14e auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10e weist eine Gasleiteinheit 16e auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18e und eines Oxidationsgasstroms 20e entlang der Zellebene 12e vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16e ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18e und den Oxidationsgasstrom 20e mäanderförmig nach dem Kreuzstromprinzip zu führen.
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7 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12f einer weiteren alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10f. Die Zellebene 12f weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14f auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10f weist eine Gasleiteinheit 16f auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18f und eines Oxidationsgasstroms 20f entlang der Zellebene 12f vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16f ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18f und den Oxidationsgasstrom 20f mäanderförmig nach dem Gegenstromprinzip zu führen.
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8 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12g einer weiteren alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10g. Die Zellebene 12g weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14g auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10g weist eine Gasleiteinheit 16g auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18g und eines Oxidationsgasstroms 20g entlang der Zellebene 12g vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16g ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18g und den Oxidationsgasstrom 20g mäanderförmig nach dem Gleichstromprinzip zu führen.
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9 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12h einer weiteren alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10h. Die Zellebene 12h weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14h auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10h weist eine Gasleiteinheit 16h auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18h und eines Oxidationsgasstroms 20h entlang der Zellebene 12h vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16h weist eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Brenngasleitelementen 46h auf. Die Brenngasleitelemente 46h sind auf einer Anodenseite einer Funktionsschicht 40h angeordnet. Ferner weist die Gasleiteinheit 16h eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Oxidationsgasleitelementen 48h auf. Die Oxidationsgasleitelemente 48h sind auf einer Kathodenseite der Funktionsschicht 40h angeordnet. Die Gasleiteinheit 16h ist dazu vorgesehen, die Zellebene 12h in eine Mehrzahl von Zellstreifen 22h zu unterteilen, welche jeweils zumindest eine Einzelzelle 14h umfassen. Die Gasleiteinheit 16h unterteilt die Zellebene 12h anodenseitig und kathodenseitig jeweils in eine gerade Anzahl von Zellstreifen 22h. Die Gasleiteinheit 16h unterteilt die Zellebene 12h anodenseitig und kathodenseitig beispielhaft in jeweils vier Zellstreifen 22h. Die Gasleiteinheit 16h ist dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18h und den Oxidationsgasstrom 20h mäanderförmig nach dem Kreuzstromprinzip zu führen.
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10 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Zellebene 12i einer weiteren alternativen Brennstoffzellenvorrichtung 10i. Die Zellebene 12i weist eine Mehrzahl von zumindest im Wesentlichen in einer Ebene angeordneten und elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen 14i auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10i weist eine Gasleiteinheit 16i auf, welche zu einer Führung eines Brenngasstroms 18i und eines Oxidationsgasstroms 20i entlang der Zellebene 12i vorgesehen ist. Die Gasleiteinheit 16i weist eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Brenngasleitelementen 46i auf. Die Brenngasleitelemente 46i sind auf einer Anodenseite einer Funktionsschicht 40i angeordnet. Ferner weist die Gasleiteinheit 16h eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Oxidationsgasleitelementen 48i auf. Die Oxidationsgasleitelemente 48i sind auf einer Kathodenseite der Funktionsschicht 40i angeordnet. Die Gasleiteinheit 16i ist dazu vorgesehen, die Zellebene 12i in eine Mehrzahl von Zellstreifen 22i zu unterteilen, welche jeweils zumindest eine Einzelzelle 14i umfassen. Die Gasleiteinheit 16i unterteilt die Zellebene 12i anodenseitig in einen ungerade Anzahl von Zellstreifen 22i und kathodenseitig in eine gerade Anzahl von Zellstreifen 22i. Die Gasleiteinheit 16i unterteilt die Zellebene 12i anodenseitig beispielhaft in drei und kathodenseitig beispielhaft in vier Zellstreifen 22i. Die Gasleiteinheit 16i dazu vorgesehen, den Brenngasstrom 18i und den Oxidationsgasstrom 20i mäanderförmig nach dem Kreuzstromprinzip zu führen.
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11 zeigt eine schematische Ansicht einer Stackebene 60j eines Brennstoffzellenstacks 26j. Die Stackebene 60j umfasst beispielhaft zwei Stackmodule 62j, 64j. Die Stackmodule 62j, 64j umfasst beispielhaft jeweils zwei Brennstoffzellenvorrichtungen 10h gemäß 9. Alternativ können Stackmodule jedoch auch alternativ ausgebildete Brennstoffzellenvorrichtungen umfassen. Eine Brenngasversorgung 66j ist von außen an die Brennstoffzellenvorrichtungen 10h angelegt. Eine Oxidationsgasversorgung 68j ist zwischen den Stackmodulen 62j, 64j angeordnet. Über freie Brenngaskanäle 70j und/oder freie Oxidationsgaskanäle 72j kann je nach Betriebszustand ein Aufheizen und/oder Kühlen der Brennstoffzellenvorrichtungen 10h erfolgen.
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12 zeigt eine schematische Ansicht einer Stackebene 60k eines alternativen Brennstoffzellenstacks 26k. Die Stackebene 60k umfasst beispielhaft vier Brennstoffzellenvorrichtungen 10h gemäß 9. Alternativ kann eine Stackebene jedoch auch alternativ ausgebildete Brennstoffzellenvorrichtungen umfassen. Eine Brenngasversorgung 66k und eine Oxidationsgasversorgung 68k ist zwischen den Brennstoffzellenvorrichtungen 10h angeordnet. Über freie Brenngaskanäle 70k und/oder freie Oxidationsgaskanäle 72k kann je nach Betriebszustand ein Aufheizen und/oder Kühlen der Brennstoffzellenvorrichtungen 10h erfolgen.
