DE102016207013A1

DE102016207013A1 - The fuel cell system

Info

Publication number: DE102016207013A1
Application number: DE102016207013.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Caprano; Guenter Escher; Franz Wetzl; Friedrich Kneule; Imke Heeren; Bernd Lutz; Dietmar Hofmann; Frank Schuler; Stefan Schoenbauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-10-26

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffzellensystem mit zumindest zwei benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks (12, 14) und einem Leitungssystem (16), welches zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks (12, 14) und/oder zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks (12, 14) vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Leitungssystem (16) zumindest eine Ringleitung (18) umfasst, welche die Brennstoffzellenstacks (12, 14) zumindest im Wesentlichen umschließt und welche zu einer Abführung einer Abluft von den Brennstoffzellenstacks (12, 14) vorgesehen ist.The invention is based on a fuel cell system having at least two fuel cell stacks (12, 14) arranged adjacently to one another and a line system (16) which leads to a media supply to the fuel cell stacks (12, 14) and / or to a media discharge from the fuel cell stacks (12, 14). 14) is provided. It is proposed that the line system (16) comprises at least one ring line (18) which at least substantially encloses the fuel cell stacks (12, 14) and which is provided for discharging an exhaust air from the fuel cell stacks (12, 14).

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 zumindest zwei benachbart zueinander angeordnete Brennstoffzellenstacks und ein Leitungssystem umfassen, welches zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks und/oder zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks vorgesehen ist. Fuel cell systems are already known which comprise at least two fuel cell stacks arranged adjacent to one another and a line system which is provided for supplying media to the fuel cell stacks and / or for discharging media from the fuel cell stacks.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffzellensystem mit zumindest zwei benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks und einem Leitungssystem, welches zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks und/oder zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks vorgesehen ist.The invention is based on a fuel cell system having at least two fuel cell stacks arranged adjacent to one another and a line system which is provided for supplying media to the fuel cell stacks and / or for discharging media from the fuel cell stacks.

Es wird vorgeschlagen, dass das Leitungssystem zumindest eine Ringleitung umfasst, welche die Brennstoffzellenstacks zumindest im Wesentlichen umschließt und welche zu einer Abführung einer Abluft 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. Insbesondere umfassen die Brennstoffzellenstacks jeweils zumindest zwei Teilstacks. Die Teilstacks weisen insbesondere jeweils eine Trägerplatte und eine Mehrzahl von jeweils an der Trägerplatte angeordneten tubularen Brennstoffzellen auf. 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 elektrisch seriell und/oder parallel 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 diesen 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 angeordneten 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.It is proposed that the line system comprises at least one ring line which at least substantially encloses the fuel cell stacks and which is provided for discharging an exhaust air 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" is to be understood as meaning in particular a unit with 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. In particular, the fuel cell stacks each comprise at least two partial stacks. In particular, the partial stacks each have a carrier plate and a plurality of tubular fuel cells respectively arranged on the carrier plate. 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 partial stacks are electrically connected in series and / or in parallel. 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.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 direction extends the tubular fuel cells at least substantially perpendicular to a main plane of extension 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 is a largest side surface of a smallest geometric cuboid, which just completely encloses the assembly, and in particular runs through the center of the cuboid.

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 und/oder benachbarte Brennstoffzellenstacks insbesondere über zumindest ein verbindendes mechanisches Zwischenelement kontaktiert sind. Unter einem „Leitungssystem“ 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 Leitungssystem 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. Insbesondere ist das Leitungssystem außerhalb der Brennstoffzellenstacks geführt. Das Leitungssystem ist insbesondere zumindest zu einem Großteil außerhalb einer äußersten Begrenzung der Brennstoffzellenstacks angeordnet und/oder bildet zumindest teilweise eine äußere Begrenzung der Brennstoffzellenstacks. Unter „zumindest zu einem Großteil“ soll insbesondere zu zumindest 85 %, vorteilhaft zu zumindest 90 % und vorzugsweise zu zumindest 95 % verstanden werden. Unter einer „Ringleitung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine in sich ringförmig geschlossene Fluidleitung verstanden werden, welche insbesondere einen zentralen Auslass zur Ausleitung einer Abluft, insbesondere eines Kathodenabgases, aufweist. Darunter, dass „die Ringleitung die Brennstoffzellenstacks zumindest im Wesentlichen umschließt“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Ringleitung zumindest im Wesentlichen vollständig um die Brennstoffzellenstacks herumgeführt ist. In this context, the fact that the fuel cell stacks are arranged "adjacent to one another" should be understood in particular 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 and / or adjacent fuel cell stacks, in particular via at least one connecting mechanical one Intermediate element are contacted. A "line 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 therefrom. In particular, the line 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. In particular, the line system is guided outside the fuel cell stacks. In particular, the line system is arranged at least to a large extent outside an outermost boundary of the fuel cell stacks and / or at least partially forms an outer boundary of the 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%. In this context, a "ring line" is to be understood as meaning, in particular, a fluid line which is closed in a ring-like manner and has, in particular, a central outlet for discharging an exhaust air, in particular a cathode exhaust gas. In this context, it is to be understood, in particular, that the ring line is guided around the fuel cell stacks at least substantially completely, including the fact that "the ring line encloses the fuel cell stacks at least essentially".

Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein gattungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Medienführung der Brennstoffzellenstacks des Brennstoffzellensystems bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch eine die Brennstoffzellenstacks umschließende Ringleitung eine Anzahl von Anbindungsstellen und/oder Anbindungsleitungen und/oder ein Montageaufwand vorteilhaft reduziert werden.Such a configuration can provide a generic fuel cell system with improved properties with regard to media routing of the fuel cell stacks of the fuel cell system. In particular, a number of connection points and / or connection lines and / or an assembly effort can be advantageously reduced by a ring line enclosing the fuel cell stacks.

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.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 nebeneinander angeordnet sind. Durch die horizontale Anordnung der Brennstoffzellenstacks, kann eine Bauform des Brennstoffzellensystems erreicht werden, welche es ermöglicht, eine vorteilhaft effektive Luftabführung vorteilhaft einfach mittels einer Ringleitung zu realisieren.Furthermore, it is proposed that the fuel cell stacks are arranged next to one another. The horizontal arrangement of the fuel cell stacks, a design of the fuel cell system can be achieved, which makes it possible to advantageously realize an effective air discharge easily by means of a loop.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Brennstoffzellensystem ein Gehäuse aufweist, welches dazu vorgesehen ist, einen insbesondere zumindest im Wesentlichen geschlossenen gemeinsamen Luftraum der Brennstoffzellenstacks zumindest teilweise begrenzt. 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 eine insbesondere gasdichten Hülle bedeckt ist. Der Luftraum ist insbesondere dazu vorgesehen, den tubularen Brennstoffzellen einen für eine chemische Reaktion benötigten Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, zuzuführen. Insbesondere umfasst das Gehäuse zumindest zwei Gehäuseteile, welche an den Teilstacks der Brennstoffzellenstacks angeordnet und/oder zumindest teilweise von den Teilstacks gebildet sind und welche gemeinsam das Gehäuse ausbilden. Vorzugsweise bildet die Ringleitung zumindest einen Teil des Gehäuses aus. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Abdichtung des Luftraums erfolgen. Ferner kann durch eine Einbindung der Ringleitung in das Gehäuse eine Kathodengasabführung für die tubularen Brennstoffzellen vorteilhaft in eine Begrenzung des Luftraums integriert werden.It is also proposed that the fuel cell system has a housing which is provided to at least partially limit a particular at least substantially closed common airspace of the fuel cell stacks. By "at least substantially closed" is to be understood in this context in particular that an imaginary, the airspace surrounding, closed envelope surface 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 particular, the housing comprises at least two housing parts which are arranged on the partial stacks of the fuel cell stacks and / or are at least partially formed by the partial stacks and which jointly form the housing. Preferably, the ring line forms at least a part of the housing. As a result, an advantageously simple sealing of the air space can take place. Furthermore, by integrating the ring line into the housing, a cathode gas discharge for the tubular fuel cells can advantageously be integrated into a boundary of the air space.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Ringleitung eine Vielzahl von Wanddurchbrüchen aufweist, welche dazu vorgesehen sind, die Ringleitung mit dem Luftraum zu verbinden. Insbesondere sind die Wanddurchbrüche dazu vorgesehen, ein Einströmen einer Abluft, insbesondere eines Kathodenabgases, aus dem Luftraum in die Ringleitung hinein zu erlauben. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder zuverlässige Ausleitung von Abluft aus dem Luftraum erreicht werden. In addition, it is proposed that the loop has a plurality of wall openings, which are provided to connect the loop to the air space. In particular, the wall breakthroughs are provided to allow an influx of exhaust air, in particular a cathode exhaust gas, from the air space into the loop into it. In this way, an advantageously simple and / or reliable discharge of exhaust air from the air space can be achieved.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Haupterstreckungsrichtung der Ringleitung zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Anordnungsrichtung, insbesondere parallel zu einer horizontalen Anordnungsrichtung, 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 der Ringleitung erreicht werden.Furthermore, it is proposed that a main extension direction of the ring line is aligned at least substantially parallel to an arrangement direction, in particular parallel to a horizontal arrangement direction, of the fuel cell stack. "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 °. This allows an advantageously uncomplicated and / or cost-effective design of the loop can be achieved.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenstacks jeweils zumindest ein Diffusorelement aufweisen, welches dazu vorgesehen ist, zumindest einen Luftstrom zu verteilen. Insbesondere weist das Diffusorelement eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, welche dazu vorgesehen sind, Luft in den Luftraum zu leiten. Insbesondere verlaufen die Ausnehmungen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Diffusorelements. Insbesondere sind die Ausnehmungen derart angeordnet, dass bei einer Einleitung von Luft in den Luftraum eine zumindest im Wesentlichen gleichmäßige Beströmung jeder der tubularen Brennstoffzellen entsteht. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen kreisförmig um die Positionen der tubularen Brennstoffzellen herum angeordnet. Darunter, dass die tubularen Brennstoffzellen eine „zumindest im Wesentlichen gleichmäßige Beströmung“ erfahren, soll insbesondere verstanden werden, dass eine über die Ausnehmungen in den Luftraum eingeleitete Luft die Außenflächen der tubularen Brennstoffzellen zumindest im Wesentlichen vollständig umströmt. Insbesondere ist das Diffusorelement halbschalenförmig ausgebildet. Das Diffusorelement ist insbesondere auf einer dem Luftraum zugewandten Oberfläche einer Trägerplatte eines Brennstoffzellenstacks angeordnet. Insbesondere weist das Diffusorelement zumindest eine Zuströmöffnung auf, welche dazu vorgesehen ist, Luft in einen Zwischenraum zwischen dem Diffusorelement und der Trägerplatte einzuleiten. Eine in den Zwischenraum eingeleitete Luft tritt insbesondere über die Ausnehmungen des Diffusorelements aus dem Zwischenraum in den Luftraum aus. Hierdurch kann ein vorteilhaft gleichmäßiger Betrieb des Brennstoffzellenstacks erreicht werden. Insbesondere kann eine Reduzierung des Wirkungsgrads und/oder eine inhomogene Temperaturverteilung innerhalb des Brennstoffzellenstacks zumindest weitgehend verhindert werden.It is also proposed that the fuel cell stacks each have at least one diffuser element which is provided to distribute at least one air flow. In particular, the diffuser element has a plurality of recesses which are provided to direct air into the air space. In particular, the recesses extend at least substantially perpendicular to a main extension plane of the diffuser element. In particular, the recesses are arranged such that upon introduction of air into the air space, an at least substantially uniform flow of each of the tubular fuel cells is formed. Preferably, the recesses are arranged in a circle around the positions of the tubular fuel cells. The fact that the tubular fuel cells experience an "at least substantially uniform flow" should in particular mean that an air introduced via the recesses into the air space at least substantially completely flows around the outer surfaces of the tubular fuel cells. In particular, the diffuser element is designed in the form of a half shell. The diffuser element is arranged in particular on a surface of a carrier plate of a fuel cell stack which faces the airspace. In particular, the diffuser element has at least one inflow opening, which is provided to introduce air into an intermediate space between the diffuser element and the carrier plate. An introduced into the space air escapes in particular through the recesses of the diffuser element from the intermediate space into the air space. As a result, advantageously uniform operation of the fuel cell stack can be achieved. In particular, a reduction of the efficiency and / or an inhomogeneous temperature distribution within the fuel cell stack can be at least largely prevented.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Leitungssystem zumindest eine Brenngasverteilerleitung umfasst, welche dazu vorgesehen ist, den Brennstoffzellenstacks ein Brenngas zuzuführen. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Leitungssystem zumindest eine Abgassammelleitung umfasst, welche dazu vorgesehen ist, ein Anodenabgas von den Brennstoffzellenstacks abzuführen. Insbesondere sind die Brenngasverteilerleitung und/oder die Abgassammelleitung zumindest teilweise einstückig mit einem Gehäuse des Brennstoffzellensystems ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess. Alternativ oder zusätzlich können die Brenngasverteilerleitung und/oder die Abgassammelleitung zumindest teilweise von einem Gehäuse des Brennstoffzellensystems gebildet sein. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Zuführung von Brenngas zu den Brennstoffzellenstacks und/oder eine vorteilhaft einfache Abführung von Anodenabgasen von den Brennstoffzellenstacks erfolgen. It is also proposed that the line system comprises at least one fuel gas distribution line, which is provided to supply the fuel cell stacks a fuel gas. Furthermore, it is proposed that the line system comprises at least one exhaust manifold, which is intended to dissipate an anode exhaust gas from the fuel cell stacks. In particular, the fuel gas distribution line and / or the exhaust manifold are at least partially formed integrally with a housing of the fuel cell system. The term "integral" should be understood to mean, in particular, at least materially bonded, for example, by a welding process, a bonding process, an injection molding process and / or another process that appears appropriate to a person skilled in the art. Alternatively or additionally, the fuel gas distribution line and / or the exhaust manifold may be at least partially formed by a housing of the fuel cell system. In this way, an advantageously simple supply of fuel gas to the fuel cell stacks and / or an advantageously simple removal of anode exhaust gases from the fuel cell stacks can take place.

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 welche zumindest teilweise mittels der Trägerplatten einen zumindest im Wesentlichen geschlossenen Luftraum begrenzen, in welchen die tubularen Brennstoffzellen der Teilstacks ausgehend von den Trägerplatten hineinragen. Hierdurch kann ein Brennstoffzellenstack bereitgestellt werden, welcher vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf eine Verschaltung zu einem Brennstoffzellensystem aufweist. 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 bound by means of the support plates at least substantially closed air space in which the protrude tubular fuel cells of the partial stacks starting from the carrier plates. 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.

Zeichnung drawing

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

Es zeigt:It shows:

1 eine perspektivische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit zwei nebeneinander angeordneten Brennstoffzellenstacks, 1 a perspective view of a fuel cell system with two juxtaposed fuel cell stacks,

2 eine perspektivische Darstellung des Brennstoffzellensystems in einem teilmontierten Zustand, 2 a perspective view of the fuel cell system in a partially assembled state,

3 eine perspektivische Darstellung eines Teilstacks des Brennstoffzellensystems und 3 a perspective view of a partial stack of the fuel cell system and

4 eine Seitenansicht des Brennstoffzellensystems. 4 a side view of the fuel cell system.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 zeigt eine perspektivische Darstellung des Brennstoffzellensystems 10 mit zwei benachbart zueinander angeordneten Brennstoffzellenstacks 12, 14. 2 zeigt das Brennstoffzellensystem in einem teilmontierten Zustand. Eine von zwei 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 12, 14 sind identisch zueinander ausgestaltet. Die Brennstoffzellenstacks 12, 14 sind nebeneinander angeordnet. Das Brennstoffzellensystem 10 weist ein Leitungssystem 16 auf. Das Leitungssystem 16 ist zu einer Medienzuführung zu den Brennstoffzellenstacks 12, 14 und/oder zu einer Medienabführung von den Brennstoffzellenstacks 12, 14 vorgesehen. Das Leitungssystem 16 umfasst eine Ringleitung 18, welche die Brennstoffzellenstacks 12, 14 umschließt und welche zu einer Abführung einer Abluft von den Brennstoffzellenstacks 12, 14 vorgesehen ist. 1 shows a perspective view of the fuel cell system 10 with two adjacent fuel cell stacks 12 . 14 , 2 shows the fuel cell system in a partially assembled state. However, one of two different numbers 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 12 . 14 are configured identical to each other. The fuel cell stacks 12 . 14 are arranged side by side. The fuel cell system 10 has a pipe system 16 on. The pipe system 16 is to a media supply to the fuel cell stacks 12 . 14 and / or to a media removal from the fuel cell stacks 12 . 14 intended. The pipe system 16 includes a loop 18 which the fuel cell stacks 12 . 14 encloses and which to a discharge of exhaust air from the fuel cell stacks 12 . 14 is provided.

Die Brennstoffzellenstacks 12, 14 weisen jeweils zwei Teilstacks 36, 38, 46, 48 auf. Die Teilstacks 36, 38, 46, 48 umfassen jeweils eine Trägerplatte 40, 42, 50, 52 und eine Mehrzahl von tubularen Brennstoffzellen 44. Die tubularen Brennstoffzellen 44 sind jeweils an den Trägerplatten 40, 42, 50, 52 angeordnet. Die tubularen Brennstoffzellen 44 können beispielsweise mittels eines Glaslots an den Trägerplatten 40, 42, 50, 52 fixiert und/oder abgedichtet sein. Die Teilstacks 36, 38, 46, 48 weisen beispielhaft jeweils neun tubulare Brennstoffzellen 44 auf. Alternativ können Teilstacks jedoch auch eine von neun abweichende Anzahl von tubularen Brennstoffzellen aufweisen. Die Trägerplatten 40, 42, 50, 52 können insbesondere aus einem keramischen und/oder metallischen Material bestehen. Die Trägerplatten 40, 42, 50, 52 weisen innerhalb der Trägerplatten 40, 42, 50, 52 verlaufende Kanäle 56 auf, welche dazu vorgesehen sind den tubularen Brennstoffzellen 44 ein Brenngas zuzuführen und/oder ein Anodenabgas von den tubularen Brennstoffzellen 44 abzuleiten (vgl. 3). Eine Einleitung des Brenngases in die Kanäle 56 der Trägerplatten 40, 42, 50, 52 erfolgt jeweils über einen Brenngaseinlass 54. Das Leitungssystem 16 umfasst zwei Brenngasverteilerleitungen 32, welche dazu vorgesehen sind, den Brennstoffzellenstacks 12, 14 das Brenngas zuzuführen. Das Brenngas wird zentral in die Brenngasverteilerleitungen 32 eingeleitet, von wo aus es auf die Brenngaseinlässe 54 der Teilstacks 36, 38, 46, 48 verteilt wird. Eine Ausleitung eines Anodenabgases aus den Kanälen 56 der Trägerplatten 40, 42, 50, 52 erfolgt jeweils über einen Auslass 58. Das Leitungssystem 16 umfasst zwei Abgassammelleitungen 34, welche dazu vorgesehen sind, das Anodenabgas von den Brennstoffzellenstacks 12, 14 abzuführen. Das Anodenabgas der Teilstacks 36, 38, 46, 48 wird in die Abgassammelleitungen 34 eingeleitet, von wo aus es zentral abgeleitet wird.The fuel cell stacks 12 . 14 each have two partial stacks 36 . 38 . 46 . 48 on. The partial stacks 36 . 38 . 46 . 48 each comprise a carrier plate 40 . 42 . 50 . 52 and a plurality of tubular fuel cells 44 , The tubular fuel cells 44 are each on the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 arranged. The tubular fuel cells 44 For example, by means of a glass solder on the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 fixed and / or sealed. The partial stacks 36 . 38 . 46 . 48 For example, each have nine tubular fuel cells 44 on. Alternatively, however, partial stacks may also have one of nine different numbers of tubular fuel cells. The carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 may in particular consist of a ceramic and / or metallic material. The carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 show inside the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 running channels 56 which are intended for the tubular fuel cells 44 supplying a fuel gas and / or an anode exhaust gas from the tubular fuel cells 44 derive (cf. 3 ). An introduction of the fuel gas into the channels 56 the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 takes place via a fuel gas inlet 54 , The pipe system 16 includes two fuel gas distribution lines 32 , which are intended to fuel cell stacks 12 . 14 to supply the fuel gas. The fuel gas is centrally in the fuel gas distribution lines 32 initiated from where it is on the fuel gas inlets 54 the partial stacks 36 . 38 . 46 . 48 is distributed. A discharge of an anode exhaust gas from the channels 56 the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 takes place via an outlet 58 , The pipe system 16 includes two exhaust manifolds 34 which are intended to supply the anode exhaust gas from the fuel cell stacks 12 . 14 dissipate. The anode exhaust of the partial stacks 36 . 38 . 46 . 48 gets into the exhaust manifolds 34 initiated, from where it is derived centrally.

Die Trägerplatten 40, 42, 50, 52 bilden teilweise eine Begrenzung eines Luftraums 22 aus. Ferner weist das Brennstoffzellensystem 10 ein Gehäuse 20 auf, welches dazu vorgesehen ist, den gemeinsamen Luftraum 22 der Brennstoffzellenstacks 12, 14 zumindest teilweise, insbesondere in Umfangsrichtung, zu begrenzen. Das Gehäuse 20 weist an einem Umfang der Trägerplatten 40, 42, 50, 52 angebrachte Keramik- und/oder Metallplatten 60 auf, welche den Luftraum 22 schließen. Die Ringleitung 18 bildet zumindest einen Teil des Gehäuses 20 aus. Eine Haupterstreckungsrichtung 30 der Ringleitung 18 ist zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Anordnungsrichtung der Brennstoffzellenstacks 12, 14 ausgerichtet. Die Ringleitung 18 ist dazu vorgesehen, Luft aus dem Luftraum 22 auszuleiten. Die Ringleitung 18 weist eine Vielzahl von Wanddurchbrüchen 24 auf, welche dazu vorgesehen sind, die Ringleitung 18 mit dem Luftraum 22 zu verbinden. Die Wanddurchbrüche 24 sind dazu vorgesehen, ein Einströmen von Luft aus dem Luftraum 22 in die Ringleitung 18 hinein zu erlauben. Die in Ringleitung 18 einströmende Abluft wird über die Ringleitung 18 zentral abgeführt.The carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 partially form a boundary of an airspace 22 out. Furthermore, the fuel cell system 10 a housing 20 which is intended to the common airspace 22 the fuel cell stacks 12 . 14 at least partially, in particular in the circumferential direction. The housing 20 points to a circumference of the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 attached ceramic and / or metal plates 60 on which the airspace 22 shut down. The ring line 18 forms at least a part of the housing 20 out. A main extension direction 30 the ring line 18 is at least substantially parallel to a direction of arrangement of the fuel cell stacks 12 . 14 aligned. The ring line 18 is intended to air out of the airspace 22 auszuleiten. The ring line 18 has a variety of wall breakthroughs 24 on, which are intended, the ring line 18 with the airspace 22 connect to. The wall breakthroughs 24 are intended to be an influx of air from the airspace 22 in the ring line 18 to allow in. The in ring line 18 inflowing exhaust air is via the loop 18 centrally discharged.

Die tubularen Brennstoffzellen 44 der Teilstacks 36, 38, 46, 48 ragen ausgehend von den Trägerplatten 40, 42, 50, 52 in den Luftraum 22 hinein. Die Teilstacks 36, 38, 46, 48 sind innerhalb des Brennstoffzellenstacks 12, 14 derart angeordnet, dass die tubularen Brennstoffzellen 44 ineinander greifen. Die Trägerplatten 40, 42, 50, 52 sind in montiertem Zustand derart zueinander beabstandet, dass Kopfbereiche 62 der tubularen Brennstoffzellen 44 eines Teilstacks 36, 38, 46, 48 neben Fußbereichen 64 der tubularen Brennstoffzellen 44 des jeweils anderen Teilstacks 36, 38, 46, 48 angeordnet sind. Da die Kopfbereiche 62 der tubularen Brennstoffzellen 44 während eines Betriebs eine höhere Temperatur als die Fußbereiche 64 der tubularen Brennstoffzellen 44 aufweisen, kann hierdurch eine Temperaturhomogenität innerhalb des Brennstoffzellenstacks 12, 14 erreicht werden.The tubular fuel cells 44 the partial stacks 36 . 38 . 46 . 48 protrude from the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 in the airspace 22 into it. The partial stacks 36 . 38 . 46 . 48 are inside the fuel cell stack 12 . 14 arranged such that the tubular fuel cells 44 mesh. The carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 are spaced apart in the assembled state such that head portions 62 the tubular fuel cells 44 a partial stack 36 . 38 . 46 . 48 next to foot areas 64 the tubular fuel cells 44 the other part of the stack 36 . 38 . 46 . 48 are arranged. Because the head areas 62 the tubular fuel cells 44 during operation, a higher temperature than the foot areas 64 the tubular fuel cells 44 can thereby have a temperature homogeneity within the fuel cell stack 12 . 14 be achieved.

Die Brennstoffzellenstacks 12, 14 weisen pro Teilstack 36, 38, 46, 48 jeweils ein Diffusorelement 26 auf, welches dazu vorgesehen ist, zumindest einen Luftstrom 28 zu verteilen. Die Diffusorelemente 26 sind jeweils auf einer dem Luftraum 22 zugewandten Oberfläche einer der Trägerplatten 40, 42, 50, 52 angeordnet. Die Diffusorelemente 26 sind halbschalenförmig ausgebildet. Eine Lufteinströmung in einen Zwischenraum zwischen den Trägerplatten 40, 42, 50, 52 und dem jeweiligen Diffusorelement 26 erfolgt jeweils über einen Lufteinlass 66 welcher in den jeweiligen Zwischenraum mündet. Die Diffusorelemente 26 weisen jeweils eine Mehrzahl von Ausnehmungen 68 auf, welche dazu vorgesehen sind, Luft in den Luftraum 22 zu leiten. Die Ausnehmungen 68 können beispielsweise als Durchgangsbohrungen ausgeführt sein. Die Ausnehmungen 68 verbinden die Zwischenräume zwischen Diffusorelement 26 und Trägerplatte 40, 42, 50, 52 jeweils mit dem Luftraum 22. Die Ausnehmungen 68 sind kreisförmig um die Positionen der tubularen Brennstoffzellen 44 herum angeordnet. Die Ausnehmungen 68 sind somit derart angeordnet, dass bei einer Einleitung von Luft in den Luftraum 22 eine gleichmäßige Beströmung jeder der tubularen Brennstoffzellen 44 entsteht. The fuel cell stacks 12 . 14 show per part stack 36 . 38 . 46 . 48 one diffuser element each 26 on, which is intended to at least one air flow 28 to distribute. The diffuser elements 26 are each on one of the airspace 22 facing surface of one of the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 arranged. The diffuser elements 26 are formed shell-shaped. An air inflow into a gap between the carrier plates 40 . 42 . 50 . 52 and the respective diffuser element 26 takes place via an air inlet 66 which opens into the respective intermediate space. The diffuser elements 26 each have a plurality of recesses 68 which are intended to air into the airspace 22 to lead. The recesses 68 can be designed for example as through holes. The recesses 68 connect the spaces between the diffuser element 26 and support plate 40 . 42 . 50 . 52 each with the airspace 22 , The recesses 68 are circular around the positions of the tubular fuel cells 44 arranged around. The recesses 68 are thus arranged such that upon introduction of air into the airspace 22 a uniform flow of each of the tubular fuel cells 44 arises.

Claims

Fuel cell system with at least two adjacent fuel cell stacks ( 12 . 14 ) and a pipe system ( 16 ), which leads to a media feed to the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) and / or to a media removal from the fuel cell stacks ( 12 . 14 ), characterized in that the conduit system ( 16 ) at least one loop ( 18 ), which the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) at least substantially encloses and which to a discharge of an exhaust air from the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) is provided.

Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) 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 ( 12 . 14 ) are arranged side by side.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized by a housing ( 20 ), which is intended to provide a common airspace ( 22 ) of the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) at least partially limit.

Fuel cell system according to claim 4, characterized in that the ring line ( 18 ) at least a part of the housing ( 20 ) trains.

Fuel cell system according to claim 4 or 5, characterized in that the ring line ( 18 ) a variety of wall breakthroughs ( 24 ), which are provided to the ring line ( 18 ) with the airspace ( 22 ) connect to.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) at least one diffuser element ( 26 ), which is intended to at least one air stream ( 28 ) to distribute.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that a main direction of extension ( 30 ) of the loop ( 18 ) at least substantially parallel to a direction of arrangement of the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) is aligned.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the line system ( 16 ) at least one fuel gas distribution line ( 32 ), which is intended to supply the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) supply a fuel gas.

Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the line system ( 16 ) at least one exhaust manifold ( 34 ), which is intended to be an anode exhaust gas from the fuel cell stacks ( 12 . 14 ) dissipate.

Fuel cell stack for a fuel cell system ( 10 ) according to one of the preceding claims, which comprises at least two partial stacks ( 36 . 38 ), each having a support plate ( 40 . 42 ) and a plurality of each on the carrier plates ( 40 . 42 ) arranged tubular fuel cells ( 44 ), and which at least partially by means of the support plates ( 40 . 42 ) an at least substantially closed airspace ( 22 ) in which the tubular fuel cells ( 44 ) of the partial stacks ( 36 . 38 ) starting from the carrier plates ( 40 . 42 protrude).