DE102017211755A1 - Plug-in element for a header of a fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einsteckelement für mindestens einen Header eines Brennstoffzellenstapels zum Beeinflussen und Optimieren einer Anströmung innerhalb des Brennstoffzellenstapels.The present invention relates to a male element for at least one header of a fuel cell stack for influencing and optimizing an inflow within the fuel cell stack.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einsteckelement für mindestens einen Header eines Brennstoffzellenstapels zum Beeinflussen und Optimieren einer Anströmung innerhalb des Brennstoffzellenstapels.The present invention relates to a male element for at least one header of a fuel cell stack for influencing and optimizing an inflow within the fuel cell stack.

Brennstoffzellen werden immer häufiger in Fahrzeugen eingesetzt. Heutige Hauptkanäle von Brennstoffzellenstapeln, die sogenannten Header, auf der Ein- und Ausgangsseite des Brennstoffzellenstapels haben einen konstanten Querschnitt. Dies hat beispielsweise den Nachteil, dass insbesondere für das schnelle Aufheizen des Brennstoffzellensystems bei einem Kaltstart die Kühlmittelmenge im System unnötig groß ist, was die Aufheizzeit des Brennstoffzellenstapels erheblich verlängern kann.Fuel cells are increasingly used in vehicles. Today's main channels of fuel cell stacks, the so-called headers, on the input and output side of the fuel cell stack have a constant cross section. This has, for example, the disadvantage that, in particular for the rapid heating of the fuel cell system during a cold start, the coolant quantity in the system is unnecessarily large, which can considerably increase the heating time of the fuel cell stack.

Durch den konstanten Querschnitt ergeben sich innerhalb des Headers zudem unvorteilhafte Strömungsverhältnisse, die dazu führen können, dass das System nicht sofort betriebswarm wird und es zu einer zeitlichen Verzögerung der Maximalleistung kommt. Ein konstanter Querschnitt in einem Header ist somit weder für eine optimale Anströmung noch für ein kurzes Aufheizverhalten vorteilhaft.Due to the constant cross-section, unfavorable flow conditions also result within the header, which can lead to the system not becoming operationally warmed up immediately and the maximum power being delayed in time. A constant cross section in a header is thus advantageous neither for optimum flow nor for a short heating behavior.

DE 101 488 88 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle umfasst dabei ein fluidführendes Volumen, das durch einen beweglichen Kolben verändert werden kann. DE 101 488 88 A1 discloses a method and apparatus for operating a fuel cell. The fuel cell comprises a fluid-carrying volume, which can be changed by a movable piston.

WO2006016281A2 offenbart eine Einweg-Brennstoffzelle mit oder ohne einer Kartusche zum Aufnehmen von Betriebsstoffen der Brennstoffzelle und ein Verfahren zur Nutzung der Einweg-Brennstoffzelle und der Kartusche. Die Einweg-Brennstoffzelle umfasst dabei ein veränderliches Volumen, in dem ein Brennstoff gelagert wird. WO2006016281A2 discloses a disposable fuel cell with or without a cartridge for receiving fuel cell fuel and a method of utilizing the disposable fuel cell and the cartridge. The disposable fuel cell comprises a variable volume in which a fuel is stored.

US7968242B2 offenbart ein Onboard-Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Ablassen von Wasserstoffgas. Das Brennstoffzellensystem umfasst dabei ein Mittel zum Einstellen eines Volumenstroms mit einem variablem Volumen. US7968242B2 discloses an on-board fuel cell system and a method of venting hydrogen gas. The fuel cell system comprises a means for adjusting a volume flow with a variable volume.

Header von üblichen Brennstoffzellenstapel weisen einen nachteiligen Strömungsverlauf auf. Durch eine unverhältnismäßig große Durchflussmenge an Kühlmittel weisen die Brennstoffzellenstapel eine relativ lange Aufwärmzeit auf.Headers of conventional fuel cell stacks have an adverse flow pattern. Due to a disproportionately large flow rate of coolant, the fuel cell stacks have a relatively long warm-up time.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Optimierung einer Anströmung in einem Header eines Brennstoffzellenstapels vorzuschlagen.The invention is therefore based on the object to propose a device for optimizing a flow in a header of a fuel cell stack.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Einsteckelement für mindestens einen Header eines Brennstoffzellenstapels, insbesondere für einen Eingangsheader und/oder einen Ausgangsheader des Brennstoffzellenstapels. Erfindungsgemäß weist das Einsteckelement eine längliche Form auf und ist in dem Header positionierbar, wobei eine Anströmung eines Fluids durch den Header auf einzelne Zellen des Brennstoffzellenstapels entlang einer Ausdehnung des Headers durch das Einsteckelement beeinflussbar ist.The subject of the present invention is a plug-in element for at least one header of a fuel cell stack, in particular for an input header and / or an output header of the fuel cell stack. According to the invention, the male member has an elongated shape and is positionable in the header, wherein an inflow of fluid through the header to individual cells of the fuel cell stack along an extension of the header can be influenced by the male member.

Eine Anströmung charakterisiert eine Strömung eines jeweiligen Fluids in Richtung zu einzelnen Zellen des Brennstoffzellenstapels bzw. eine auf die einzelnen Zellen jeweils auftreffende Strömung eines jeweiligen Fluids. Ein Brennstoffzellenstapel kann beispielsweise Header auf einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite aufweisen. Insbesondere kann der Brennstoffzellenstapel jeweils einen Header zum Zuführen und Abführen eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels, Luft oder beispielsweise eines Wasserstoffgases aufweisen. Durch das Einbringen des erfindungsgemäßen Einsteckelementes in einen oder mehrere Header des Brennstoffzellenstapels kann ein Querschnitt des mindestens einen Headers entlang seiner länglichen Ausdehnung eingestellt werden. Insbesondere kann durch das Einstellen des Querschnittes des mindestens einen Headers ein optimierter Strömungsverlauf des durch den Header geführten Fluids realisiert werden. Das Einsteckelement kann eine Anströmung auf einzelne Zellen des Brennstoffzellenstapels beeinflussen und die Anströmung optimieren. Insbesondere kann eine durch den mindestens einen Header geleitete Mediummenge reduziert werden. Auf der Wasserstoffseite kann somit eine ungenutzte bzw. sogenannte tote Kraftstoffmenge reduziert werden, sodass beispielsweise bei einem Unfall eine Menge an austretendem Wasserstoff verringert werden kann. Bei einem Header zum Führen von Luft kann die Luftmenge für einen Abstellprozess des Brennstoffzellenstapels reduziert werden. Die benötigte Luft sollte bei einem Abstellen des Brennstoffzellenstapels minimal sein. Durch ein Reduzieren einer notwendigen Kühlmittelmenge in den jeweiligen Brennstoffzellen kann beispielsweise ein Aufheizverhalten des Brennstoffzellenstapels beschleunigt werden.An incoming flow characterizes a flow of a respective fluid in the direction of individual cells of the fuel cell stack or a flow of a respective fluid impinging on the individual cells. For example, a fuel cell stack may include headers on an input side and an output side. In particular, the fuel cell stack may each have a header for supplying and discharging a liquid or gaseous coolant, air or, for example, a hydrogen gas. By introducing the male element according to the invention into one or more headers of the fuel cell stack, a cross section of the at least one header can be adjusted along its elongated extent. In particular, by adjusting the cross section of the at least one header, an optimized flow profile of the fluid guided through the header can be realized. The male element can influence an inflow to individual cells of the fuel cell stack and optimize the flow. In particular, an amount of medium directed by the at least one header can be reduced. Thus, an unused or so-called dead fuel quantity can be reduced on the hydrogen side, so that, for example, in the case of an accident, an amount of escaping hydrogen can be reduced. With a header for guiding air, the amount of air for a shutdown process of the fuel cell stack can be reduced. The required air should be minimal when stopping the fuel cell stack. By reducing a necessary amount of coolant in the respective fuel cells, for example, a heating behavior of the fuel cell stack can be accelerated.

Das Einsteckelement kann beispielsweise bei einer Montage der Brennstoffzelle in einen oder mehrere Header eingesetzt werden. Das Einsteckelement kann dabei unbeweglich in dem mindestens einen Header positioniert sein oder entlang einer länglichen Ausdehnung des Headers bewegbar sein. Beispielsweise kann das Einsteckelement hierzu eine gleiche Länge aufweisen, wie eine längliche Ausdehnung des Headers oder kürzer als der Header ausgeführt sein. Neben einer Optimierung einer Anströmung des durch den Header geführten Fluids wird durch das Einsteckelement eine Durchflussrate des Fluids durch den Header und somit auch durch den Brennstoffzellenstapel erhöht oder reduziert. Hierdurch kann ein Aufheizverhalten des Brennstoffzellenstapels zeitlich beschleunigt werden.The plug-in element can be used for example in a mounting of the fuel cell in one or more headers. The male member may be immovably positioned in the at least one header or movable along an elongated extent of the header. For example, the male member may have an equal length for this purpose, such as an elongated extension of the header or shorter than the header. In addition to an optimization of a flow of the guided through the header fluid is increased or reduced by the male member, a flow rate of the fluid through the header and thus also through the fuel cell stack. In this way, a heating behavior of the fuel cell stack can be accelerated in time.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Einsteckelement einen runden, eckigen, länglichen, oder ovalen Querschnitt auf. Das Einsteckelement kann hierdurch einen angepassten Querschnitt aufweisen, der auf das durch den Header geleitete Fluid passiv einwirken kann. Beispielsweise kann das Fluid das Einsteckelement zumindest einseitig umfließen und somit zumindest teilweise umgelenkt werden. Je nach Anforderung an den Brennstoffzellenstapel kann beispielsweise eine turbulente oder laminare Strömung innerhalb des Headers realisiert werden. Beispielsweise kann das Einsteckelement auch derart ausgeführt sein, dass es in Header mit unterschiedlichen Querschnitten positionierbar ist. Hierdurch kann eine universelle Verwendbarkeit eines Einsteckelementes realisiert werden.According to one embodiment of the invention, the male element has a round, angular, oblong, or oval cross-section. The male member may thereby have an adapted cross section, which can passively act on the fluid passed through the header. For example, the fluid flow around the male element at least on one side and thus be at least partially deflected. Depending on the requirements of the fuel cell stack, for example, a turbulent or laminar flow within the header can be realized. For example, the male member can also be designed such that it can be positioned in headers with different cross sections. In this way, a universal usability of a male element can be realized.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Einsteckelement über seine längliche Erstreckung hinweg einen verändernden Querschnitt auf. Hierdurch kann beispielsweise in einem Eingangsheader in Strömungsrichtung ein Querschnitt zum Führen des Fluids durch das Einsteckelement kontinuierlich verringert werden, da die Zellenanzahl in Strömungsrichtung des Eingangsheaders abnimmt und somit die notwendige Kühlmittelmenge immer geringer wird. Im Ausgangsheader kann der Querschnitt zum Führen des Fluids durch das Einsteckelement in Strömungsrichtung stetig zunehmen. Aufgrund der in Strömungsrichtung zunehmenden Zellenanzahl muss hier die geführte Kühlmittelmenge ebenfalls zunehmen. Dies kann ebenso auf beliebige geführte Fluide, wie beispielsweise Luft oder Wasserstoffgas, übertragen werden.According to a further embodiment of the invention, the male element has a varying cross-section over its elongated extent. As a result, for example, in an input header in the flow direction, a cross section for guiding the fluid through the male member can be reduced continuously, since the number of cells in the flow direction of the input header decreases and thus the necessary amount of coolant is always lower. In the output header, the cross section for guiding the fluid through the male member in the flow direction can increase steadily. Due to the increasing number of cells in the flow direction, the amount of coolant conveyed here must also increase. This may also be transferred to any guided fluids, such as air or hydrogen gas.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verringert sich der Querschnitt des Einsteckelementes entlang seiner länglichen Erstreckung. Insbesondere kann sich der Querschnitt des Einsteckelements linear verjüngen. Hierdurch kann der Querschnitt des Headers zum Führen eines Fluids optimal an eine Gesamtgröße des Brennstoffzellenstapels angepasst werden. Beispielsweise kann der Querschnitt entlang der länglichen Ausdehnung des Einsteckelementes quadratisch zunehmen oder abnehmen. Ein Einsteckelement mit einer sich linear verjüngenden Form kann technisch besonders einfach hergestellt werden. Der Durchfluss des Fluids kann durch den Header linear entlang seiner länglichen Ausdehnung reduziert oder erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Einsteckelement Perforationen, Riffelungen, Führungskanäle und dergleichen aufweisen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the cross section of the male element decreases along its elongated extent. In particular, the cross-section of the male member may be linearly tapered. As a result, the cross section of the header for guiding a fluid can be optimally adapted to a total size of the fuel cell stack. For example, the cross-section may increase or decrease quadratically along the elongate extent of the male member. An insert with a linearly tapered shape can be made particularly technically simple. The flow of the fluid can be reduced or increased linearly along its elongated extent by the header. Alternatively or additionally, the male member perforations, corrugations, guide channels and the like.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt des Einsteckelementes zumindest bereichsweise an einen Querschnitt des Headers angepasst. Somit kann das Einsteckelement passgenau in mindestens einen Header des Brennstoffzellenstapels integriert bzw. eingelegt werden. Ein an einen Querschnitt des Headers angepasstes Einsteckelement kann vorzugsweise ein Teilvolumen des Headers vollständig gegen das Fluid abdichten und somit ein definiertes Teilvolumen des Headers zum strömungsoptimierten Führen des Fluids freigeben.According to a further embodiment of the invention, the cross section of the male element is at least partially adapted to a cross section of the header. Thus, the male member can be accurately integrated or inserted into at least one header of the fuel cell stack. A plug-in element adapted to a cross section of the header can preferably completely seal off a partial volume of the header against the fluid and thus release a defined partial volume of the header for flow-optimized routing of the fluid.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Einsteckelement in mindestens einen Header formschlüssig eingelegt oder in mindestens einem Header befestigt. Abhängig von den Anforderungen an den Brennstoffzellenstapel kann beispielsweise nur in einem Eingangsheader oder nur in einem Ausgangsheader zum Führen eines Kühlmittels das Einsteckelement angeordnet werden. Hierdurch kann beispielsweise gezielt ein Durchfluss eines Kühlmittels des Brennstoffzellenstapels derart optimiert werden, dass der Brennstoffzellenstapel auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen zeitlich schneller eine Betriebstemperatur erreichen kann. Das Einsteckelement kann hier beispielsweise in den Header passgenau ohne zusätzliche Befestigungsmittel eingelegt oder in mindestens einen Header formschlüssig eingesteckt werden. Alternativ kann das Einsteckelement in dem Header durch Kleben, Schweißen, Löten oder Verschrauben angeordnet und befestigt werden. Vorzugsweise kann hierbei das Einsteckelement einen Querschnitt aufweisen, welcher geringfügig kleiner ist als ein Querschnitt des mindestens einen Headers. Das Einsteckelement kann alternativ eine gleiche Länge wie der mindestens eine Header aufweisen und in dem mindestens einen Header durch eine Frontplatte und eine Endplatte in seiner Position innerhalb des mindestens einen Headers fixiert sein.According to a further embodiment of the invention, the male member is positively inserted in at least one header or secured in at least one header. Depending on the requirements of the fuel cell stack, for example, the male element can be arranged only in an input header or only in an output header for guiding a coolant. In this way, for example, a targeted flow of a coolant of the fuel cell stack can be optimized so that the fuel cell stack can reach an operating temperature temporally faster even at low ambient temperatures. The male member can be inserted here, for example, in the header fit without additional fasteners or positively inserted in at least one header. Alternatively, the male member may be disposed and fixed in the header by gluing, welding, soldering or screwing. In this case, the male element may preferably have a cross section which is slightly smaller than a cross section of the at least one header. Alternatively, the male member may be the same length as the at least one header and may be fixed in the at least one header by a faceplate and an endplate in position within the at least one header.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Einsteckelement in seinem Inneren hohl oder aus einem Vollmaterial ausgebildet. Hierdurch kann das Einsteckelement mithilfe unterschiedlicher Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann das Einsteckelement durch Gießen oder Spritzgießen oder durch ein Umformverfahren geformt und hergestellt werden. Das Einsteckelement kann besonders leicht ausgeführt werden, wenn es in seinem Inneren hohl ist.According to a further preferred embodiment of the invention, the male member is hollow in its interior or formed of a solid material. As a result, the male element can be produced by means of different methods. For example, the male member may be molded and manufactured by casting or injection molding or by a forming process. The male element can be made particularly easy if it is hollow in its interior.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Einsteckelement aus einem Kunststoff, einem Metall oder einer Keramik ausgeführt. Je nach Anforderung und der Ausführungsform des Brennstoffzellenstapels kann das Einsteckelement beispielsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material bestehen. Insbesondere bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen muss das Einsteckelement ebenfalls die Betriebstemperaturen der Brennstoffzellen standhalten können, so dass ein aus einer Keramik hergestelltes Einsteckelement vorteilhaft sein kann. According to a further advantageous embodiment of the invention, the male element is made of a plastic, a metal or a ceramic. Depending on the requirements and the embodiment of the fuel cell stack, the male element may for example consist of an electrically non-conductive material. Especially at High-temperature fuel cells, the male member must also be able to withstand the operating temperatures of the fuel cells, so that a male made of a ceramic insert can be advantageous.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Einsteckelement eine Beschichtung auf. Beispielsweise kann das Einsteckelement aus einem Metall bestehen und durch eine elektrisch nichtleitende Beschichtung gegenüber unerwünschten Wechselwirkungen mit Elektroden des Brennstoffzellenstapels geschützt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Einsteckelement eine Gleitbeschichtung oder eine Hitzeschutzbeschichtung aufweisen.According to a further embodiment of the invention, the male element has a coating. For example, the male member may be made of a metal and protected by an electrically non-conductive coating against undesirable interactions with electrodes of the fuel cell stack. Alternatively or additionally, the male member may have a slip coating or a heat protection coating.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Einsteckelement aus mindestens einem elektrisch nicht-leitenden Werkstoff. Insbesondere kann das Einsteckelement aus einem Kunststoff oder aus einer Kombination mit einem Kunststoff bestehen. Hierdurch kann das Einsteckelement zumindest teilweise eine elektrische Isolierung aufweisen, welche beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens appliziert werden kann. Hierdurch kann auch ein aus mehreren Materialien bestehendes Einsteckelement technisch einfach herstellbar sein.According to a further embodiment of the invention, the male element consists of at least one electrically non-conductive material. In particular, the male member may consist of a plastic or of a combination with a plastic. As a result, the male element can at least partially have an electrical insulation, which can be applied, for example, by means of an injection molding process. As a result, it is also possible to produce a plug-in element consisting of a plurality of materials in a technically simple manner.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:

  • 1 in einem Querschnitt einen Brennstoffzellenstapel;
  • 2 in einer perspektivischen Darstellung den Brennstoffzellenstapel aus der 1;
  • 3 in einer perspektivischen Darstellung den Brennstoffzellenstapel aus 1 und 2 mit einem eingelegten Einsteckelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einsteckelements im Header
The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be further described with reference to the drawings. It shows:
  • 1 in a cross section a fuel cell stack;
  • 2 in a perspective view of the fuel cell stack from the 1 ;
  • 3 in a perspective view of the fuel cell stack 1 and 2 with an inserted male member according to an embodiment of the invention;
  • 4 in a perspective view of an embodiment of the male element according to the invention in the header

In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.In the figures, the same constructive elements each have the same reference numerals.

1 zeigt einen Querschnitt eines Brennstoffzellenstapels 1. Der Brennstoffzellenstapel 1 weist auf einer Eingangsseite 2 einen Header, einen sogenannten Eingangsheader, und auf einer gegenüberliegenden Ausgangsseite 4 einen Header, einen sogenannten Ausgangsheader, auf. Auf der Eingangsseite 2 wird in einem Header 6 Luft in den Brennstoffzellenstapel 1 eingeleitet. In zwei weiteren Headern 8 und 10 wird Wasserstoffgas (bspw. in Header 8) und Kühlmittel (bspw. in Header 10) den Brennstoffzellen 12 zugeführt. Auf der Austrittsseite 4 kann durch korrespondierende Header 16, 18 und 20 Luft (bspw. durch Header 16), Wasserstoffgas (bspw. durch Header 18) und Kühlmittel (bspw. durch Header 20) aus dem Brennstoffzellenstapel 1 entweichen bzw. hinaus geführt werden. 1 shows a cross section of a fuel cell stack 1 , The fuel cell stack 1 points to an entry page 2 a header, a so-called input header, and on an opposite output side 4 a header, a so-called output header. On the entry side 2 is in a header 6 Air in the fuel cell stack 1 initiated. In two more headers 8th and 10 becomes hydrogen gas (eg in header 8th ) and coolant (eg in headers 10 ) the fuel cells 12 fed. On the exit side 4 can by corresponding header 16 . 18 and 20 Air (eg by header 16 ), Hydrogen gas (eg by header 18 ) and coolant (eg by header 20 ) from the fuel cell stack 1 escape or be led out.

In der 2 ist in einer perspektivischen Darstellung der Brennstoffzellenstapel 1 dargestellt. Zur Verdeutlichung einer Form eines Headers ist ein Ausgangsheader 16 für Luft hervorgehoben. Der Header 16 zum Hinausleiten von Luft aus dem Brennstoffzellenstapel 1 weist eine längliche Form mit einem rechteckigen teilweise abgerundeten Querschnitt auf. Die anderen Header 6, 8, 10, 18, 20 sind ebenfalls länglich ausgeführt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weisen alle Header 6, 8, 10, 16, 18, 20 eine gleiche längliche Ausdehnung auf. Die Header 10, 20 zum Zuführen oder Abführen von Kühlmittel und die Header 8 zum Zuführen von Wasserstoffgas weisen hier beispielsweise einen dreieckigen Querschnitt auf.In the 2 is a perspective view of the fuel cell stack 1 shown. To illustrate a form of a header is an output header 16 highlighted for air. The header 16 for leading air out of the fuel cell stack 1 has an elongated shape with a rectangular partially rounded cross-section. The other headers 6 . 8th . 10 . 18 . 20 are also elongated. According to the embodiment, all headers 6 . 8th . 10 . 16 . 18 . 20 a similar elongated extension. The headers 10 . 20 for supplying or discharging coolant and the headers 8th for supplying hydrogen gas have here, for example, a triangular cross-section.

3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Brennstoffzellenstapel 1 aus den 1 und 2 mit einem in den Ausgangsheader 16 für Luft eingelegten Einsteckelement 22. Das Einsteckelement 22 weist eine längliche Ausdehnung auf, die der länglichen Ausdehnung des Headers 16 entspricht. Hierdurch kann das Einsteckelement 22 passgenau in den Header 16 eingelegt werden, so dass das Einsteckelement 22 nicht durch zusätzliche Befestigungselemente arretiert werden muss. Hierbei ist beispielhaft nur ein Einsteckelement 22 dargestellt. Es können in mehreren oder allen Headern 6, 8, 10, 16, 18, 20 auf diese Header 6, 8, 10, 16, 18, 20 abgestimmte Einsteckelemente positioniert sein. Die Pfeile verdeutlichen eine Flussrichtung bzw. Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die Header 10, 20 und durch die Brennstoffzellen. 3 shows in a perspective view of the fuel cell stack 1 from the 1 and 2 with one in the output header 16 for air inserted plug-in element 22 , The male element 22 has an elongated extent, that of the elongated extent of the header 16 equivalent. This allows the male element 22 fit into the header 16 be inserted so that the male element 22 does not have to be locked by additional fasteners. Here is an example only a male element 22 shown. It can work in multiple or all headers 6 . 8th . 10 . 16 . 18 . 20 on this header 6 . 8th . 10 . 16 . 18 . 20 be positioned matched plug-in elements. The arrows illustrate a flow direction or flow direction of the coolant through the headers 10 . 20 and through the fuel cells.

Die 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das erfindungsgemäße Einsteckelement 22 im Header 16. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist das Einsteckelement 22 eine längliche Ausdehnung auf. Das Einsteckelement 22 weist bereichsweise einen Querschnitt auf, der einem Querschnitt des Headers 16 entspricht. Das Einsteckelement 22 weist in Strömungsrichtung einen linear ansteigenden Querschnitt auf. Hierdurch kann mit zunehmender Anzahl an Brennstoffzellen 12 eine Durchflussrate linear erhöht werden und somit linear an eine Anzahl an Brennstoffzellen 12 angepasst werden. Durch die abgeschrägte Form des Einsteckelementes 22 kann die aus den Brennstoffzellen 12 hinaus geleitete Luft strömungsoptimiert aus dem Brennstoffzellenstapel 1 gelenkt werden.The 4 shows a perspective view of the male element according to the invention 22 in the header 16 , According to the embodiment, the male member 22 an elongated extension. The male element 22 partially has a cross-section, which is a cross section of the header 16 equivalent. The male element 22 has a linearly increasing cross-section in the flow direction. This can with increasing number of fuel cells 12 a flow rate can be increased linearly and thus linearly to a number of fuel cells 12 be adjusted. Due to the tapered shape of the male element 22 can be from the fuel cells 12 In addition, air guided out of the fuel cell stack optimized for flow 1 be steered.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
22
Eingangsheader / EingangsseiteInput header / input side
44
Ausgangsheader /AusgangsseiteOutput header / output side
66
Eingangsheader für LuftEntrance header for air
88th
Eingangsheader für WasserstoffgasInput header for hydrogen gas
1010
Eingangsheader für KühlmittelInput header for coolant
1212
Brennstoffzellenfuel cells
1616
Ausgangsheader für LuftExit header for air
1818
Ausgangsheader für WasserstoffgasOutput header for hydrogen gas
2020
Ausgangsheader für KühlmittelOutput header for coolant
2222
Einsteckelementmale

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Einsteckelement (22) für mindestens einen Header (6, 8, 10, 16, 18, 20) eines Brennstoffzellenstapels (1), insbesondere für mindestens einen Eingangsheader (2, 6, 8, 10) und /oder mindestens einen Ausgangsheader (4, 16, 18, 20), dadurch gekennzeichnet, dass das Einsteckelement (22) eine längliche Form aufweist und in dem mindestens einen Header (6, 8, 10, 16, 18, 20) positionierbar ist, wobei eine Anströmung eines Fluids durch den Header (6, 8, 10, 16, 18, 20) entlang einer Ausdehnung des Headers (6, 8, 10, 16, 18, 20) durch das Einsteckelement (22) beeinflussbar ist.Insertion element (22) for at least one header (6, 8, 10, 16, 18, 20) of a fuel cell stack (1), in particular for at least one input header (2, 6, 8, 10) and / or at least one output header (4, 16, 18, 20), characterized in that the male member (22) has an elongated shape and in which at least one header (6, 8, 10, 16, 18, 20) is positionable, wherein a flow of a fluid through the header (6, 8, 10, 16, 18, 20) along an extension of the header (6, 8, 10, 16, 18, 20) by the male member (22) can be influenced. Einsteckelement nach Anspruch 1, wobei das Einsteckelement (22) einen runden, eckigen, länglichen oder ovalen Querschnitt aufweist.Insertion element after Claim 1 wherein the male member (22) has a round, angular, oblong or oval cross-section. Einsteckelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einsteckelement (22) über seine längliche Erstreckung hinweg einen variierenden Querschnitt aufweist.Insertion element after Claim 1 or 2 wherein the male member (22) has a varying cross-section throughout its elongated extent. Einsteckelement nach Anspruch 1, wobei sich der Querschnitt des Einsteckelementes entlang seiner länglichen Erstreckung verringert, insbesondere linear entlang seiner länglichen Erstreckung verjüngt.Insertion element after Claim 1 , wherein the cross-section of the male member along its elongated extension decreases, in particular linearly tapers along its elongated extent. Einsteckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Querschnitt des Einsteckelementes (22) zumindest bereichsweise an einen Querschnitt des Headers (6, 8, 10, 16, 18, 20) angepasst ist.Insertion element according to one of Claims 1 to 4 , wherein the cross section of the male member (22) is at least partially adapted to a cross section of the header (6, 8, 10, 16, 18, 20). Einsteckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Einsteckelement (22) in mindestens einen Header (6, 8, 10, 16, 18, 20) formschlüssig eingelegt oder in dem mindestens einem Header (6, 8, 10, 16, 18, 20) befestigt ist.Insertion element according to one of Claims 1 to 5 , wherein the male member (22) in at least one header (6, 8, 10, 16, 18, 20) inserted positively or in the at least one header (6, 8, 10, 16, 18, 20) is attached. Einsteckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Einsteckelement (22) hohl oder aus einem Vollmaterial ausgebildet ist.Insertion element according to one of Claims 1 to 6 , wherein the male member (22) is hollow or made of a solid material. Einsteckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Einsteckelement (22) aus einem Kunststoff, einem Metall oder einer Keramik ausgeführt ist.Insertion element according to one of Claims 1 to 7 , wherein the male member (22) is made of a plastic, a metal or a ceramic. Einsteckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Einsteckelement (22) eine Beschichtung aufweist.Insertion element according to one of Claims 1 to 8th wherein the male member (22) has a coating. Einsteckelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Einsteckelement (22) aus mindestens einem elektrisch nicht-leitenden Werkstoff besteht.Insertion element according to one of Claims 1 to 9 , wherein the male member (22) consists of at least one electrically non-conductive material.
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