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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft ein System, um bei der Steuerung von Wärmebedingungen in einem Brennstoffzellenstack zu helfen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Ein Fahrzeug, wie etwa ein Brennstoffzellenfahrzeug kann eine Energiespeichervorrichtung, wie etwa eine Brennstoffzelle beinhalten, um Komponenten des Fahrzeugs mit Leistung zu versorgen. Der Brennstoffzellenstack kann mit Systemen, um bei der Verwaltung der Fahrzeugleistung und der Betriebe des Brennstoffzellenstacks zu helfen, integriert sein. Ein System oder eine Baugruppe kann bei der Steuerung der Wärmebedingungen des Brennstoffzellenstacks wie hier beschrieben helfen.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine Brennstoffzellenbaugruppe beinhaltet eine Plattenbaugruppe, die einen Anodeneinlass, einen Kathodeneinlass, einen ersten Kühlmitteleinlass und einen zweiten Kühlmitteleinlass aufweist. Der erste Kühlmitteleinlass befindet sich neben dem Anodeneinlass an einer ersten Plattenseite. Der zweite Kühlmitteleinlass befindet sich neben dem Kathodeneinlass an einer zweiten Plattenseite. Die Einlässe sind derart angeordnet, dass das Kühlmittel die Reaktantentemperatur an dem Anoden- und Kathodeneinlass beeinflusst, um die Bildung einer membraneinheitlichen Hydratationsverteilung während des Brennstoffzellenbetriebs zu fördern. Die Brennstoffzellenbaugruppe kann einen Wasserstoffkanal, einen Sauerstoffkanal und einen Kühlmittelkanal beinhalten. Der Wasserstoffkanal kann sich zwischen dem Anodeneinlass und einem Anodeneinlass, der an der zweiten Plattenseite angeordnet ist, erstrecken. Der Sauerstoffkanal kann sich zwischen dem Kathodeneinlass und einem Kathodenauslass, der an der ersten Plattenseite angeordnet ist, erstrecken. Der Kühlmittelkanal kann sich zwischen dem ersten Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass erstrecken. Der Kühlmittelkanal kann sich zwischen dem Wasserstoffkanal und dem Sauerstoffkanal erstrecken, um dem hindurchströmenden Wasserstoff und Sauerstoff Wärme zu entziehen und derart, dass der Wasserstoff und der Sauerstoff sich nah genug beieinander für eine chemische Reaktion zwischen ihnen befinden. Die Brennstoffzellenbaugruppe kann einen ersten Kühlmittelauslass, der an einer dritten Plattenseite angeordnet ist, und einen zweiten Kühlmittelauslass, der an einer vierten Plattenseite angeordnet ist, und ein Kühlmittelströmungsfeld, das die Kühlmitteleinlässe und - auslässe fluidisch verbindet, beinhalten. Die Kühlmitteleinlässe und die Kühlmittelauslässe können derart miteinander angeordnet sein, dass die Strömungsrate des Kühlmittels von den Kühlmitteleinlässen zu den Kühlmittelauslässen einheitlich über das Kühlmittelströmungsfeld verteilt ist. Das Kühlmittelströmungsfeld kann einen mittleren Bereich beinhalten, der eine oder mehrere Säulen aufweist, um die Kühlmittelströmungsturbulenz zu beeinflussen, um eine einheitliche Kühlmittelströmungsrate von den Kühlmitteleinlässen zu den Kühlmittelauslässen zu fördern. Die Plattenbaugruppe kann zwei Platten beinhalten, wobei jede Platte ein Paar serpentinenförmiger Wandungen, die miteinander angeordnet sind, um zwei getrennte Kühlmittelkanäle zwischen den serpentinenförmigen Wandungen zu bilden, einen Wasserstoffkanal, der sich im Wesentlichen senkrecht zu einem Abschnitt von einem der Kühlmittelkanäle und zwischen dem Anodeneinlass und einem Anodenauslass erstreckt, und einen Sauerstoffkanal, der sich im Wesentlichen senkrecht zu einem Abschnitt von einem der Kühlmittelkanäle und zwischen dem Kathodeneinlass und einem Kathodenauslass erstreckt, beinhaltet. Die Kanäle können derart miteinander angeordnet sein, dass sich der Wasserstoffkanal und der Sauerstoffkanal nebeneinander befinden, um chemische Reaktion zwischen ihnen zu fördern und derart, dass das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal strömt, in thermischer Kommunikation mit dem Wasserstoff und dem Sauerstoff, die durch den Wasserstoffkanal und den Sauerstoffkanal strömen, steht. Die Brennstoffzellenbaugruppe kann ferner einen ersten Druckregler, einen zweiten Druckregler und einen dritten Druckregler beinhalten. Der erste Druckregler kann einen ersten Kühlmittelströmungsdruck an dem ersten Kühlmitteleinlass steuern. Der zweite Druckregler kann einen zweiten Kühlmittelströmungsdruck an dem zweiten Kühlmitteleinlass steuern. Der dritte Druckregler kann einen dritten Kühlmittelströmungsdruck an dem ersten Kühlmittelauslass steuern. Die Druckregler können abgestimmt werden, um eine konstante Kühlmittelströmung von den Kühlmitteleinlässen zu den Kühlmittelauslässen zu fördern. Die Anordnung der Einlässe kann die Reaktantentemperatur an dem Anodeneinlass und dem Kathodeneinlass so beeinflussen, dass sie zwischen sechzig Grad Celsius und siebzig Grad Celsius liegt.
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Eine Brennstoffzellenplattenbaugruppe beinhaltet einen Wasserstoffkanal, einen Sauerstoffkanal und eine erste und eine zweite Kühlmittelkanalanordnung. Der Wasserstoffkanal erstreckt sich von einem Anodeneinlass zu einem Anodenauslass. Der Sauerstoffkanal erstreckt sich von einem Kathodeneinlass zu einem Kathodenauslass. Die erste und die zweite Kühlmittelkanalanordnung beinhalten jeweils einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass. Der Anodeneinlass und der Kathodenauslass befinden sich an einer ersten Plattenseite, der Kathodeneinlass und der Anodenauslass befinden sich an einer zweiten Plattenseite, jeder von den Kühlmitteleinlässen befindet sich an einer dritten Plattenseite und jeder von den Kühlmittelauslässsen befindet sich an einer vierten Plattenseite, sodass Kühlmittel in der ersten und der zweiten Kühlmittelkanalanordnung in einer Richtung strömt, die im Wesentlichen senkrecht zu einem Abschnitt von Wasserstoff, der in dem Wasserstoffkanal strömt und einer Sauerstoffströmung in dem Sauerstoffkanal ist. Jeder von den Kühlmitteleinlässen kann sich neben einem von dem Anodeneinlass und dem Kathodeneinlass befindet, sodass ein Reaktant, der durch den Anodeneinlass oder den Kathodeneinlass strömt, in thermischer Kommunikation mit Kühlmittel, das in einen von den Kühlmitteleinlässen eintritt, steht. Die Brennstoffzellenplattenbaugruppe kann drei Druckregler beinhalten, die jeder an einem von den Kühlmitteleinlässen und dem Kühlmittelauslass positioniert sind. Die Druckregler können abgestimmt werden, um eine im Wesentlichen konstanten Kühlmittelströmung von den Kühlmitteleinlässen und den Kühlmittelauslässen zu fördern. Die erste und die zweite Kühlmittelkanalanordnung können jeweils eine Serpentinenform zwischen Kühlmitteleinlässen bzw. Kühlmittelauslässen definieren. Die Brennstoffzellenplattenbaugruppe kann einen Druckregler an jedem von den Kühlmitteleinlässen und den Kühlmittelauslässen, Sensoren und eine Steuerung beinhalten. Einer von jedem von den Sensoren kann sich an jedem von dem Anodeneinlass und dem Kathodeneinlass befinden, um Wärmebedingungen eines eintretenden Reaktanten zu überwachen. Die Steuerung kann mit den Druckreglern und dem Sensor in Kommunikation stehen und dazu programmiert sein, einen Kühlmitteldruck auf Grundlage der überwachten Wärmebedingungen des Anodeneinlasses oder des Kathodeneinlasses einzustellen. Die Steuerung kann die Druckregler dazu anleiten, so zu arbeiten, dass eine konstante Kühlmittelströmungsrate über die erste und die zweite Kühlmittelkanalanordnungen hinweg erhalten wird. Die Anordnung der Einlässe kann die Reaktantentemperatur an dem Anodeneinlass und dem Kathodeneinlass so beeinflussen, dass sie zwischen sechzig Grad Celsius und siebzig Grad Celsius liegt.
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Eine Brennstoffzellenbaugruppe beinhaltet eine Plattenbaugruppe und drei Druckregler. Die Plattenbaugruppe beinhaltet einen ersten Kühlmitteleinlass, der sich zwischen einem Anodeneinlass und einem Kathodenauslass befindet, einen zweiten Kühlmitteleinlass, der sich zwischen einem Kathodeneinlass und einem Anodenauslass befindet, und einen dritten Kühlmitteleinlass, der sich an einer ersten Seite einer Plattenbaugruppe befindet, gegenüber einem Kühlmittelauslass, der sich an einer zweiten Seite einer Plattenbaugruppe befindet. Die drei Druckregler steuern jeweils einen Kühlmittelströmungsdruck durch einen von dem ersten Kühlmitteleinlass, dem zweiten Kühlmitteleinlass und dem dritten Kühlmitteleinlass. Die Druckregler sind miteinander angeordnet, um den Kühlmittel strömungsdruck derart abzustimmen, dass der Kühlmittelströmungsdruck an dem Kühlmittelauslass geringer ist als der Kühlmittelströmungsdruck an dem dritten Kühlmitteleinlass, welcher geringer ist als der Kühlmittelströmungsdruck an dem ersten und dem zweiten Kühlmitteleinlass. Die drei Druckregler können abgestimmt werden, um eine im Wesentlichen konstanten Kühlmittelströmung an einem mittleren Bereich der Plattenbaugruppe zu fördern. Die drei Druckregler können abgestimmt werden, um einen Strömungsdruck an dem ersten und dem zweiten Kühlmitteleinlass von etwa 3,0 Atmosphären und einen Strömungsdruck an dem dritten Kühlmitteleinlass von 1,3 Atmosphären zu fördern. Die Brennstoffzellenbaugruppe kann einen vierten Druckregler beinhalten zum Erhalten eines Kühlmittelströmungsdrucks durch den Kühlmittelauslass bei einem Druck, der geringer als ein Druck der Kühlmitteleinlässe ist. Die Brennstoffzellenbaugruppe kann Sensoren und eine Steuerung beinhalten. Ein Sensor kann sich an jedem Kühlmitteleinlass und -auslass befinden zum Messen eines Drucks der Kühlmittelströmung. Die Steuerung kann in Kommunikation mit den Sensoren und den drei Druckreglern stehen und dazu programmiert sein, die Drucksteuerung der drei Druckregler derart einzustellen, dass eine Kühlmitteldruckströmung an dem Kühlmittelauslass zwischen 1,2 und 3,1 Atmosphären liegt. Die Brennstoffzellenbaugruppe kann Wasserstoffkanäle, Sauerstoffkanäle und Kühlmittelkanäle beinhalten. Die Wasserstoffkanäle können sich zwischen dem Anodeneinlass und dem Anodenauslass erstrecken. Die Sauerstoffkanäle können sich zwischen dem Kathodeneinlass und dem Kathodenauslass erstrecken. Die Kühlmittelkanäle können sich zwischen den Kühlmitteleinlässen und dem Kühlmittelauslass erstrecken. Die Kanäle können derart miteinander angeordnet sein, dass die Wasserstoffkanäle und die Sauerstoffkanäle zwischen den Kühlmittelkanälen angeordnet sind zur thermischen Kommunikation zwischen Reaktanten und Kühlmittel, die durch die jeweiligen Kanäle strömen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel für ein Brennstoffzellenfahrzeug zeigt.
- 2 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel für eine Brennstoffzelle zeigt.
- 3 ist ein schematisches Diagramm aus einer perspektivischen Ansicht, welches ein Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe zeigt.
- 4 ist ein schematisches Diagramm aus einer Draufsicht, welches ein Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe zeigt.
- 5 ist ein schematisches Diagramm aus einer Draufsicht, welches ein Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe zeigt.
- 6 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Plattenbaugruppe der Brennstoffzellenbaugruppe aus 4.
- 7 ist ein schematisches Diagramm aus einer Draufsicht, welches ein Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe zeigt.
- 8 ist eine Detailansicht eines Abschnitts einer Plattenbaugruppe der Brennstoffzellenbaugruppe aus 7.
- 9 ist ein schematisches Diagramm aus einer Draufsicht, welches ein Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
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1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels für ein Brennstoffzellenfahrzeug, das hier allgemein als Fahrzeug 10 bezeichnet wird. Das Fahrzeug 10 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 12 beinhalten, die mechanisch mit einem Getriebe 14 verbunden sind. Jede der elektrischen Maschinen 12 kann in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Das Getriebe 14 kann ebenfalls mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit einem Satz Vorderrädern 22 oder Hinterrädern verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 12 können Antriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen. Ein Brennstoffzellenstacksystem 24 kann elektrischen Strom erzeugen, um Komponenten des Fahrzeugs 10 anzutreiben. Zum Beispiel kann ein Wasserstoff- und Sauerstoffabgabesystem mit dem Brennstoffzellenstacksystem 24 so arbeiten, dass Wasserstoffgas und Sauerstoff in elektrischen Strom umgewandelt werden, um die elektrischen Maschinen 12 anzutreiben. Der elektrische Strom kann als Last bezeichnet werden. Das Brennstoffzellenstacksystem 24 kann eine oder mehrere Brennstoffzellen, wie etwa eine Polymerelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzelle, beinhalten, die einen Brennstoffzellenstack bilden.
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Das Brennstoffzellenstacksystem 24 kann zudem ein Wärmesteuerungssystem und/oder ein Luftstromsteuerungssystem beinhalten. Das Wärmesteuerungssystem und/oder das Luftstromsteuerungssystem können zum Beispiel einen Verdichter beinhalten. Eine Leistungssteuerungseinheit 26 kann eine Elektrizitätsströmung in dem Fahrzeug 10 regulieren. Zum Beispiel kann die Leistungssteuerungseinheit 26 die Elektrizitätsströmung zwischen dem Brennstoffzellenstacksystem 24 und den elektrischen Maschinen 12 regulieren. Ein Wasserstoffspeichertank 30 kann Wasserstoffgas zur Verwendung durch das Brennstoffzellenstacksystem 24 speichern. Eine Batterie mit hoher Leistung 32 kann Energie, die zum Beispiel von einem Nutzbremssystems erzeugt wird, speichern und kann den elektrischen Maschinen 12 zusätzliche Leistung bereitstellen.
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Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Komponenten können eine oder mehrere zugeordnete Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. ein Controller Area Network (CAN)) oder über separate Leiter kommunizieren.
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2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels für eine Protonenaustauschmembran(PEM)-Brennstoffzelle, die hier allgemein als PEM-Brennstoffzelle 40 bezeichnet wird. PEM-Brennstoffzelle 40 ist ein Beispiel für eine Brennstoffzellen, die in dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellenstacksystem 24 arbeiten kann. PEM-Brennstoffzelle 40 kann eine Anode 42, einen Elektrolyt 44, und eine Kathode 46 beinhalten. Chemische Reaktionen können an Schnittstellen zwischen der Anode 42, dem Elektrolyt 44 und der Kathode 46 auftreten. Zum Beispiel kann die Anode 42 einen Brennstoff, wie etwa Wasserstoff, empfangen und den Brennstoff oxidieren, um den Brennstoff in eines oder mehrere positiv geladene Ionen und eines oder mehrere negativ geladene Elektronen umzuwandeln. Der Elektrolyt 44 kann den Ionen erlauben, durch die Kathode 46 zu strömen, während es die Elektronen um den Elektrolyt 44 leitet, um eine Last zu erzeugen. Die Elektronen können sich mit den Ionen in der Kathode 46 wieder vereinen. Die Kathode 46 kann eine Chemikalie, wie etwa Sauerstoff, empfangen, um mit den Ionen und Elektronen zu reagieren, um zum Beispiel Wasser oder Kohlendioxid zu erzeugen. Bipolare Platten 48 können bei der Verteilung von Brennstoff und Oxidationsmittel in der PEM-Brennstoffzelle 40, der Erleichterung der Wassersteuerung mit der PEM-Brennstoffzelle 40, der Trennung von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstack und der Erleichterung der Wärmesteuerung der PEM-Brennstoffzelle 40 helfen.
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Luft- und Wassersteuerung, die ein System, das eine Brennstoffzelle, wie etwa die PEM-Brennstoffzelle 40, beinhaltet, betreffen, können eine Leistung von diesem beeinflussen. Zum Beispiel können Elektroden der Brennstoffzelle von flüssigem Wasser mit übermäßiger Hydratation über einem normalen Zustand überflutet werden, was zu Brennstoffmangel, Zellpotential- oder Stromrichtungsumkehr oder Korrosion der Elektroden und bipolaren Platten führen kann. Im Gegensatz dazu kann eine zu geringe Hydratation zu einem höheren Widerstand für den Protonentransport in einer Membran, z. B. einem Elektrolyt, der Brennstoffzellen führen und kann das Einfangen von Radikalen der Membran erleichtern. Schwingungen bei einem Hydratationszustand des Systems können zu mechanischen Belastungen in der Membran führen, die zudem zu frühzeitigen Membranausfällen führen können. Steuerstrategien können die Zirkulationsbedingungen während des Betriebs des Systems durch Einstellen von Temperaturen, Strömungsraten, Drücken und der elektrische Stromaufnahme variieren, um die Leistung zu verbessern und eine Lebensdauer des Systems zu verlängern.
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3 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Beispiels für eine Brennstoffzellenbaugruppe, die hier allgemein als Brennstoffzellenbaugruppe 50 bezeichnet wird. Die Brennstoffzellenbaugruppe 50 kann eine oder mehrere Plattenbaugruppen 52 beinhalten. Die Plattenbaugruppen 52 beinhalten jeweils eine Anode, einen Elektrolyt und eine Kathode, um als Brennstoffzelle zu arbeiten. Alternativ können die Plattenbaugruppen 52 gemeinsam eine Anode, einen Elektrolyt und eine Kathode beinhalten, um als Brennstoffzelle zu arbeiten.
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Jede von der einen oder den mehreren Plattenbaugruppen 52 beinhaltet Anodeneinlässe und -auslässe, Kathodeneinlässe und -auslässe und Kanäle in Fluidkommunikation mit den Einlässen und Auslässen, damit Reaktanten hindurchströmen können. Jede von der einen oder den mehreren Plattenbaugruppen 52 beinhaltet ein Strömungsfeld für Kühlmittel und einen oder mehrere Kühlmitteleinlässe und -auslässe. Das Strömungsfeld kann einen oder mehrere Kanäle beinhalten. Jede der Plattenbaugruppen 52 kann zur thermischen Kommunikation zwischen Kühlmittel, das in dem Strömungsfeld strömt, und Reaktanten der Brennstoffzellenbaugruppe 50 angeordnet sein. Wie in 3 gezeigt können die eine oder die mehreren Plattenbaugruppen 52 in einem Stack montiert sein.
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4 veranschaulicht ein schematisches Diagramm aus einer Draufsicht eines bereits bekannten Beispiels für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe, der hier allgemein als Brennstoffzellenbaugruppe 100 bezeichnet wird. Komponenten der Brennstoffzellenbaugruppe 100 arbeiten miteinander als Brennstoffzelle. Die Brennstoffzellenbaugruppe 100 beinhaltet eine Plattenbaugruppen 104. Die Plattenbaugruppe 104 beinhaltet einen Anodeneinlass 106, einen Anodenauslass 108, einen Kathodeneinlass 110, einen Kathodenauslass 112, einen Kühlmitteleinlass 118 und einen Kühlmittelauslass 120. Die Plattenbaugruppe 104 kann Strömungswege für Anodenreaktanten, Kathodenreaktanten und Kühlmittel bereitstellen. Ein veranschaulichender Wasserstoffströmungsweg 124 erstreckt sich von dem Anodeneinlass 106 zu dem Anodenauslass 108. Ein veranschaulichender Sauerstoffströmungsweg 126 erstreckt sich von dem Kathodeneinlass 110 zu dem Kathodenauslass 112. Ein veranschaulichender Kühlmittelströmungsweg 128 erstreckt sich von dem Kühlmitteleinlass 118 zu dem Kühlmittelauslass 120. Der Wasserstoffströmungsweg 124 und der Sauerstoffströmungsweg 126 befinden sich der Darstellung nach nebeneinander und kreuzen einander an einem mittleren Bereich der Plattenbaugruppe 104.
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Ein warmer Bereich 142 stellt einen Abschnitt der Brennstoffzellenbaugruppe 100 dar, in dem der Reaktanten- und der Kühlmittelströmungsweg am wärmsten ist. Der warme Bereich 142 befindet sich in diesem Beispiel neben dem Kathodenauslass 112, dem Anodeneinlass 106 und dem Kühlmittelauslass 120. Der warme Bereich 142 kann Gas, das durch den Anodeneinlass 106 strömt, so beeinflussen, dass es trockene Eigenschaften unter akzeptablen Bedingungen aufweist. Diese trockenen Eigenschaften können eine Membran der Brennstoffzellenbaugruppe 100 beschädigen. Alternative Konfigurationen des Kühlmitteleinlasses 118, des Kühlmittelauslasses 120 und der Komponenten der Brennstoffzellenbaugruppe 100 können bei der Bereitstellung von vorteilhafteren Wärmebedingungen für Bereiche in der Nähe des Anodeneinlasses 106 und des Kathodeneinlasses 110 helfen.
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Die 5 und 6 veranschaulichen ein Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe, der hier als Brennstoffzellenbaugruppe 150 bezeichnet wird. 5 veranschaulicht ein schematisches Diagramm aus einer Draufsicht der Brennstoffzellenbaugruppe 150. Die Brennstoffzellenbaugruppe 150 kann eine Brennstoffzelle, eine Plattenbaugruppe 154, einen Anodeneinlass 156, einen Anodenauslass 158, einen Kathodeneinlass 160 und einen Kathodenauslass 162 beinhalten. Die Brennstoffzelle beinhaltet eine Anode, einen Elektrolyt und eine Kathode. Die Brennstoffzelle kann eine getrennte Einheit sein oder aus Komponenten der Plattenbaugruppe 154 bestehen. Die Plattenbaugruppe 154 kann mehr als eine Schicht und verschiedene Einlass- und Auslassanordnungen beinhalten, um Kühlmittel aus einem Kühlmittelströmungsfeld abzugeben und zu entfernen und Reaktanten abzugeben und zu entfernen. Einer oder mehrere erste Kanäle (z. B. die in 6 gezeigten Wasserstoffkanäle 197) können den Reaktant durch einen oder mehrere Krümmer leiten und den Anodeneinlass 156 und den Anodenauslass fluidisch verbinden. Einer oder mehrere zweite Kanäle (z. B. die in 6 gezeigten Sauerstoffkanäle 196) könnten den Reaktant durch weitere einen oder mehrere Krümmer leiten und den Kathodeneinlass 160 und den Kathodenauslass fluidisch verbinden 162. Der eine oder die mehreren ersten Kanäle und der eine oder die mehreren zweiten Kanäle können sich neben Kühlmittelkanälen (z. B. den in 6 gezeigten Kühlmittelkanälen 195) der Plattenbaugruppe 154 erstrecken. Der Anodeneinlass und -auslass, der Kathodeneinlass und -auslass und die Kühlmittelkanaleinlässe und -auslässe können miteinander angeordnet sein, um Wärmebedingungen der durch die Kanäle strömenden Reaktanten zu fördern, während sie zudem eine Gegenströmung der Reaktanten für chemische Reaktionszwecke bereitstellen. Zum Beispiel können die Einlässe derart miteinander angeordnet sein, dass Kühlmittel die Reaktantentemperatur an dem Anodeneinlass 156 und dem Kathodeneinlass 160 beeinflusst, um eine einheitliche Hydratationsverteilung über eine Brennstoffzellenmembran zu erhalten.
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Die Plattenbaugruppe 154 kann einen ersten Kühlmitteleinlass 166, einen zweiten Kühlmitteleinlass 168, einen ersten Kühlmittelauslass 170 und einen zweiten Kühlmittelauslass 172 beinhalten. Der erste Kühlmitteleinlass 166 und der zweite Kühlmitteleinlass 168 können sich an gegenüberliegenden Seiten der Plattenbaugruppe 154 befinden. Jeder von dem ersten Kühlmitteleinlass 166 und dem zweiten Kühlmitteleinlass 168 kann zwischen den Anoden- und Kathodeneinlässen und -auslässen angeordnet sein und/oder sich daneben befinden, wie in 5 gezeigt. Zum Beispiel befindet sich der erste Kühlmitteleinlass 166 der Darstellung nach neben und zwischen dem Anodeneinlass 156 und dem Kathodenauslass 162. Zum Beispiel befindet sich der zweite Kühlmitteleinlass 168 der Darstellung nach neben und zwischen dem Kathodeneinlass 160 und dem Anodenauslass 158. Das Platzieren des Anodeneinlasses 156 und des Kathodeneinlasses 160 neben einem Kühlmitteleinlass stellt Wärmesteuerungsvorteile für Reaktanten, die durch die Reaktanteneinlässe strömen, bereit. Das Kühlmittel arbeitet so, dass die Reaktanten an den Einlässen gekühlt werden, um warme Bereiche, wie etwa den warmen Bereich 142, zu eliminieren und trockene Eigenschaften, die in früheren Einlass- und Auslassanordnungen zu finden sind, zu eliminieren oder zu minimieren, während die Hydratationsbedingungen der Brennstoffzelle im Vergleich zu früheren Beispielen für Brennstoffzellenbaugruppen verbessert werden.
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Eine Kühlmittelströmung in der Plattenbaugruppe 154 beeinflusst zudem Wärmebedingungen der Brennstoffzellenbaugruppe 150. Kühlmittel strömt von den Kühlmitteleinlässen zu den Kühlmittelauslässen über ein Paar von Krümmerbereichen 180, ein Paar von ersten Strömungsfeldbereichen 182 und einen mittleren Strömungsfeldbereich 184, wie durch die Strömungswegpfeile 190 dargestellt. Der mittlere Strömungsfeldbereich 184 kann ein Bereich der Plattenbaugruppe 154 sein, in dem die Kühlmittelströmung behindert wird, wenn Kühlmittel von gegenüberliegenden Einlässen aufeinander treffen. Verschiedene Strukturen sind verfügbar, um bei der Minimierung dieser Behinderung zu helfen.
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Zum Beispiel können sich Merkmale wie Säulen 194 in dem mittleren Strömungsfeldbereich 184 befinden, um Turbulenz in der Kühlmittelströmung zu verursachen und eine konstantere Kühlmittelströmung von den Kühlmitteleinlässen zu den Kühlmittelauslässen zu fördern. Während die Säulen 194 der Darstellung nach in diesem Beispiel im Wesentlichen quadratisch sind, wird in Betracht gezogen, dass andere Formen verfügbar sind. Kanäle der Plattenbaugruppe 154 können miteinander angeordnet sein, um thermische Kommunikation zwischen dem Kühlmittel und den Reaktanten zu erleichtern.
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Druckregler können an jedem von den Kühlmitteleinlässen und den Kühlmittelauslässen montiert sein, um einen Druck der Kühlmittelströmung abzustimmen. Zum Beispiel kann ein erster Druckregler 187 an dem ersten Kühlmitteleinlass 166 montiert sein zur Steuerung des Kühlmittelströmungsdrucks. Ein zweiter Druckregler 189 kann an dem zweiten Kühlmitteleinlass 168 montiert sein zur Steuerung des Kühlmittelströmungsdrucks. Ein dritter Druckregler 191 kann an dem ersten Kühlmitteleinlass 166 montiert sein zur Steuerung des Kühlmittelströmungsdrucks. Ein vierter Druckregler 201 kann an dem zweiten Kühlmittelauslass 172 montiert sein. Die Druckregler können abgestimmt werden, um eine konstante Kühlmittelströmung von den Kühlmitteleinlässen zu den Kühlmittelauslässen zu fördern.
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Eine Steuerung kann mit Sensoren und den Druckreglern in Kommunikation stehen, um den Kühlmittelströmungsdruck zu steuern. Zum Beispiel können einer oder mehrere Sensoren Wärme- und Druckbedingungen an jedem von den Einlässen und Auslässen überwachen. Die Steuerung kann dazu programmiert sein, Druckbefehle an jeden von den Druckreglern auszugeben, um den Kühlmittelströmungsdruck auf Grundlage der überwachten Wärme- und Druckbedingungen einzustellen. In einem Beispiel kann die Steuerung die Druckregler dazu anleiten, den Kühlmittelströmungsdruck als Reaktion auf das Empfangen von Signalen von den Sensoren, die anzeigen, dass eine Temperatur eines Reaktanten an einem von dem Anodeneinlass 156 oder dem Kathodeneinlass 160 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, zu erhöhen. Der vorbestimmte Schwellenwert kann ein Temperaturschwellenwert sein, der die optimalen Reaktantenbedingungen für den Betrieb der Brennstoffzelle darstellt. In einem Beispiel kann ein optimaler Temperaturbereich zwischen sechzig Grad Celsius und siebzig Grad Celsius liegen. Eine optimale Hydratationsbedingung für die Membran kann ein Lambda-Wert zwischen siebzig und zehn Mol Wasser pro Mol Säure sein.
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6 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Plattenbaugruppe 154, die eine Ausführungsform mit mehreren Platten der Plattenbaugruppe 154 genauer veranschaulicht. In diesem Beispiel weist die Plattenbaugruppe 154 zwei Platten 193 auf. Jede der Platten 193 kann aus einem Kohlenstoff- oder Metallmaterial gefertigt sein, wie etwa Grafit, beschichteter Edelstahl oder Titan. Kanäle für Reaktanten und Kühlmittel befinden sich nebeneinander in jeder der Platten 193 zur thermischen Kommunikation zwischen ihnen. Zum Beispiel befinden sich Kühlmittelkanäle 195 der Darstellung nach neben Sauerstoffkanälen 196 und Wasserstoffkanälen 197. Kühlmittel, das durch die Kühlmittelkanäle 195 strömt, entzieht dem Sauerstoff und dem Wasserstoff, der durch die Sauerstoffkanäle 196 bzw. die Wasserstoffkanäle 197 strömt, Wärme. Wandungen 198 können die verschiedenen Kanäle voneinander trennen. Wenn die Platten 193 gestapelt sind, können die Sauerstoffkanäle 196 und die Wasserstoffkanäle 197 an gegenüberliegenden Seiten einer Membran 199 angeordnet sein, um den Betrieb als Brennstoffzelle zu erleichtern.
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Die 7 und 8 veranschaulichen ein anderes Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe, der hier als Brennstoffzellenbaugruppe 200 bezeichnet wird. 7 veranschaulicht eine schematische Draufsicht eines Abschnitts der Brennstoffzellenbaugruppe 200. Die Brennstoffzellenbaugruppe 200 kann eine Brennstoffzelle und eine Plattenbaugruppe 206 beinhalten. Die Plattenbaugruppe 206 kann einen Anodeneinlass 208, einen Anodenauslass 210, einen Kathodeneinlass 212 und einen Kathodenauslass 214 beinhalten. Die Plattenbaugruppe 206 beinhaltet eine Anode, einen Elektrolyt und eine Kathode. Ähnlich wie die Plattenbaugruppe 154 kann die Plattenbaugruppe 206 zwei Platten beinhalten, die Kühlmittelkanäle und Reaktantenkanäle aufweisen. Die Plattenbaugruppe 206 kann mehr als eine Schicht und verschiedene Einlass- und Auslassanordnungen beinhalten, um Kühlmittel aus einem Kühlmittelströmungsfeld abzugeben und zu entfernen. Ein Satz von ersten Kanälen 211 verbindet den Anodeneinlass 208 fluidisch mit dem Anodenauslass 210, damit ein Reaktant hindurchströmen kann, und ein Satz von zweiten Kanälen 213 verbindet den Kathodeneinlass 212 und den Kathodenauslass 214, damit ein anderer Reaktant hindurchströmen kann. Der Anodeneinlass und -auslass, der Kathodeneinlass und -auslass und die Kühlmittelkanaleinlässe und -auslässe können miteinander angeordnet sein, um Wärmebedingungen der Reaktanten zu fördern, während sie zudem eine Gegenströmung der Reaktanten für chemische Reaktionszwecke bereitstellen.
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Zum Beispiel kann die Plattenbaugruppe 206 einen ersten Kühlmitteleinlass 218, einen zweiten Kühlmitteleinlass 220, einen dritten Kühlmitteleinlass 224 und einen Kühlmittelauslass 226 beinhalten. Der erste Kühlmitteleinlass 218 und der dritte Kühlmitteleinlass 224 können sich an gegenüberliegenden Seiten der Plattenbaugruppe 206 befinden. Jeder von dem ersten Kühlmitteleinlass 218 und dem dritten Kühlmitteleinlass 224 kann zwischen und/oder neben den Anoden- und Kathodeneinlässen und -auslässen angeordnet sein, wie in 7 gezeigt. Zum Beispiel befindet sich der erste Kühlmitteleinlass 218 der Darstellung nach neben und zwischen dem Anodeneinlass 208 und dem Kathodenauslass 214. Der dritte Kühlmitteleinlass 224 befindet sich der Darstellung nach neben und zwischen dem Kathodeneinlass 212 und dem Anodenauslass 210. Das Platzieren des Anodeneinlasses 208 und des Kathodeneinlasses 212 neben einem Kühlmitteleinlass stellt Wärmesteuerungsvorteile für Reaktanten, die durch die Einlässe strömen, bereit. Das Kühlmittel (das an den Kühlmitteleinlässen am kältesten ist) arbeitet so, dass die Reaktanten an den Einlässen gekühlt werden, um warme Bereiche, wie etwa den warmen Bereich 142, zu eliminieren und trockene Eigenschaften, die in früheren Einlass- und Auslassanordnungen zu finden sind, zu eliminieren oder zu minimieren, während die Hydratationsbedingungen verbessert werden. Der zweite Kühlmitteleinlass 220 und der Kühlmittelauslass 226 befinden sich an gegenüberliegenden Seiten der Plattenbaugruppe 206.
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Wie vorstehend erwähnt beeinflusst eine Kühlmittelströmung in der Plattenbaugruppe 206 zudem Wärmebedingungen der Brennstoffzellenbaugruppe 200. Kühlmittel strömt von den Kühlmitteleinlässen zu dem Kühlmittelauslass 226 über ein Paar von Krümmerbereichen 230, ein Paar von ersten Strömungsfeldbereichen 232 und einen mittleren Strömungsfeldbereich 234, wie durch die Strömungswegpfeile 238 dargestellt. Kanäle der Plattenbaugruppe 206 können miteinander angeordnet sein, um thermische Kommunikation zwischen dem Kühlmittel und den Reaktanten zu erleichtern, was durch eine einheitliche Kühlmittelströmung weiter unterstützt wird. Der mittlere Strömungsfeldbereich 234 kann ein Bereich der Plattenbaugruppe 206 sein, in dem die Kühlmittelströmung behindert wird, wenn Kühlmittel von den Einlässen aufeinander treffen. Verschiedene Strukturen sind verfügbar, um bei der Minimierung dieser Behinderung zu helfen.
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Zum Beispiel können sich Merkmale wie Säulen 240 in dem mittleren Strömungsfeldbereich 234 befinden, um Turbulenz in der Kühlmittelströmung zu verursachen und eine konstantere Kühlmittelströmung von den Kühlmitteleinlässen zu dem Kühlmittelauslass zu fördern. Während die Säulen 240 der Darstellung nach in diesem Beispiel im Wesentlichen quadratisch sind, wird in Betracht gezogen, dass andere Formen verfügbar sind.
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Verschiedene Druckbeaufschlagungsanwendungen können zudem bei der Steuerung der Kühlmittelströmung in der Plattenbaugruppe 206 helfen. Zum Beispiel können sich Druckregler 242 an jedem von den Kühlmittelkanaleinlässen und dem Kühlmittelauslass 226 befinden, um bei der Steuerung der Kühlmittelströmung mit einer gewünschten und vorbestimmten Strömungsrate zu helfen. Die Kühlmittelströmungsrate kann so abgestimmt werden, dass sie im Wesentlichen gleich einer Strömungsrate des Wasserstoffs und des Sauerstoffs ist, wie etwa einer Strömungsrate zwischen einer Atmosphäre und 3,5 Atmosphären. In einem Beispiel kann die Kühlmittelströmung an dem ersten Kühlmitteleinlass 218 und dem dritten Kühlmitteleinlass 224 so geregelt werden, dass sie einen hohen Druck aufweist, wie etwa eine Strömungsrate von 3 Atmosphären. Die Kühlmittelströmung an dem zweiten Kühlmitteleinlass 220 kann so geregelt werden, dass sie einen mittleren Druck, der geringer als der hohe Druck ist, aufweist, wie etwa 1,3 Atmosphären. Die Kühlmittelströmung an dem Kühlmittelauslass 226 kann so geregelt werden, dass sie einen niedrigen Druck, der geringer als der mittlere Druck ist, aufweist, wie etwa 1,2 Atmosphären.
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Eine Steuerung kann mit Sensoren und den Druckreglern 242 in Kommunikation stehen, um den Kühlmittelströmungsdruck zu steuern. Zum Beispiel können einer oder mehrere Sensoren Wärme- und Druckbedingungen an jedem von den Einlässen und Auslässen überwachen. Die Steuerung kann dazu programmiert sein, Druckbefehle an jeden von den Druckreglern 242 auszugeben, um den Kühlmittelströmungsdruck auf Grundlage der überwachten Wärme- und Druckbedingungen einzustellen. In einem Beispiel kann die Steuerung die Druckregler 242 dazu anleiten, den Kühlmittelströmungsdruck als Reaktion auf das Empfangen von Signalen von den Sensoren, die anzeigen, dass eine Temperatur eines Reaktanten an einem von dem Anodeneinlass 208 oder dem Kathodeneinlass 212 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, zu erhöhen. Der vorbestimmte Schwellenwert kann ein Temperaturschwellenwert sein, der mit optimalen Reaktantenbedingungen assoziiert ist.
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Optional kann eine Struktur der Kühlmittelkanäle bei der Steuerung der Druckbeaufschlagung der Kühlmittelströmung in der Plattenbaugruppe 206 helfen. 8 veranschaulicht ein Beispiel für eine Reihe von Kühlmittelkanälen, die Engpassabschnitte mit verschiedenen Breiten aufweisen, um die Kühlmittelströmung über die Strömungsfelder selektiv zu beeinflussen, indem sie die Kühlmittelströmung an den Engpassabschnitten beschränken. Ein erster Kühlmittelkanal 249 definiert einen Abschnitt, der eine erste Breite 250 aufweist, ein zweiter Kühlmittelkanal 251 definiert einen Abschnitt, der eine zweite Breite 252 aufweist, und ein dritter Kühlmittelkanal 253 definiert einen Abschnitt, der eine dritte Breite 254 aufweist. Die zweite Breite 252 definiert eine Breite, die größer als die erste Breite 250 und geringer als die dritte Breite 254 ist. Die Kühlmittelkanäle können derart miteinander angeordnet sein, dass die Breiten bei aufeinanderfolgenden Kühlmittelkanälen von äußeren Abschnitten von jedem von dem Paar von ersten Strömungsfeldbereichen 232 zu einem inneren Abschnitt von jedem von dem Paar von ersten Strömungsfeldbereichen 232 zunehmen. Die Anordnung der Engpassabschnitte kann eine konstante Strömung zu dem Kühlmittelauslass 226 erzeugen, indem sie eine Strömungsrate von Kühlmittel, das sich in dem mittleren Strömungsfeldbereich 234 trifft, beeinflusst.
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9 veranschaulicht noch ein anderes Beispiel für einen Abschnitt einer Brennstoffzellenbaugruppe, der hier als Brennstoffzellenbaugruppe 300 bezeichnet wird. Die Brennstoffzellenbaugruppe 300 kann eine Brennstoffzelle und eine Plattenbaugruppe 306 beinhalten. Die Plattenbaugruppe 306 kann einen Anodeneinlass 308, einen Anodenauslass 310, einen Kathodeneinlass 312 und einen Kathodenauslass 314 beinhalten. Die Brennstoffzellenbaugruppe 300 beinhaltet eine Anode, einen Elektrolyt und eine Kathode. Die Plattenbaugruppe 306 kann mehr als eine Schicht und verschiedene Einlass- und Auslassanordnungen beinhalten, um Kühlmittel aus einem Kühlmittelströmungsfeld abzugeben und zu entfernen. Ein Anodenkanal 315 verbindet den Anodeneinlass 308 mit dem Anodenauslass 310, damit ein Wasserstoff hindurchströmen kann, und ein Kathodenkanal 317 verbindet den Kathodeneinlass 312 und den Kathodenauslass 314, damit Sauerstoff hindurchströmen kann. Die Anodenkanäle 315 können Wasserstoff an einen ersten Krümmer 319 abgeben. Der erste Krümmer 319 kann bei der Abgabe des Wasserstoffs an Wasserstoffkanäle (in 9 nicht sichtbar), die unter den Anodenkanälen 315 angeordnet sind, und dann einen zweiten Krümmer 321 auf dem Weg zu dem Anodenauslass 310 helfen.
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Der Anodeneinlass 308, der Anodenauslass 310, der Kathodeneinlass 312, der Kathodenauslass 314, die Kühlmittelkanaleinlässe und die Kühlmittelkanalauslässe können miteinander angeordnet sein, um Wärmebedingungen der Wasserstoff- und Sauerstoffreaktanten zu fördern, während sie zudem eine Gegenströmung der Reaktanten für chemische Reaktionszwecke bereitstellen.
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Die Plattenbaugruppe 306 kann mehr als eine Schicht und verschiedene Einlass- und Auslassanordnungen beinhalten, um Kühlmittel aus einem Kühlmittelströmungsfeld abzugeben und zu entfernen. Zum Beispiel kann die Plattenbaugruppe 306 eine oder mehrere Kühlmittelkanalanordnungen beinhalten, wie etwa Kühlmittelkanalanordnung 320 und eine zweite Kühlmittelkanalanordnung 324. Jede der Kühlmittelkanalanordnungen kann derart auf der Plattenbaugruppe 306 angeordnet sein, dass Kühlmittel in eine Richtung strömt, die im Wesentlichen senkrecht zu einer gerichteten Strömung der Reaktanten ist.
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Zum Beispiel kann die erste Kühlmittelkanalanordnung 320 einen ersten Kühlmitteleinlass 330 und einen ersten Kühlmittelauslass 332 beinhalten. Ein Kühlmittelkanal 334 erstreckt sich serpentinenförmig zwischen dem ersten Kühlmitteleinlass 330 und dem ersten Kühlmittelauslass 332 für die Kühlmittelströmung (dargestellt durch Strömungspfeil 338). Die zweite Kühlmittelkanalanordnung 324 kann einen zweiten Kühlmitteleinlass 340 und einen zweiten Kühlmittelauslass 342 beinhalten. Ein Kühlmittelkanal 344 erstreckt sich serpentinenförmig zwischen dem zweiten Kühlmitteleinlass 340 und dem zweiten Kühlmittelauslass 342 für die Kühlmittelströmung (dargestellt durch Strömungspfeil 348). In einem Beispiel können der erste Kühlmittelauslass 332 und der zweite Kühlmittelauslass 342 ein einzelner Auslass sein, um die Kühlmittelverrohrung der Plattenbaugruppe 306 zu vereinfachen. Es wird in Betracht gezogen, dass sich einer von den Wasserstoffkanälen und den Sauerstoffkanälen über die erste Kühlmittelkanalanordnung und die zweite Kühlmittelkanalanordnung 324 erstrecken kann (ähnlich wie eine in 6 gezeigte Ausrichtung von Kühlmittelkanälen und Reaktantenkanälen).
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Verschiedene Druckbeaufschlagungsanwendungen können zudem bei der Steuerung der Kühlmittelströmung in der Plattenbaugruppe 306 helfen. Zum Beispiel können sich Druckregler 350 an jedem von den Kühlmittelkanaleinlässen und den Kühlmittelauslässen befinden, um bei der Steuerung der Kühlmittelströmung mit einer vorbestimmten Strömungsrate zu helfen. In einem Beispiel kann die Kühlmittelströmung an dem ersten Kühlmitteleinlass 330 und dem zweiten Kühlmitteleinlass 340 so geregelt werden, dass sie einen ersten Druck aufweist. Die Kühlmittelströmung an dem ersten Kühlmittelauslass 332 und dem zweiten Kühlmittelauslass 342 kann so geregelt werden, dass sie einen zweiten Druck, der geringer als der erste Druck ist, aufweist. Der erste Druck und der zweite Druck können auf Grundlage einer gewünschten Kühlmittelströmungsrate durch die Kühlmittelkanäle vorbestimmt werden.
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Eine Steuerung kann mit Sensoren und den Druckreglern 350 in Kommunikation stehen, um den Kühlmittelströmungsdruck zu steuern. Zum Beispiel können einer oder mehrere Sensoren 352 Wärme- und Druckbedingungen an jedem von den Einlässen und Auslässen überwachen. Die Steuerung kann dazu programmiert sein, Druckbefehle an jeden von den Druckreglern 350 auszugeben, um den Kühlmittelströmungsdruck auf Grundlage der überwachten Wärme- und Druckbedingungen einzustellen. In einem Beispiel kann die Steuerung die Druckregler 350 dazu anleiten, den Kühlmittelströmungsdruck als Reaktion auf das Empfangen von Signalen von dem einen oder den mehreren Sensoren 352, die anzeigen, dass eine Temperatur eines Reaktanten an einem von dem Anodeneinlass 308 oder dem Kathodeneinlass 312 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, zu erhöhen.
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Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die von den Patentansprüchen umschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Konsistenz, Robustheit, Verbraucherakzeptanz, Zuverlässigkeit, Genauigkeit usw. umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt. Als solches liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
