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Die Erfindung betrifft einen Befeuchter mit mindestens einem Befeuchtermodul, das durch zwei Flussfeldplatten aus hygroskopischen Material gebildet ist, in denen Flussfelder mit durch Stege getrennten Strömungskanälen ausgebildet sind, wobei die Flussfelder in den Flussfeldplatten voneinander getrennt sind, wobei eine der Flussfeldplatten mit jeweils einem Trockenheader für die Zuleitung eines trockenen Gases in die Strömungskanäle und die Ableitung aus diesen und die andere Flussfeldplatte mit jeweils einem Feuchteheader für die Zuleitung eines feuchten Gases in die Strömungskanäle und die Ableitung aus diesen gebildet ist, und wobei darüber hinaus in den Flussfeldplatten jeweils ein Liquidheader für die Zuleitung und die Ableitung von Flüssigwasser zur Speisung des hygroskopischen Materials ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenvorrichtung.
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Brennstoffzellenvorrichtungen werden für die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer, beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. Im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Mehrzahl zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasster Brennstoffzellen wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H2 oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, so dass eine Reduktion von O2 zu O2- unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser.
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Da die Anodenreaktion üblicherweise unter überstöchiometrischer Bemessung des Brennstoffs betrieben wird, erfolgt im Brennstoffzellenstapel keine vollständige Reaktion des gesamten zugeführten Brennstoffs. Ebenso wenig erfolgt eine vollständige Reaktion des Sauerstoffs. Zur effizienten Nutzung des Brennstoffs wird dieser daher in einem Anodenkreislauf rezirkuliert.
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Brennstoffzellenvorrichtungen benötigen ein sorgfältiges Wassermanagment, da es zum einen erforderlich ist zu verhindern, dass zu viel Wasser sich in der Brennstoffzelle bzw. in dem Brennstoffzellenstapel befindet, was zu einer Blockade der Strömungskanäle für die Versorgung mit den Reaktanten führt. Befindet sich andererseits zu wenig Wasser in der Brennstoffzelle, ist die Protonenleitfähigkeit der Membran begrenzt, sodass auf eine ausreichende Feuchte und Wasserversorgung der Membran geachtet werden muss. Für das Wassermanagement ist es bekannt, Befeuchter einzusetzen.
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Befeuchter werden genutzt, um bei zwei gasförmigen Medien mit einem unterschiedlichen Feuchtegehalt eine Übertragung der Feuchte auf das trockenere Medium bewirken zu können. Derartige Gas/Gas-Befeuchter finden insbesondere Anwendung in den Brennstoffzellenvorrichtungen, bei denen im Kathodenkreislauf zur Versorgung der Kathodenräume des Brennstoffzellenstapels Luft mit dem darin enthaltenen Sauerstoff verdichtet wird, so dass relativ warme und trockene komprimierte Luft vorliegt, deren Feuchte für die Verwendung in dem Brennstoffzellenstapel für die Membranelektrodeneinheit nicht ausreicht. Die durch den Verdichter bereitgestellte trockene Luft für den Brennstoffzellenstapel wird befeuchtet, indem sie an der für Wasserdampf durchlässigen Membran vorbeigeführt wird, deren andere Seite mit der feuchten Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel bestrichen wird.
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Befeuchter stellen dabei große Bauteile mit einem hohen Bauraumbedarf dar, sodass in den Druckschriften
US 2010/0092810 A1 und
US 2007/0196720 A1 vorgeschlagen ist, unter Verzicht auf einen externen Befeuchter, das Wassermanagement innerhalb der Brennstoffzelle durchzuführen, wozu in der erstgenannten Druckschrift ein Ausgleichsbereich an dem Ende der Membran angeordnet ist, um die hereinströmenden Reaktantengase zu befeuchten. In der zweitgenannten Druckschrift ist der Brennstoffzelle eine Wassertransporteinheit zugewiesen, benachbart zu einem inaktiven Bereich der Membran. Diese Gestaltungen komplizieren allerdings den Aufbau der Brennstoffzelle und reduzieren deren Effizienz.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen außerhalb der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstapels einsetzbaren Befeuchter und eine einen derartigen Befeuchter nutzende Brennstoffzellenvorrichtung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Befeuchter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Befeuchter zeichnet sich dadurch aus, dass dieser für ein verbessertes Wassermanagement geeignet ist, bei dem auch Flüssigwasser in den Befeuchter eingebracht werden kann, dass von dem hygroskopischen Material aufgenommen wird, sodass die Voraussetzung geschaffen ist, dass bei der Brennstoffzellenvorrichtung ein Zweig einer Anodenrezirkulationsleitung direkt, ohne Zwischenschaltung eines Abscheiders oder eines Abscheiderventils, mit den beiden Liquidheadern für die Zuleitung und die Ableitung von Flüssigwasser durch den Befeuchter geführt ist. Dieser Befeuchter schafft damit die Voraussetzung, dass auf einen dem Brennstoffzellenstapel zugeordneten, in der Anodenrezikulationsleitung angeordneten Wasserabscheider mit einem diesem nachgeschalteten Abscheiderventil verzichtet werden kann, weil die Abscheidefunktion in den Befeuchter verlagert ist.
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Weil die Aufnahme von Flüssigwasser, das durch den für die Zuleitung vorgesehenen Liquidheader dem hygroskopischen Material zugeführt ist, verbessert wird, wenn eine möglichst große Oberfläche einen Kontakt des Flüssigwassers mit dem hygroskopischen Material ermöglicht, sind in den Liquidheadern zur Vergrößerung der Oberfläche des hygroskopischen Materials interne Strukturen mit einem Gitternetz oder einer porösen Oberfläche ausgebildet, wobei diese internen Strukturen in allen Liquidheader verwendet werden, da so die Möglichkeit der Fertigung von Gleichteilen besteht und die entsprechend gestalteten Flussfeldplatten sowohl für die Zuleitung als auch die Ableitung der Gase und des Flüssigwassers Verwendung finden können.
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Bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist wiederum unter dem Gesichtspunkt der Nutzung von Gleichteilen, dass die Flussfeldplatten rechteckig geformt sind, mit in allen vier Ecken ausgebildeten Liquidheadern, von denen mindestens zwei verbunden und aktiviert sind. Diese Gestaltung mit vier Liquidheadern fördert wiederum die Verwendbarkeit von Gleichteilen, wobei darauf hinzuweisen ist, dass nicht sämtliche Liquidheader aktiviert sein müssen, sondern eine bedarfsweise Auswahl erfolgen kann, wobei dann die nicht genutzten Liquidheader durch Platten blockiert werden können.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass bei dem vorgestellten Befeuchter nicht zwingend zwischen den beiden Flussfeldplatten eine Membran angeordnet sein muss, aber durchaus auch angeordnet sein kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, die beiden Flussfeldplatten durch eine Schicht aus einem hygroskopischen Material zu trennen.
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Um einen verbesserten Übertrag des Flüssigwassers aus dem Liquidheader in das Flussfeld mit den Strömungskanälen zu fördern, ragt der Liquidheader zumindest teilweise in das Flussfeld mit den Strömungskanälen.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die beiden Liquidheader für die Zuleitung und die Ableitung von Flüssigwasser durch ein Liquidflussfeld miteinander verbunden sind, sodass die Gleichverteilung des Flüssigwassers weiter gefördert wird, da der Transport des Flüssigwassers nicht lediglich durch das hygroskopische Material erfolgen muss, sondern aus dem gesamten Liquidflussfeld in das hygroskopische Material übertreten kann. Dies entspricht wiederum einer Vergrößerung der Oberfläche für den Kontakt von dem Flüssigwasser und dem hygroskopischen Material. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass mindestens einer der Liquidheader durch eine flüssigkeitsundurchlässige Beschichtung oder einen flüssigkeitsundurchlässigen Einsatz von dem hygroskopischen Material separiert ist, was zu einer besseren Verteilung der Feuchte in dem Befeuchter und einer Steuerung der Zuleitung von Flüssigwasser in bevorzugte Bereiche des Befeuchters dienen kann.
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Ganz besonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist weiterhin, wenn in den Flussfeldplatten jeweils ein Kühlmittelheader für die Zuleitung und die Ableitung eines Kühlmittels in wärmeleitende Kühlmittelkanäle ausgebildet ist, und dass diese Kühlmittelheader und die Kühlmittelkanäle durch eine flüssigkeitsundurchlässige Beschichtung oder einen flüssigkeitsundurchlässigen Einsatz von dem hygroskopischen Material separiert sind. Durch diese Gestaltung ist eine weitere Integration der für den Betrieb einer Brennstoffzellenvorrichtung erforderlichen Nebenaggregate gegeben, da in den Befeuchter neben der Befeuchtungsfunktion und der Abscheidefunktion nunmehr auch die Kühlfunktion integriert ist, also ein Modul bereitsteht, das die Zusammenfassung eines Befeuchters, eines Ladeluftkühlers und eines Abscheiders darstellt. Damit ist ein großer Bauraumvorteil verbunden und die Effizienz des Befeuchters und damit auch der Brennstoffzellenvorrichtung wird weiter verbessert, da die Verdampfung von Flüssigwasser gefördert wird.
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Dabei besteht auch die Möglichkeit, das zwei der in den Ecken angeordneten Liquidheader die Kühlmittelheader bilden, also in den Flussfeldplatten keine weiteren Strukturen ausgebildet werden müssen, sondern lediglich darauf zu achten ist, dass die Liquidheader und die Kühlmittelkanäle von dem hygroskopischen Material getrennt sind, um einen Verlust des Kühlmittels durch Abgabe an das hygroskopische Material zu vermeiden.
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Auch besteht die Möglichkeit, dass das Befeuchtermodul durch eine Anodenplatte mit dem darin ausgebildeten Liquidflussfeld und dazu benachbart einer Kühlungsplatte mit einem darin ausgebildeten Kühlungsflussfeld ergänzt ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass zur Leistungssteigerung des Befeuchters das Befeuchtermodul mehrfach vorgesehen ist und diese zwischen zwei Endplatten aufgenommen sind, an denen jeweils eine Kühlungsplatte angrenzt.
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Es ergibt sich damit ein kompakter Aufbau eines hinsichtlich seiner Funktionalitäten hoch integrierten Moduls, das eine effektive Konditionierung eines Reaktantengases ermöglicht, umso Kompromisse bei der Gestaltung der Brennstoffzelle zu vermeiden.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einem einen Abscheider und einen Ladeluftkühler integrierenden Befeuchter,
- 2 eine Draufsicht auf eine Flussfeldplatte mit den Trockenheadern für die Zuleitung und Ableitung eines trockenen Gases, mit den Feuchterheadern für die Zuleitung und Ableitung eines feuchten Gases und mit den Liquidheadern für die Zuleitung und Ableitung von Flüssigwasser,
- 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Befeuchters zur Veranschaulichung der Strömungsverhältnisse,
- 4 eine der 2 entsprechende Darstellung mit einem zwei Liquidheader verbindenden Liquidflussfeld,
- 5 eine der 2 entsprechende Darstellung mit einer den Liquidheadern zugeordneten Beschichtung,
- 6 eine der 4 entsprechende Darstellung mit der Nutzung der beiden nicht durch das Liquidflussfeld verbundenen Liquidheader als Kühlmittelheader,
- 7 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl zwischen zwei Endplatten aufgenommenen Befeuchtermodule mit den Flussfeldplatten, Anodenplatten und Kühlungsplatten,
- 8 eine der 3 entsprechende Darstellung für einen Befeuchter mit integrierter Kühlungsfunktion, und
- 9 ein Schnitt durch einen Befeuchter entlang der Strömungsebene in der Kühlungsplatte.
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In der 1 ist schematisch eine Brennstoffzellenvorrichtung 1 gezeigt, wobei diese einen Befeuchter 4 zur Feuchteregulierung einer Mehrzahl von in einem Brennstoffzellenstapel 2 zusammengefasster Brennstoffzellen 3 umfasst.
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Jede der Brennstoffzellen 3 umfasst eine Anode, eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende, protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Polytetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran auch als eine sulfonierte Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
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Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder einem Gemisch umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle 4 dienen.
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Über einen Anodenraum kann der Anode Brennstoff (zum Beispiel Wasserstoff) an einem Brennstofftank 5 zugeführt werden. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die PEM lässt die Protonen hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen. An der Anode erfolgt beispielsweise die Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die PEM zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet.
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Über einen Kathodenraum kann der Kathode das Kathodengas (zum Beispiel Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e-→2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
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Da in dem Brennstoffzellenstapel 2 mehrere Brennstoffzellen 3 zusammengefasst sind, muss eine ausreichend große Menge an Kathodengas zur Verfügung gestellt werden, so dass durch einen Verdichter 6 ein großer Kathodengasmassenstrom oder Frischgasstrom bereitgestellt wird, wobei infolge der Komprimierung des Kathodengases sich dessen Temperatur stark erhöht. Die Konditionierung des Kathodengases oder des Frischluftgasstroms, also dessen Einstellung hinsichtlich der im Brennstoffzellenstapel 2 gewünschten Temperatur und Feuchte, erfolgt in dem dem Verdichter 6 nachgelagerten Befeuchter 4, der eine Feuchtesättigung der Membranen der Brennstoffzellen 3 zur Steigerung von deren Effizienz bewirkt, da dies den Protonentransport begünstigt.
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Anodenseitig ist der Brennstoffzellenstapel 2 mit einer Anodenzufuhrleitung 7 fluidmechanisch verbunden, so dass in dem schematisch dargestellten Brennstofftank 5 enthaltener Brennstoff dem Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt werden kann. Ein Ventil oder auch eine Saugstrahlpumpe 8 können dabei geeignet sein, um den gewünschten Partialdruck an frischem Brennstoff innerhalb eines Anodenkreislaufes zu realisieren, der durch die Anodenrezirkulationsleitung 9 zustande kommt. Mit einer solchen Anodenrezirkulationsleitung 9 kann der im Brennstoffzellenstapel 2 nicht verbrauchte Brennstoff den Anodenräumen stromauf des Brennstoffzellenstapels 2 erneut zugeführt werden, so dass dabei die Anodenrezirkulationsleitung 9 wieder in die Anodenzufuhrleitung 7 mündet.
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Wie bereits ausgeführt, wird das im Brennstoffzellenstapel 2 anfallende Flüssigwasser auch für den Befeuchter 4 genutzt. Der Befeuchter 4 ist in der Regel dabei aus einer Mehrzahl von Befeuchtermodulen 10 aufgebaut, die zwischen Endplatten 11 angeordnet sind und Flussfeldplatten 12 aufweisen, in denen Flussfelder 13 mit durch Stege 14 getrennten Strömungskanäle ausgebildet sind.
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Das Flussfeld 13 oder zumindest dessen Stege 14 sind zumindest teilweise aus einem hydrophilen und/oder hygroskopischen und/oder kapillaraktiven Material gebildet sind, wobei zur Feuchteübertragung zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Feuchtegehalt eine Membran zwischen den Flussfeldplatten 12 angeordnet sein kann, um einen gasförmigen Anteil der beiden Medien zu trennen oder nicht hindurchzulassen und einen flüssigen Anteil der beiden Medien hindurchtreten zu lassen.
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Die Flussfeldplatte 12 ist vorliegend vollständig aus dem hydrophilen und/oder hygroskopischen und/oder kapillaraktiven Material gebildet und bildet damit einen Speicher für Flüssigkeit, um diese homogen an den trockeneren Medienstrom abzugeben. Aus diesem Grunde ist der Befeuchter 4 auch als ein Speicherbefeuchter zu verstehen. Als Kurzzeitspeicher für Wasser eignet sich beispielsweise Calciumsilikat, während als Langzeitspeicher beispielsweise ein Superabsorber geeignet ist.
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Besondere Beachtung verdient dabei, dass eine der Flussfeldplatten 12 mit jeweils einem Trockenheader 15,16 für die Zuleitung eines trockenen Gases in die Strömungskanäle und die Ableitung aus diesen und die andere Flussfeldplatte 13 mit jeweils einem Feuchteheader 17,18 für die Zuleitung eines feuchten Gases in die Strömungskanäle und die Ableitung aus diesen gebildet ist und darüber hinaus in den Flussfeldplatten 17 jeweils ein Liquidheader 19,20 für die Zuleitung und die Ableitung von Flüssigwasser zur Speisung des hygroskopischen Materials ausgebildet ist. Für den konkreten Fall der Nutzung des Befeuchters 4 in einer Brennstoffzellenvorrichtung 1 ist das trockene Gas durch das mittels des Verdichters 6 komprimierte und erwärmte Kathodenfrischgas gebildet, während das feuchte Gas durch das Kathodenabgas gebildet ist. Das Flüssigwasser kann durch das in der Anodenrezirkulationsleitung 9 anfallende Wasser bereitgestellt werden, sodass bei diesem Befeuchter 4 eine Integration der Abscheidefunktion gegeben ist und damit, entsprechend der Darstellung in der 1, in der Anodenrezirkulationsleitung 9 kein Abscheider und kein Abscheiderventil erforderlich ist.
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Bei der in der 2 dargestellten Flussfeldplatte 12 sind vier Liquidheader 19,20 vorgesehen, die bei der rechteckig geformten Flussfeldplatte 12 in allen vier Ecken ausgebildet sind. In den Liquidheadern 19,20 sind zur Vergrößerung der Oberfläche des hygroskopischen Materials interne Struktur 21 mit einem Gitternetz oder einer porösen Oberfläche ausgebildet. In den gezeigten Ausführungsbeispiel sind unterschiedliche Strukturen gezeigt, zur Veranschaulichung der Möglichkeit unterschiedlicher Ausgestaltungen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Strukturen 21 bei einer realen Ausführungsform symmetrisch gewählt sind, damit die Flussfeldplatte 12 sowohl für das trockene Gas als auch das feuchte Gas verwendet werden kann, also Gleichteile vorliegen, die die Fertigung der Flussfeldplatte 12 vereinfachen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse mit den beiden Trockenheadern 15,16 für den Eintritt des Kathodenfrischgases und dessen Austritt, die beiden Feuchteheader 17,18 für den Eintritt des Kathodenabgases und dessen Austritt.
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3 zeigt weiterhin hinsichtlich der Liquidheader 19,20 eine mögliche Strömungsführung in dem Befeuchter 4, wobei der Eintritt des Anodenabgases mit dem mitgeführten Flüssigwasser bei dem unten links dargestellten Liquidheader 19 erfolgt mit der Strömung des Anodenabgases mit dem Flüssigwassers in einem dreifachen U durch den Befeuchter 4. Die Strömungsverhältnisse für die Trockenheader 15,16, die Feuchteheader 17,18 und die Liquidheader 19,20 sind jeweils durch Pfeile symbolisiert. Die Strömung des Kathodenfrischgases wird entlang einer einfachen U-Form durch den Befeuchters 4 geleitet, so dass dieses an der gleichen Endplatte 11 eintritt, wie sie austritt, wobei die die Schenkel des U verbindende Strecke in der anderen, gegenüberliegenden Endplatte 11 ausgebildet ist. In letzterer ist außerdem der Eintritt und der Austritt des Kathodenabgases vorhanden, wobei dessen Strömung ebenfalls einem einfachen U folgt, und wobei die die Schenkel des U verbindendende Strecke in der Endplatte 11 mit dem Einlass/Auslass des Kathodengases ausgebildet ist.
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4 verweist darauf, dass die beiden Liquidheader 19,20 für die Zuleitung und die Ableitung von Flüssigwasser durch ein Liquidflussfeld 12 miteinander verbunden sind, wobei die Liquidheader 19,20 zumindest teilweise in das Flussfeld 13 mit den Strömungskanälen ragen, um eine verbesserte Abgabe von Flüssigwasser zu ermöglichen. 4 zeigt auch eine optionale Verlängerung der Liquidheader 19,20 für eine Modifikation, insbesondere Verbesserung der Strömungsverhältnisse.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass in der 4 vier Liquidheader 19,20 gezeigt sind, von denen aber nur zwei durch ein Liquidflussfeld 22 miteinander verbunden sind. Die beiden anderen Liquidheader 19,20 müssen nicht aktiviert, sondern können durch Platten versperrt sein.
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Eine alternative Nutzungsmöglichkeit dieser Strukturen in den Flussfeldplatten 12 ist möglich, indem in den Flussfeldplatten 12 jeweils ein Kühlmittelheader 23,24 für die Zuleitung und die Ableitung eines Kühlmittels in wärmeleitenden Kühlmittelkanäle 25 ausgebildet ist, wobei diese Kühlmittelheader 23,24 und die Kühlmittelkanäle 25 durch eine flüssigkeitsundurchlässige Beschichtung 16 oder eine flüssigkeitsundurchlässigen Einsatz von den hygroskopischen Material separiert sind. Die Strukturen für die Kühlmittelheader 23,24 können dabei, wie in den 5 und 6 dargestellt, die nicht für die Liquidheader 19,20 benötigten Strukturen in den Flussfeldplatten 12 sein. Die Separierung des Kühlmittelheaders 23,24 und der Kühlmittelkanälen 25 von den hygroskopischen Material dient dabei dazu, einen Verlust des Kühlmittels durch Abgabe an das hygroskopische Material zu vermeiden.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Befeuchters 4, der durch eine Mehrzahl von Befeuchtermodulen 10 gebildet ist, die zwischen zwei Endplatten 11 aufgenommen sind. Jedes Befeuchtermodul 10 ist durch eine Kühlungsplatte 27 mit einem darin ausgebildeten Kühlungsflussfeld und durch eine Anodenplatte 28 mit darin ausgebildeten Liquidflussfeld ergänzt, wobei des Weiteren an jeder Endplatte 11 eine Kühlungsplatte 27 angrenzt, also die in der Zeichnung links dargestellte Kühlungsplatten 27 gegenüber dem Serienaufbau der Befeuchtermodule 10 ergänzt ist.
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8 zeigt wiederum in einer der 3 entsprechenden Darstellungsweise die Strömungsverhältnisse in einem Befeuchter 4, der durch Kühlmittelheader 23,24 ergänzt ist. Die 9 dient zur Veranschaulichung eines möglichen konstruktiven Aufbaus für die Führung des Kühlungsmittels durch den Befeuchter 4 mit der Verwendung eines Einsatzes zur Trennung des Kühlmittels von dem hygroskopischen Material.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennstoffzellenvorrichtung
- 2
- Brennstoffzellenstapel
- 3
- Brennstoffzellen
- 4
- Befeuchter
- 5
- Brennstofftank
- 6
- Verdichter
- 7
- Anodenzufuhrleitung
- 8
- Saugstrahlpumpe
- 9
- Anodenrezirkulationsleitung
- 10
- Befeuchtermodul
- 11
- Endplatte
- 12
- Flussfeldplatten
- 13
- Flussfeld
- 14
- Steg
- 15
- Trockenheader für Zuleitung
- 16
- Trockenheader für Ableitung
- 17
- Feuchteheader für Zuleitung
- 18
- Feuchteheader für Ableitung
- 19
- Liquidheader für Zuleitung
- 20
- Liquidheader für Ableitung
- 21
- interne Strukturen
- 22
- Liquidflussfeld
- 23
- Kühlmittelheader für Zuleitung
- 24
- Kühlmittelheader für Ableitung
- 25
- Kühlmittelkanal
- 26
- Beschichtung
- 27
- Kühlungsplatten
- 28
- Anodenplatten
- 29
- Einsatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0092810 A1 [0006]
- US 2007/0196720 A1 [0006]
