DE102021121268A1

DE102021121268A1 - Brennstoffzellenvorrichtung

Info

Publication number: DE102021121268A1
Application number: DE102021121268.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dwenger
Original assignee: Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Current assignee: Spoerl KG Praezisions-Drahtweberei De; Ekpo Fuel Cell Technologies GmbH
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2023-02-16
Also published as: WO2023020826A1; CN118077075A

Abstract

Um eine Brennstoffzellenvorrichtung, umfassend zumindest eine Brennstoffzelleneinheit und eine Leitungseinrichtung, insbesondere für ein Brennstoffmedium und/oder für ein Oxidationsmedium und/oder für ein Temperiermedium, zu verbessern, wird vorgeschlagen in der Leitungseinrichtung, insbesondere in einem Leitungsabschnitt derselben, ein einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator, der insbesondere einen Abscheider ausbildet, ausbildendes Kombinationsbauteil anzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung, welche zumindest eine Brennstoffzelleneinheit umfasst, sowie ein Fahrzeug, welches mittels zumindest einer Brennstoffzelleneinheit einer Brennstoffzellenvorrichtung zumindest teilweise angetrieben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung und/oder ein mittels einer Brennstoffzelleneinheit zumindest teilweise angetriebenes Fahrzeug zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brennstoffzellenvorrichtung, welche zumindest eine Brennstoffzelleneinheit und eine Leitungseinrichtung umfasst, wobei in der Leitungseinrichtung, insbesondere in einem Leitungsabschnitt der Leitungseinrichtung, ein einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator ausbildendes Kombinationsbauteil angeordnet ist, wobei insbesondere der Fluidmodifikator einen Abscheider ausbildet.
Insbesondere ist die Leitungseinrichtung, welche beispielsweise ein Leitungssystem oder mehrere Leitungssystem umfasst, für ein Brennstoffmedium und/oder für ein Oxidationsmedium und/oder für ein Temperiermedium vorgesehen.
Günstigerweise ist die Leitungseinrichtung für ein Zuführen zumindest eines Mediums zu der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit und/oder für ein Abführen zumindest eines Mediums von der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet.
Beispielsweise ist ein Vorteil der Erfindung, dass in der Leitungseinrichtung das Kombinationsbauteil angeordnet ist und somit platzsparend in einem Bauteil ein Wärmetauscher und ein Fluidmodifikator, insbesondere ein Abscheider, ausgebildet sind.
Insbesondere weist das Kombinationsbauteil einen Durchströmungsflächenabschnitt auf, durch welchen ein durch den Leitungsabschnitt, in welchem das Kombinationsbauteil angeordnet ist, strömendes Fluidgemisch hindurch strömen muss.
Insbesondere kann somit mittels des Kombinationsbauteils das Fluidgemisch in einen gewünschten Temperaturbereich gebracht werden, insbesondere erwärmt oder gekühlt werden, und/oder durch den Fluidmodifikator physikalisch und/oder chemisch modifiziert werden, vorzugsweise wird zumindest ein Bestandteil des Fluids oder des Fluidgemisches zumindest teilweise abgeschieden und/oder das Fluid durchmischt und/oder zumindest ein Bestandteil dispergiert und beispielsweise Tröpfchen einer flüssigen Phase abgefangen und/oder zumindest verkleinert und/oder insbesondere durch die Kombination von Temperieren und Modifizieren zumindest ein Bestandteil, insbesondere Wasser, aus einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase überführt werden, beispielsweise durch Verdampfen oberhalb der Siedetemperatur und/oder durch Verdunstung unterhalb der Siedetemperatur.
In vorteilhafter Weise wird hierdurch das zugeführte und/oder abgeführte Fluid durch das Kombinationsbauteil aufbereitet, also insbesondere temperiert und/oder modifiziert, wie voranstehend erläutert, und vorzugsweise eine Effizienz der Brennstoffzellenvorrichtung erhöht.
Insbesondere umfasst das Kombinationsbauteil mehrere Röhren, insbesondere Hohlröhren, für ein Wärmeträgermedium, welche den Durchströmungsflächenabschnitt durchziehen.
Vorzugsweise umfassen die Röhren einen von einer Röhrenwand umfangsseitig umgebenen und sich in eine Röhrenerstreckungsrichtung erstreckenden Durchflussinnenraum, wobei insbesondere das Wärmeträgermedium durch den Durchflussinnenraum fließt.
Insbesondere trennt die Röhrenwand den Durchflussinnenraum von dem von dem Fluidgemisch durchströmten Innenraum des Leitungsabschnitts.
Die Röhren können unterschiedlichste Querschnitte, die insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht zu ihrer jeweiligen Röhrenerstreckungsrichtung verlaufen, aufweisen. Beispielsweise ist der Querschnitt zumindest abschnittsweise rund, beispielsweise oval oder kreisförmig, und/oder zumindest abschnittsweise gerade und/oder eckig, beispielsweise vieleckförmig, insbesondere dreieckförmig oder viereckförmig oder sechseckförmig, beispielsweise halbmondförmig.
Günstigerweise kann so ein Wärmeträgermedium durch die Röhren fließen und ein durch den Leitungsabschnitt strömendes Fluidgemisch umströmt die Röhren, sodass ein Wärmeübertrag zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Fluidgemisch erfolgen kann.
Hierbei ist bei einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass insbesondere je nach Betriebszustand das durch die Röhren fließende Wärmeträgermedium Wärme abgibt und das durch den Leitungsabschnitt strömende und insbesondere die Röhren umströmende Fluidgemisch erwärmt wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass insbesondere nach Betriebszustand das durch die Röhren fließende Wärmeträgermedium, beispielsweise ein Kältemittel, Wärme aufnimmt und das durch den Leitungsabschnitt strömende, insbesondere die Röhren umströmende, Fluidgemisch kühlt.
Beispielsweise umfasst das Wärmeträgermedium einen Alkohol, insbesondere Glykol.
Günstigerweise ist das Wärmeträgermedium ein einen Alkohol, insbesondere Glykol, und/oder Wasser umfassendes Gemisch.
Insbesondere sind die mehreren Röhren Teil eines Temperierungskreislaufs, mittels welchem das durch den Leitungsabschnitt strömende Fluidgemisch temperiert wird, insbesondere in einen gewünschten Temperaturbereich gebracht wird, vorzugsweise zumindest näherungsweise auf eine Zieltemperatur temperiert, beispielsweise erwärmt oder gekühlt, wird.
Vorzugsweise wird durch das Temperieren das Modifizieren unterstützt, beispielsweise durch ein Erwärmen das zumindest teilweise Überführen eines Bestandteils des Fluidgemisches, insbesondere Wasser, von einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase unterstützt.
Insbesondere sind die mehreren Röhren mit einem Reservoirraum für das Wärmeträgermedium verbunden, so dass das Wärmeträgermedium aus dem Reservoirraum zu und durch die mehreren Röhren fließen kann und/oder aus den Röhren zu dem Reservoirraum fließen kann, so dass insbesondere ein Temperierungskreislauf ausgebildet wird.
Vorteilhafterweise weist das Kombinationsbauteil einen mit den Röhren verbundenen Einlassanschluss und einen mit den Röhren verbundenen Auslassanschluss auf.
Hierdurch wird günstigerweise ein einfaches Anschließen des Kombinationsbauteils in den Temperierungskreislauf mittels des Einlassanschlusses und des Auslassanschlusses ermöglicht.
Insbesondere sind die mehreren Röhren bezüglich eines Fluidpfades in dem Röhrensystem zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss angeordnet, wobei der Fluidpfad zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss beispielsweise mehrere parallelgeschaltete Stränge, welche durch einzelne der mehreren Röhren verlaufen, aufweist.
Insbesondere führt von dem Einlassanschluss zumindest ein Einlassverteilerleitungsabschnitt zu einem Einlassende eines Rohres, vorzugsweise zu Einlassenden zumindest einiger Röhren, beispielsweise zu sämtlichen Einlassenden der mehreren Röhren. Vorteilhafter Weise kann so über den einen Einlassanschluss zugeführtes Wärmeträgermedium den Röhren zugeführt werden.
Insbesondere führt von einem Auslassende einer Röhre, vorzugsweise von zumindest einigen Auslassenden, beispielsweise von sämtlichen Auslassenden, der mehreren Röhren zumindest ein Auslasszusammenführungsleitungsabschnitt zu dem Auslassanschluss. Günstigerweise kann so durch die Röhren geflossenes Wärmeträgermedium über den einen Auslassanschluss abgeführt und insbesondere in dem Temperierungskreiskauf weitergeleitet werden.
Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere der Temperierungskreislauf, eine Temperiereinheit um das Wärmeträgermedium auf eine für das Temperieren des Fluidgemisches günstige Temperatur zu bringen, also insbesondere auf eine Temperatur zu bringen, um das Fluidgemisch zu kühlen oder zu erwärmen.
Insbesondere sind die Röhren, insbesondere deren Röhrenwand, aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Röhren, insbesondere deren Röhrenwand, aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einem insbesondere nicht rostenden Stahl, ausgebildet.
Beispielsweise beträgt ein Innendurchmesser der Röhren mindestens 0,1 Millimeter, vorzugsweise mindestens 0,2 Millimeter.
Insbesondere beträgt ein Innendurchmesser der Röhren höchstens zehn Millimeter, beispielsweise höchstens fünf Millimeter, insbesondere höchstens drei Millimeter.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Kombinationsbauteil zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt ein Modifikationsmaterial aufweist.
Vorteilhafterweise ist zur zumindest teilweisen Ausbildung des Abscheiders das Modifikationsmaterial in dem Durchströmungsflächenabschnitt angeordnet.
Vorteilhafterweise wird das Modifikationsmaterial von dem durch den Leitungsabschnitt strömenden Fluidgemisch angeströmt und das Modifikationsmaterial modifiziert das Fluidgemisch insbesondere physikalisch und/oder chemisch.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist das Modifizierungsmaterial in dem Durchströmungsflächenabschnitt so angeordnet, dass es von dem Fluidgemisch mit einer laminaren Strömung umströmt wird und/oder eine Vergleichmäßigung der Strömung des Fluidgemisches bewirkt.
Vorteilhaft ist dabei, dass ein Druckverlust und/oder Strömungswiderstand an dem Kombinationsbauteil gering gehalten wird.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist das Modifizierungsmaterial in dem Durchströmungsflächenabschnitt so angeordnet, dass es eine turbulente Strömung des Fluidgemisches induziert.
Beispielsweise ist ein Vorteil hiervon, dass ein Wärmeaustausch und/oder eine Modifikation an dem Kombinationsbauteil hierdurch erhöht wird.
Vorteilhafterweise modifiziert das Modifikationsmaterial das umströmende Fluidgemisch durch zumindest teilweise Abscheiden zumindest eines Bestandteiles des Fluidgemischs, insbesondere einer flüssigen Phase, beispielsweise von Wasser. Vorteilhafterweise wird so ein unerwünschter Bestandteil oder zumindest Teile hiervon aus dem Fluidgemisch entfernt.
Beispielsweise kann so ein Flüssigwassereintrag in zumindest eine Brennstoffzelleneinheit, insbesondere einen Stack derselben, zumindest reduziert oder gar ganz verhindert werden.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen modifiziert das Modifikationsmaterial das umströmende Fluidgemisch derart, dass zumindest ein Bestandteil, beispielsweise Tropfen, einer flüssigen Phase, welche zumindest eine zulässige Größe überschreiten, von dem Modifikationsmaterial abgefangen und/oder verkleinert werden und/oder beispielsweise unterstützt durch ein Wärmen mittels des Wärmetauschers in die gasförmige Phase übergehen, so dass beispielsweise Wasser in einem Gas des Fluidgemisches gelöst wird.
Beispielsweise kann so eine Feuchtigkeit in dem Fluidgemisch aufrecht erhalten werden, insbesondere um ein Austrocknen der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit zu verhindern, und zugleich übermäßig große Tropfen, welche zu einer Schädigung in der Brennstoffzelleneinheit und/oder zur Bildung von Feuchtigkeitsfilmen in der Brennstoffzelleneinheit, die ein Medienaustausch blockieren können und/oder ein Funktionieren der Brennstoffzelleneinheit beeinträchtigen können und/oder die Leistung reduzieren und/oder zu ungleichmäßigen Betriebsbedingungen führen können, abgesondert werden.
Vorzugsweise umfasst das Modifikationsmaterial einen zum Abscheiden einer Flüssigkeit, insbesondere zum Abscheiden von Wasser, geeigneten Werkstoff.
Beispielsweise umfasst das Modifikationsmaterial einen hydrophilen Werkstoff.
Beispielsweise umfasst das Modifikationsmaterial einen metallischen Werkstoff und insbesondere ist das Modifikationsmaterial ein metallischer Werkstoff.
Beispielsweise ist der metallische Werkstoff ein insbesondere nicht rostender Stahl.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Modifikationsmaterial zumindest teilweise in Zwischenräumen zwischen den Röhren des Kombinationsbauteils angeordnet ist.
Beispielsweise trifft so ein zwischen den Röhren durchströmendes Fluid auf das Modifikationsmaterial und wird dabei durch dieses modifiziert.
Bei besonders günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Modifikationsmaterial zumindest teilweise an den Röhren des Kombinationsbauteils anliegend angeordnet ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zwischen den Röhren angeordneten Teile des Modifikationsmaterials und die an den Röhren anliegenden Teile des Modifikationsmaterials insbesondere durch Teile des Modifikationsmaterials miteinander verbunden sind.
Durch das Anliegen des Modifikationsmaterials an den Röhren und insbesondere durch die Verbindung mit den zwischen den Röhren angeordneten Teilen des Modifikationsmaterials wird eine Oberfläche für einen Wärmeübertrag zwischen dem Fluidgemisch und dem Wärmeträgermedium vorzugsweise signifikant erhöht.
Insbesondere wird hierdurch eine vorteilhafte Lösung bereitgestellt, um platzsparend eine große Oberfläche für eine Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Fluidgemisch und/oder für die Modifikation des Fluidgemisches bereitgestellt.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Modifikationsmaterial in zumindest einer Schicht in dem Durchströmungsflächenabschnitt angeordnet ist, insbesondere in zumindest einer Schicht den Durchströmungsflächenabschnitt durchzieht.
Somit wird das Modifikationsmaterial in großflächiger Weise bereitgestellt.
Insbesondere durchzieht die Schicht den gesamten Durchströmungsflächenabschnitt.
Vorzugsweise hat die Schicht senkrecht zu ihrer großflächigen Ausdehnung eine wesentlich kleinere Ausdehnung, beispielsweise eine um mindestens zehnmal kleinere, beispielsweise um mindestens 50-mal kleinere Ausdehnung als in ihrer flächigen Ausdehnung.
Insbesondere ist die Schicht als geometrische Schicht derart durch eine geometrische Fläche definiert, dass die Schicht sich entlang zweier die geometrische Fläche aufspannender Flächenrichtungen, die insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht zueinander verlaufen, sich vorzugsweise großflächig ausdehnt und die Schicht senkrecht zu der geometrischen Fläche eine wesentlich kleinere Ausdehnung als in der Fläche aufweist, wobei insbesondere die wesentlich kleinere Ausdehnung um mindestens zehnmal kleiner, beispielsweise um mindestens 50-mal kleiner ist, als die Ausdehnung der Schicht in der geometrischen Fläche.
Insbesondere beträgt die wesentlich kleinere Ausdehnung 20 mm oder weniger, vorzugsweise 10 mm oder weniger, beispielsweise 5 mm oder weniger.
Vorzugsweise verläuft die großflächige Ausdehnung der zumindest einen Schicht, insbesondere die geometrische Fläche, gekrümmt durch den Durchströmungsflächenabschnitt, insbesondere mit mehreren unterschiedlichen Krümmungen an unterschiedlichen Stellen der großflächigen Ausdehnung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn einige der mehreren Röhren auf einer Seite der zumindest einen Schicht angeordnet sind und einige der mehreren Röhren auf einer gegenüberliegenden Seite der Schicht angeordnet sind.
Insbesondere ist die großflächige Ausdehnung, insbesondere die geometrische Fläche, entsprechend gekrümmt ausgebildet, damit einige der mehreren Röhren auf einer Seite und einige der mehreren Röhren auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
Bei einigen besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist das Modifikationsmaterial in zumindest zwei Schichten in dem Durchströmungsflächenabschnitt angeordnet.
Vorzugsweise sind dabei zumindest einige der mehreren Röhren zwischen den zumindest zwei Schichten angeordnet.
Insbesondere kreuzen sich die zumindest zwei Schichten einmal oder vorzugsweise mehrmals.
Vorteilhafterweise kreuzen sich die zumindest zwei Schichten in deinem Zwischenraum, vorzugsweise in mehreren Zwischenräumen, zwischen den mehreren Röhren.
Das Modifikationsmaterial kann in unterschiedlichsten Weisen in der Schicht angeordnet sein und/oder die Schicht ausbilden.
Beispielsweise stellt eine insbesondere perforierte Folie das Modifikationsmaterial zumindest teilweise bereit und vorzugsweise ist die insbesondere perforierte Folie aus dem Modifikationsmaterial ausgebildet.
Bei besonders günstigen Ausführungsformen stellen Fasern zumindest teilweise das Modifikationsmaterial bereit.
Insbesondere durchziehen die Fasern den Durchströmungsflächenabschnitt.
Vorzugsweise verlaufen zumindest einige der Fasern in der zumindest einen Schicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn einige der Fasern in einer von zumindest zwei Schichten und einige der Fasern in einer anderen der zumindest zwei Schichten verlaufen.
Vorzugsweise kreuzen sich die zumindest zwei Schichten mit Fasern zumindest einmal.
Vorteilhafterweise sind zumindest einige der mehreren Röhren zwischen den zumindest zwei Schichten mit Fasern angeordnet.
Insbesondere ist dabei die Schicht als geometrische Schicht definiert, deren flächige Ausdehnung entlang einer länglichen Ausdehnung der Fasern definiert ist und die Ausdehnung der Schicht senkrecht zur flächigen Ausdehnung entspricht im Wesentlichen einem Durchmesser der Fasern.
Vorzugsweise sind die insbesondere den Durchströmungsflächenabschnitt durchziehenden Fasern aus den Modifikationsmaterial ausgebildet.
Insbesondere sind die Fasern sich länglich erstreckende Körper und insbesondere biegsame Körper.
Beispielsweise sind die Fasern Drähte.
Insbesondere ist bei den Fasern vorteilhaft, dass diese eine große Oberfläche für die Modifikation und/oder einen Wärmeübertrag bereitstellen und platzsparend in einem Innenraum des Leitungsabschnittes, durch welchen das Fluidgemisch strömt, angeordnet werden können.
Mit den Fasern lässt sich in besonders günstiger Weise eine Lösung realisieren, bei welcher das Modifikationsmaterial zumindest teilweise an den Röhren anliegt und zumindest teilweise in den Zwischenräumen zwischen den Röhren angeordnet ist und in vorteilhafter Weise eine große Oberfläche, welche mit den Röhren verbunden ist, bereitstellt. Insbesondere kann hierdurch eine erhebliche Reduktion der Bauraumanforderungen für einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator in der Leitungseinrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden.
Bei günstigen Lösungen kann eine erhebliche Steigerung der Wärmeübertragungsraten im Vergleich zu bisher bekannten Wärmetauschern, beispielsweise um mindestens einen Faktor 100, beispielsweise um mindestens einen Faktor 500, erreicht werden.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest einige der Fasern und zumindest einige der mehreren Röhren insbesondere in dem Durchströmungsflächenabschnitt zusammen ein Gewebe ausbilden.
Vorteilhafterweise bildet dabei das Gewebe in dem Durchströmungsflächenabschnitt eine großflächige Struktur mit einer großen Oberfläche und insbesondere feinmaschigen Durchströmungsöffnungen aus, sodass in besonders günstiger Weise diese mit dem hindurchströmenden Fluidgemisch wechselwirken für einen Wärmeübertrag und/oder eine Modifikation des Fluidgemisches.
Insbesondere bilden bei dem Gewebe die Fasern mit den Röhren auch eine Einheit aus, sodass die Fasern durch das Anliegen an den Röhren und zugleich dem Erstrecken zwischen den Röhren den Wärmeübertrag zwischen dem in den Röhren fließenden Wärmeträgermedium und dem durch den Durchströmungsflächenabschnitt strömenden Fluidgemisch besonders günstig unterstützen.
Alternativ oder ergänzend wird die voranstehend genannte Aufgabe durch eine Brennstoffzellenvorrichtung, welche zumindest eine Brennstoffzelleneinheit und eine Leitungseinrichtung, insbesondere eine Leitungseinrichtung für ein Brennstoffmedium und/oder für ein Oxidationsmedium und/oder für ein Temperiermedium, umfasst, gelöst, wobei in der Leitungseinrichtung, insbesondere in einem Leitungsabschnitt derselben, ein Kombinationsbauteil angeordnet ist, welches genau eine Funktionslage oder mehrere Funktionslagen vorzugsweise für einen Wärmeübertrag und/oder eine Modifikation eines hindurchströmenden Fluidgemisches umfasst.
Insbesondere ist zumindest eine Funktionslage, vorzugsweise sämtliche Funktionslagen, sowohl für einen Wärmeübertrag als auch für eine Modifikation des hindurchströmenden Fluidgemisches ausgebildet.
Insbesondere bildet dies ebenfalls eine bauraumsparende Lösung aus, um ein durch den Leitungsabschnitt, in welchem das Kombinationsbauteil angeordnet ist, hindurchströmendes Fluidgemisch zu temperieren und/oder zu modifizieren, insbesondere wie voranstehend zu modifizieren, beispielsweise zumindest einen Bestandteil des Fluidgemisches zumindest teilweise abzuscheiden und/oder das Fluidgemisch zumindest teilweise zu durchmischen und/oder zumindest eine flüssige Phase zumindest teilweise zu dispergieren und/oder zumindest teilweise in eine gasförmige Phase zu überführen.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Kombinationsbauteil mit genau einer Funktionslage oder mehreren Funktionslagen eines oder vorteilhafterweise mehrere der voranstehend erläuterten Merkmale aufweist, sodass vollinhaltlich auf die voranstehenden Ausführungen bezüglich vorteilhafter Ausführungen und deren Vorteile verwiesen wird.
Ebenso weisen die voranstehend erläuterten vorteilhaften Ausführungsformen vorzugsweise eines oder mehrere der nachstehend erläuterten Merkmale auf und insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Kombinationsbauteil genau eine Funktionslage oder mehrere Funktionslagen umfasst.
Vorteilhafterweise weist zumindest eine Funktionslage, insbesondere weisen sämtliche Funktionslagen, mehrere Röhren und/oder Modifikationsmaterial auf, insbesondere mit einem oder mehreren der voranstehend erläuterten vorteilhaften Merkmalen.
Insbesondere bildet das Gewebe aus zumindest einigen der Fasern und zumindest einigen der Röhren eine Funktionslage aus.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest eine Schicht mit dem Modifikationsmaterial zumindest in einer Funktionslage und/oder zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt bezogen auf eine von den Röhrenerstreckungsrichtungen der Röhren aufgespannten Fläche abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten der Röhren verläuft.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest in einer Funktionslage und/oder in zumindest einem Durchströmungsflächenabschnitt die Fasern quer, beispielsweise zumindest näherungsweise senkrecht zu den Röhren verlaufen.
Hierbei wird in günstiger Weise erreicht, dass die Fasern zur Unterstützung des Wärmeübertrags mit den Röhren vorzugsweise in Kontakt sind und ebenso in Räumen zwischen den Röhren verlaufen zur Modifikation des hindurchströmenden Fluidgemisches.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fasern zumindest in einer Funktionslage und/oder zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt bezogen auf eine von Röhrenerstreckungsrichtungen der Röhren aufgespannten Fläche abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten der Röhren verlaufen.
Vorzugsweise wird hierdurch eine gute Kontaktierung der Fasern mit den Röhren und beispielsweise eine feinmaschige Struktur erreicht, welche sich vorteilhaft auf einen Wärmeübertrag zwischen dem Wärmeträgermedium und dem hindurchströmenden Fluid und/oder auf die Modifikation des Fluidgemisches auswirkt.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest einige Fasern, insbesondere in zumindest einer Schicht, nebeneinander verlaufen und vorzugsweise teilweise auf der einen Seite und teilweise auf der anderen Seite der Röhren bezogen auf die von den Röhrenerstreckungsrichtungen aufgespannten Fläche verlaufen und so zumindest teilweise sich die Fasern zwischen den Röhren von einer Seite zu der anderen Seite erstrecken.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen bilden die Fasern zumindest einer Funktionslage und/oder zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt selbst ein Gewebe aus, welches sich insbesondere in der Schicht erstreckt, und vorzugsweise verläuft dieses Gewebe teilweise auf der einen Seite und teilweise auf der anderen Seite der Röhren bezogen auf die durch die Röhrenerstreckungsrichtungen aufgespannten Fläche.
Vorzugsweise verläuft zumindest eine Funktionslage schräg zu einer Fluidführungsrichtung in dem Leitungsabschnitt, in welchem das Kombinationsbauteil angeordnet ist.
Beispielsweise verläuft zumindest eine schräg angeordnete Funktionslage unter einem Winkel von 5° oder größer schräg zu der Fluidführungsrichtung.
Günstig ist es, wenn zumindest eine schräg angeordnete Funktionslage zu der Fluidführungsrichtung unter einem Winkel von 80° oder kleiner verläuft.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Winkel, unter welchem zumindest eine schräg angeordnete Funktionslage schräg zur Fluidführungsrichtung verläuft, zumindest 30°, vorzugsweise zumindest 40°, insbesondere zumindest 50°.
Dabei sind größere Winkel für einen besseren Wärmeübertrag vorteilhaft.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen beträgt der Winkel, unter welchem zumindest eine schräg angeordnete Funktionslage schräg zur Fluidführungsrichtung verläuft, höchstens 50°, beispielsweise höchstens 35°, insbesondere höchstens 20°.
Dabei sind kleinere Winkel für einen geringeren Druckabfall und/oder für ein besseres Modifizieren vorteilhaft.
Vorzugsweise ist eine Flächenabschnitt zumindest einer Funktionslage, welcher insbesondere den Durchströmungsflächenabschnitt oder zumindest einen Teil hiervon ausbildet, größer ausgebildet als eine Querschnittsfläche eines Innenraums des Leitungsabschnitts, in welchem das Kombinationsbauteil angeordnet ist, wobei die Querschnittsfläche in einem zu der Fluidführungsrichtung senkrecht verlaufenden Querschnitt gemessen wird.
Beispielsweise verlaufen Wände des Leitungsabschnitts, welche dessen Innenraum begrenzen, zumindest im Wesentlichen in Richtung der Fluidführungsrichtung.
Bei günstigen Ausführungsformen verlaufen die Röhren zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt und/oder zumindest in einer Funktionslage in jeweilige Röhrenerstreckungsrichtungen, welche zumindest näherungsweise in eine gleiche Richtung orientiert sind.
Insbesondere sind die Röhren zumindest in dem Durchströmungsflächenabschnitt und/oder in zumindest einer Funktionslage in einer Anordnungsrichtung nebeneinander angeordnet.
Insbesondere verläuft die Anordnungsrichtung zumindest näherungsweise senkrecht zu der Richtung, in welcher die Röhrenerstreckungsrichtungen verlaufen.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen verläuft die Anordnungsrichtung schräg zu der Fluidführungsrichtung.
Insbesondere verläuft in einer schräg angeordneten Funktionslage die Anordnungsrichtung schräg zur Fluidführungsrichtung.
Beispielsweise verläuft die Anordnungsrichtung unter einem Winkel von 5° oder größer und/oder einem Winkel von 80° oder kleiner schräg zur Fluidführungsrichtung.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen verläuft die Anordnungsrichtung unter einem Winkel von mindestens 30°, vorzugsweise mindestens 40°, beispielsweise mindestens 50° schräg zur Fluidführungsrichtung.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen verläuft die Anordnungsrichtung unter einem Winkel von höchstens 50°, beispielsweise höchstens 35°, insbesondere höchstens 20° schräg zur Fluidführungsrichtung.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Röhren einer nachgeordneten Funktionslage derart angeordnet sind, dass ein Fluidgemisch, welches durch Zwischenräume zwischen Röhren einer davor angeordneten Funktionslage hindurch strömt, diese Röhren der nachgeordneten Funktionslage anströmt. Insbesondere sind die beiden Funktionslagen einander benachbart angeordnete Funktionslagen.
Beispielsweise sind Röhren zweier insbesondere benachbarter Funktionslagen, schräg verlaufend zueinander angeordnet.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Röhren zweier Funktionslagen, insbesondere zweier benachbart zueinander angeordneter Funktionslagen, versetzt zueinander, insbesondere in deren Anordnungsrichtung versetzt zueinander, angeordnet sind und vorteilhafterweise dabei die Röhren einer Funktionslage benachbart zu Zwischenräumen zwischen Röhren der anderen Funktionslage angeordnet sind.
Insbesondere sind Röhren einer Funktionslage derart zu Röhren einer anderen, beispielsweise einer benachbart angeordneten Funktionslage angeordnet, dass bei einer Projektion der einen Funktionslage auf die andere Funktionslage die Röhren der einen Funktionslage zumindest teilweise auf Zwischenräume zwischen den Röhren der anderen Funktionslage projiziert werden.
Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass ein durch die Funktionslagen hindurchströmendes Fluidgemisch durch Zwischenräume zwischen Röhren der einen Funktionslage strömt und Röhren der anderen Funktionslage anströmt und somit ein Wärmeübertrag zwischen dem Fluidgemisch und dem Wärmeträgermedium und/oder die Modifikation des Fluidgemisches verbessert wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass in zumindest einer Funktionslage, bei mehreren Funktionslagen vorzugsweise in einigen, beispielsweise in sämtlichen der mehreren Funktionslagen, und/oder in dem Durchströmungsflächenabschnitt das Kombinationsbauteil Durchströmungsöffnungen aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Durchströmungsöffnungen zumindest in einer Funktionslage und/oder in zumindest einem Durchströmungsflächenabschnitt zumindest teilweise von dem Modifikationsmaterial und/oder den Röhren umgeben werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Durchströmungsöffnungen von dem Modifikationsmaterial und/oder den Röhren begrenzt werden und vorzugsweise die Durchströmungsöffnungen von dem Modifikationsmaterial und/oder den Röhren ausgebildet werden.
Hinsichtlich weiterer Ausbildungen des Kombinationsbauteils wurden bisher keine weiteren Angaben gemacht.
Beispielsweise umfasst das Kombinationsbauteil einen Rahmen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest ein Durchströmungsflächenabschnitt von einem Rahmen umgeben ist, insbesondere umfangseitig umgeben ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest eine Funktionslage einen Rahmen umfasst, insbesondere dass der Rahmen umfangseitig in einem äußeren Bereich der Funktionslage angeordnet ist.
Bei einigen Ausführungsformen mit mehreren Funktionslagen und/oder Durchströmungsflächenabschnitten ist vorgesehen, dass jede der Funktionslagen und/oder jeder Durchströmungsflächenabschnitt einen jeweiligen Rahmen umfasst.
Bei anderen günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die mehreren Funktionslagen und/oder die mehreren Durchströmungsflächenabschnitte einen gemeinsamen Rahmen aufweisen, welcher die Durchströmungsflächenabschnitte und/oder Funktionslagen, umfangseitig umgibt.
Vorzugsweise ist der Rahmen an einer Leitungswand des Leitungsabschnittes befestigt und vorteilhafterweise fluidabdichtend mit der Leitungswand, welche den Innenraum des Leitungsabschnitts umgibt, verbunden.
Insbesondere ist somit der zumindest eine Durchströmungsflächenabschnitt und/oder die zumindest eine Funktionslage mittels des Rahmens mit der Leitungswand verbunden und an dieser befestigt und ein Fluidgemisch, welches durch den Leitungsabschnitt strömt, muss durch den zumindest einen Durchströmungsflächenabschnitt und/oder durch die zumindest eine Funktionslage hindurch strömen.
Der Rahmen kann aus unterschiedlichsten Werkstoffen ausgebildet sein.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist der Rahmen aus einem Kunststoff ausgebildet.
Beispielsweise ist der Rahmen aus einem Elastomer ausgebildet.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der Rahmen aus einem insbesondere korrosionsbeständigen metallischen Werkstoff ausgebildet.
Insbesondere sind die Röhren und/oder ist das Modifikationsmaterial mit dem Rahmen insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden und insbesondere an diesem befestigt, beispielsweise verschweißt oder verlötet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Röhren und/oder das Modifikationsmaterial, insbesondere die das Modifikationsmaterial bereitstellenden Fasern, in dem Rahmen zumindest teilweise eingebettet sind.
Beispielsweise sind die Röhren und/oder das Modifikationsmaterial, insbesondere die das Modifikationsmaterial bereitstellenden Fasern, von dem Werkstoff des Rahmens, insbesondere einem Kunststoff, umspritzt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest einige der Röhren durch den Rahmen hindurchverlaufen und so beispielsweise zum Einen durch den Durchströmungsflächenabschnitt verlaufen können und mit einem weiteren außerhalb des Leitungsabschnitts verlaufenden Teil, insbesondere über den Einlassanschluss und/oder Auslassanschluss, beispielsweise mit einem Temperierungskreislauf verbunden werden können, wobei der durch den Durchströmungsflächenabschnitt hindurch verlaufende Teil und der außerhalb des Leitungsabschnitts verlaufende Teil der Röhren durch einen durch den Rahmen hindurch verlaufenden Teil der Röhren miteinander verbunden sind.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass an einer Einlassseite des Rahmens der Einlassanschluss ausgebildet ist und der eine vom Einlassanschluss zu einem Einlassende einer Röhre führende Einlassverteilerleitungsabschnitt oder die mehreren von dem Einlassanschluss zu jeweiligen Einlassenden zumindest einiger Röhren führenden Einlassverteilerleitungsabschnitte innerhalb des Rahmens ausgebildet ist/sind.
Insbesondere ist vorgesehen, dass an einer Auslassseite des Rahmens der Auslassanschluss ausgebildet ist und vorteilhafterweise der eine von einem Auslassende einer Röhre zu dem Auslassanschluss führende Auslasszusammenführungsleitungsabschnitt oder die mehreren an einem jeweiligen Auslassende der Röhren zu dem Auslassanschluss führenden Auslasszusammenführungsleitungsabschnitten innerhalb des Rahmens ausgebildet ist/sind.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist ein den Einlassanschluss aufweisender Verteileraufsetzer vorgesehen, in welchem der eine Einlassverteilerleitungsabschnitt oder die mehreren Einlassverteilerleitungsabschnitte ausgebildet sind.
Insbesondere ist der Verteileraufsetzer mit dem Rahmen stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden und insbesondere an diesem befestigt.
Vorteilhafterweise ist der eine Einlassverteilerleitungsabschnitt mit dem Einlassende der Röhre oder sind die mehreren Einlassverteilerleitungsabschnitte mit dem jeweiligen Einlassende der zumindest einigen Röhren jeweils fluiddicht verbunden, beispielsweise mit einem jeweiligen Dichtelement und/oder mit einer insbesondere formbaren Dichtmasse.
Beispielsweise erfolgt mittels der insbesondere formbaren Dichtmasse auch die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbinderaufsetzer und dem Rahmen.
Insbesondere ist ein den Auslassanschluss aufweisender Verteileraufsetzer, in welchem der eine Auslasszusammenführungsleitungsabschnitt oder die mehreren Auslasszusammenführungsleitungsabschnitte ausgebildet ist/sind, vorgesehen.
Insbesondere ist der den Auslassanschluss aufweisende Verteileraufsetzer mit dem Rahmen stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden und insbesondere an diesem befestigt.
Vorteilhafterweise ist der eine Auslasszusammenführungsleitungsabschnitt mit dem einen Auslassende der Röhre oder sind die mehreren Auslasszusammenführungsleitungsabschnitte mit dem jeweiligen Auslassende der zumindest einigen Röhren jeweils fluiddicht verbunden, insbesondere mit einem Dichtelement und/oder einer insbesondere formbaren Dichtmasse.
Beispielsweise erfolgt mit der insbesondere formbaren Dichtmasse auch der Stoffschluss zwischen dem den Auslassanschluss aufweisenden Verteileraufsetzer und dem Rahmen.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Kombinationsbauteil als insbesondere vormontierte Baugruppeneinheit ausgebildet ist.
Insbesondere wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch eine für eine Brennstoffzellenvorrichtung ausgebildete Baugruppeneinheit, die ein einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator ausbildendes Kombinationsbauteil ausbildet, gelöst.
Vorzugsweise umfasst dabei die das Kombinationsbauteil ausbildende Baugruppeneinheit eines oder vorzugsweise mehrere der voranstehend erläuterten Merkmale.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen des als Baugruppeneinheit ausgebildeten Kombinationsbauteils und/oder der das Kombinationsbauteil ausbildenden Baugruppeneinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Insbesondere ist die Baugruppeneinheit ein nicht zerstörungsfrei zerlegbarer Zusammenbau.
Vorzugsweise umfasst die Baugruppeneinheit den zumindest einen Durchströmungsflächenabschnitt und/oder die zumindest eine Funktionslage, also insbesondere die Röhren und das Modifikationsmaterial, und vorteilhafterweise den Einlassanschluss und den Auslassanschluss.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen umfasst die Baugruppeneinheit den Rahmen und beispielsweise - sofern vorhanden - den Einlassanschluss und den Auslassanschluss aufweisenden Verteileraufsetzer.
Insbesondere besitzt die Baugruppeneinheit einen Fügeabschnitt, welcher vorteilhafterweise in sich geschlossen um den zumindest einen Durchströmungsflächenabschnitt und/oder um zumindest eine Funktionslage herum ausgebildet ist.
Mit dem Fügeabschnitt ist die Baugruppeneinheit günstigerweise an den Leitungsabschnitt anzufügen.
Vorzugsweise wird die Baugruppeneinheit formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Leitungsabschnitt verbunden.
Bei günstigen Ausführungsformen weist das Kombinationsbauteil und/oder die Baugruppeneinheit zumindest ein Formschlusselement für einen Formschluss mit dem Leitungsabschnitt auf.
Hinsichtlich des Leitungsabschnitts wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der Leitungsabschnitt aus einem Leitungsbauteil ausgebildet.
Insbesondere weist das eine den Leitungsabschnitt ausbildende Leitungsbauteil eine Öffnung zum Einsetzen des Kombinationsbauteils, insbesondere zum Einsetzen des als Baugruppeneinheit ausgebildeten Kombinationsbauteils und/oder der das Kombinationsbauteil ausbildenden Baugruppeneinheit, auf.
Insbesondere ist das Kombinationsbauteil mit dem einen Leitungsbauteil formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden, vorteilhafterweise fluiddicht verbunden und insbesondere an diesem befestigt.
Beispielsweise weisen das Kombinationsbauteil und das Leitungsbauteil Formschlusselemente für den Formschluss auf.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist der Leitungsabschnitt aus zumindest zwei Leitungsbauteilen ausgebildet.
Insbesondere ist das Kombinationsbauteil, insbesondere das als Baugruppeneinheit ausgebildete Kombinationsbauteil und/oder die das Kombinationsbauteil ausbildende Baugruppeneinheit, mit den zumindest zwei Leitungsbauteilen stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden, insbesondere fluiddicht verbunden.
Vorteilhafterweise weisen die zumindest zwei Leitungsbauteile jeweilige Stirnflächen auf und zwischen den Stirnseiten ist das Kombinationsbauteil angeordnet.
Insbesondere liegt der Rahmen an den Stirnseiten der Leitungsbauteile an und ist vorteilhafterweise fluidabdichtend mit diesen verbunden.
Beispielsweise ist für die Abdichtung zwischen dem Leitungsbauteil oder den zumindest zwei Leitungsbauteilen einerseits und dem Kombinationsbauteil, insbesondere dessen Rahmen, andererseits ein Dichtungsmaterial vorgesehen.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist zusätzliches Dichtungsmaterial zur Abdichtung vorgesehen.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Kombinationsbauteil, insbesondere ein Fügeabschnitt desselben, beispielsweise der Rahmen mit dem Leitungsbauteil oder den zumindest zwei Leitungsbauteilen verschweißt ist.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen verlaufen die Stirnseiten, insbesondere Stirnflächen derselben, schräg zur Fluidführungsrichtung und schräg zu einer zu der Fluidführungsrichtung des Leitungsbauteils senkrecht verlaufenden Querschnittsebene, wobei beispielsweise die schräg verlaufenden Stirnseiten, insbesondere die Stirnflächen, mit der Querschnittsebene einen Winkel von 10° oder größer und/oder von 85° oder kleiner einschließen.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen verlaufen die Stirnseiten, insbesondere die Stirnflächen derselben, unter einem Winkel von höchstens 60°, vorzugsweise höchstens 50°, insbesondere höchstens 40° schräg zu der Querschnittsebene.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen verlaufen die Stirnseiten, insbesondere die Stirnflächen derselben, unter einem Winkel von mindestens 40°, beispielsweise mindestens 55°, insbesondere mindestens 70°, schräg zu der Querschnittsebene.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, um ein Kombinationsbauteil mit einem schräg verlaufenden Durchströmungsflächenabschnitt und/oder mit schräg verlaufender Funktionslage schräg zwischen den Leitungsbauteilen anzuordnen.
Insbesondere umfasst die Leitungseinrichtung ein Leitungssystem für ein Brennstoffmedium zumindest zur Zuführung vom Brennstoffmedium zu der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit.
Beispielsweise wird das Brennstoffmedium als Bestandteil eines Anodenfluidgemisches durch beispielsweise eine Versorgungsleitung des Leitungssystems für das Brennstoffmedium der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere einer Anodenseite der Brennstoffzelleneinheit, zugeführt.
Vorzugsweise umfasst das Leitungssystem für das Brennstoffmedium, insbesondere in der Versorgungsleitung, zumindest eine Fluidfördereinheit, um das Fluidgemisch durch das Leitungssystem zumindest abschnittsweise zu fördern.
Insbesondere ist zumindest eine Fluidfördereinheit in dem Leitungssystem für das Brennstoffmedium eine aktiv angetriebene Fluidfördereinheit, beispielsweise ein Gebläse oder ein Verdichter.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist zumindest eine Fluidfördereinheit in dem Leitungssystem für das Brennstoffmedium eine passive Fluidfördereinheit, beispielsweise eine Strahlpumpe.
Insbesondere ist das Leitungssystem für das Brennstoffmedium, beispielsweise mittels einer Abführleitung, auch für das Abführen eines Anodenrestfluidgemisches, welches insbesondere in der Brennstoffzelleneinheit chemisch nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile und/oder zumindest Bestandteile des zugeführten Anodenfluidgemisches und/oder zumindest Teile eines Produktmediums enthält, von insbesondere der Anodenseite der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest in einem Leitungsabschnitt des Leitungssystems für das Brennstoffmedium ein Kombinationsbauteil angeordnet ist.
Besonders günstig ist es, wenn zumindest ein Kombinationsbauteil in einem Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung für die Zuführung von Brennstoffmedium zu der Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist.
Beispielsweise ist das Kombinationsbauteil bezogen auf die Strömung des Anodenfluidgemisches zwischen der Fluidfördereinheit in der Zuführungsleitung und der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere deren Anodenseite, angeordnet.
Insbesondere ist dabei vorteilhaft, dass hierdurch ein Flüssigkeitseintrag in die Brennstoffzelleneinheit zumindest reduziert werden kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass mittels des Kombinationsbauteils das zugeführte Brennstoffmedium, insbesondere als Bestandteil des Anodenfluidgemisches, mittels des als Wärmetauscher ausgebildeten Kombinationsbauteils erwärmt wird und so beispielsweise eine Effizienz der Brennstoffzelleneinheit erhöht wird und/oder ein Auskondensieren von Flüssigkeit, insbesondere ein Auskondensieren von Wasser, in dem zugeführten Anodenfluidgemisch zumindest reduziert wird.
Beispielsweise ist ferner vorteilhaft, dass mittels des Kombinationsbauteils, insbesondere des Modifikationsmaterials desselben, eine flüssige Phase, insbesondere Wasser, in dem Anodenfluidgemisch zumindest teilweise abgeschieden wird und/oder Tröpfchen der flüssigen Phase abgefangen und/oder in ihrer Größe reduziert werden, beispielsweise dispergiert werden und/oder zumindest teilweise in eine gasförmige Phase überführt werden, und so ein Eintrag einer flüssigen Phase in die Brennstoffzelleneinheit zumindest reduziert wird.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest in einem Leitungsabschnitt der Abführleitung des Leitungssystems zumindest ein Kombinationsbauteil angeordnet ist.
Beispielsweise kann hierdurch mittels des Kombinationsbauteils ein von der Brennstoffzelleneinheit abgeführtes Anodenrestfluidgemisch aufbereitet werden, beispielsweise temperiert werden und/oder modifiziert werden, insbesondere durch Abscheiden und/oder Dispergieren einer flüssigen Phase in dem Anodenrestfluidgemisch, insbesondere um in der Brennstoffzelleneinheit chemisch nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile wieder der Versorgungsleitung und damit der Brennstoffzelleneinheit zuzuführen.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist als Teil des Leitungssystems für das Brennstoffmedium eine Anodenringleitung vorgesehen, mittels welcher ein Brennstoffmedium der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit zugeführt und in der Brennstoffzelleneinheit chemisch nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile von der Brennstoffzelleneinheit abgeführt und wieder, insbesondere mit weiteren Brennstoffmediumanteilen der Brennstoffzelleneinheit zugeführt werden können.
Insbesondere sind zumindest ein Teil der Versorgungsleitung und/oder ein Teil der Abführleitung und/oder eine Verbindungsleitung zwischen der Abführleitung und der Versorgungsleitung ein Teil oder Teile der Anodenringleitung.
Besonders günstig ist es, wenn zumindest in der Anodenringleitung zumindest ein Kombinationsbauteil angeordnet ist.
Insbesondere umfasst die Leitungseinrichtung ein Leitungssystem für ein Oxidationsmedium.
Günstigerweise ist das Leitungssystem für das Oxidationsmedium ausgebildet, um ein Oxidationsmedium, insbesondere Sauerstoff, beispielsweise als Bestandteil eines Kathodenfluidgemisches, der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere einer Kathodenseite derselben, mittels einer Versorgungsleitung zuzuführen und insbesondere mittels einer Ablassleitung ein Anodenrestfluidgemisch, welches insbesondere in der Brennstoffzelleneinheit chemisch nicht umgesetzte Oxidationsmediumanteile und/oder zumindest Bestandteile des zugeführten Kathodenfluidgemisches und/oder zumindest Teile des Produktmediums enthält, von der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere der Kathodenseite derselben, abzuführen.
Vorzugsweise umfasst das Leitungssystem für das Oxidationsmedium, insbesondere in der Versorgungsleitung zumindest eine Fluidfördereinheit, um das Fluidgemisch durch das Leitungssystem zumindest abschnittsweise zu fördern.
Insbesondere ist zumindest eine Fluidfördereinheit in dem Leitungssystem für das Oxidationsmedium eine aktiv angetriebene Fluidfördereinheit, beispielsweise ein Gebläse oder ein Verdichter.
Beispielsweise ist zumindest eine Fluidfördereinheit in dem Leitungssystem für das Oxidationsmedium eine passive Fluidfördereinheit, beispielsweise eine Strahlpumpe.
Bei besonders günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest in einem Leitungsabschnitt des Leitungssystems für das Oxidationsmedium zumindest ein Kombinationsbauteil angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist zumindest ein Kombinationsbauteil in einem Leitungsabschnitt der Versorgungsleitung angeordnet, beispielsweise zwischen einer Fluidfördereinheit und der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere der Kathodenseite der Brennstoffzelleneinheit.
Insbesondere kann hiermit ein Flüssigkeitseintrag in die Brennstoffzelleneinheit, insbesondere durch ein zumindest teilweises Abscheiden und/oder Dispergieren und/oder Überführen in eine gasförmige Phase einer flüssigen Phase, insbesondere von Wasser, beispielsweise durch das Modifikationsmaterial, zumindest reduziert werden, wobei insbesondere bei dem Dispergieren und/oder Überführen in eine gasförmige Phase zumindest eine hohe Feuchtigkeit in dem Kathodenfluidgemisch beibehalten werden kann.
Besonders günstig ist es, das Kombinationsbauteil in der Zuführungsleitung als Ladekühler zur Kühlung des Kathodenfluidgemisches auszubilden, insbesondere um so die Effizienz der Brennstoffzelleneinheit zu erhöhen.
Insbesondere umfasst die Leitungseinrichtung ein Leitungssystem für ein Temperiermedium einer Temperiereinrichtung für die Brennstoffzelleneinheit.
Insbesondere ist die Temperiereinrichtung für die Temperierung, insbesondere je nach Betriebszustand für eine bedarfsweise Kühlung und/oder bedarfsweise Erwärmung der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit ausgebildet.
Insbesondere ist das Leitungssystem für das Temperiermedium zur Zuführung des Temperiermediums, beispielsweise mittels einer Zuführleitung, ausgebildet und insbesondere zur Abführung des Temperiermediums von der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere mittels einer Abführleitung, ausgebildet.
Beispielsweise umfasst das Temperiermedium einen Alkohol, insbesondere ein Glykol. Insbesondere ist das Temperiermedium ein Alkohol-, insbesondere Glykol, Wasser-Gemisch.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest in einem Leitungsabschnitt eines Leitungssystem für das Temperiermedium zumindest ein Kombinationsbauteil angeordnet ist.
Beispielsweise ist zumindest ein Kombinationsbauteil in einem Leitungsabschnitt der Abführleitung angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Kombinationsbauteil in einem Leitungsabschnitt der Zuführleitung angeordnet ist.
Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass mittels des Kombinationsbauteils das zugeführte Temperiermedium zumindest in einen gewünschten Temperaturbereich temperiert wird, insbesondere gekühlt wird, und/oder durch die Modifikation durch das Kombinationsbauteil beispielsweise das Zuführen von nicht gewünschten Bestandteilen zumindest reduziert wird, beispielsweise durch ein zumindest teilweise Abscheiden eines Bestandteiles und/oder durch eine chemische Modifikation an dem Modifikationsmaterial.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise mittels zumindest einer Brennstoffzelleneinheit angetriebenes Fahrzeug.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist bei dem Fahrzeug eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einem oder vorzugsweise mehreren der voranstehend erläuterten Merkmale angeordnet, wobei vorteilhafterweise das Fahrzeug zumindest teilweise durch die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit der Brennstoffzellenvorrichtung angetrieben wird.
Die voranstehend erläuterten Vorteile übertragen sich entsprechend auf diesen Aspekt der Erfindung, wobei bei einem Fahrzeug insbesondere wenig Bauraum vorhanden ist, sodass die bauraumsparende Ausbildung mittels des Kombinationsbauteils sich hierbei besonders günstig auswirkt.
Voranstehend und nachstehend ist unter der Formulierung zumindest näherungsweise im Zusammenhang mit einer Angabe zu verstehen, dass technisch nicht relevante und/oder technisch bedingte Abweichungen von der Angabe von der zumindest näherungsweise angegebenen Angabe mit umfasst sind.
Beispielsweise sind Abweichungen von bis zu +/- 10%, vorzugsweise von bis zu +/- 5%, insbesondere von bis zu +/- 1% von der zumindest näherungsweise angegebenen Angabe mit umfasst. Bei zumindest näherungsweise angegebenen Richtungen sind beispielsweise Abweichungen um bis zu +/-10°, insbesondere von bis zu +/- 5° von der angegebenen Richtung mit umfasst.
Voranstehend und nachstehend sind Merkmale, welche als insbesondere und/oder beispielsweise und/oder vorteilhafterweise und/oder bevorzugt oder dergleichen vorgesehen beschrieben werden, optionale Merkmale, die für den erfindungsgemäßen Erfolg nicht wesentlich sind, aber beispielsweise mit Vorteilen verbundene Weiterentwicklungen darstellen.
Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungsformen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen:

1. Brennstoffzellenvorrichtung (110), umfassend zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) und eine Leitungseinrichtung (112), insbesondere für ein Brennstoffmedium und/oder für ein Oxidationsmedium und/oder für ein Temperiermedium, wobei in der Leitungseinrichtung (112), insbesondere in einem Leitungsabschnitt (112) derselben, ein einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator, der insbesondere einen Abscheider ausbildet, ausbildendes Kombinationsbauteil (220) angeordnet ist.
2. Brennstoffzellenvorrichtung (150) nach Ausführungsform 1, wobei das Kombinationsbauteil (220) mehrere einen Durchströmungsflächenabschnitt (226) des Kombinationsbauteils (220) durchziehende Röhren (234) für ein Wärmeübertragemedium umfasst und dass insbesondere die mehreren Röhren (234) Teil eines Temperierungskreislaufs sind, wobei insbesondere das Kombinationsbauteil (220) einen mit den Röhren (234) verbundenen Einlassanschluss (238) und einen mit den Röhren verbundenen Auslassanschluss (239) aufweist.
3. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Kombinationsbauteil (220) zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) insbesondere zur zumindest teilweisen Ausbildung als Fluidmodifikator ein Modifikationsmaterial (242) aufweist.
4. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Modifikationsmaterial (242) in dem Durchströmungsflächenabschnitt (226), durch welchen bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (100) ein Fluidgemisch strömt, zum zumindest teilweisen Abscheiden zumindest eines Bestandteiles des Fluidgemisches und/oder zum zumindest teilweisen Dispergieren einer flüssigen Phase in dem Fluidgemisch und/oder zum zumindest teilweisen Überführen zumindest eines Bestandteils des Fluidgemisches von einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase und/oder zu einem zumindest teilweisen Durchmischen des Fluidgemisches ausgebildet ist.
5. Brennstoffzellenvorrichtung (100) einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Modifikationsmaterial (242) einen metallischen Werkstoff umfasst, insbesondere ein metallischer Werkstoff ist.
6. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Modifikationsmaterial (242) zumindest teilweise in Zwischenräumen (254) zwischen Röhren (234) des Kombinationsbauteils (220) angeordnet ist.
7. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Modifikationsmaterial (242) zumindest teilweise an den Röhren (234) des Kombinationsbauteils (220) anliegend angeordnet ist.
8. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Modifikationsmaterial (242) in zumindest einer Schicht (243) in dem Durchströmungsflächenabschnitt (226) angeordnet ist, insbesondere in zumindest einer Schicht (243) den Durchströmungsflächenabschnitt (226) durchzieht.
9. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei einige der mehreren Röhren (234) auf einer Seite der Schicht (243) und einige der mehreren Röhren (234) auf einer gegenüberliegenden Seite der Schicht (243) angeordnet sind.
10. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei Fasern (244) zumindest teilweise das Modifikationsmaterial (242) bereitstellen, insbesondere den Durchströmungsflächenabschnitt (226) durchziehende Fasern (244) aus dem Modifikationsmaterial (242) ausgebildet sind.
11. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei die Fasern (244) sich länglich erstreckende, insbesondere biegsame, Körper sind, insbesondere Drähte sind.
12. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der beiden voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest einige der Fasern (244) und zumindest einige der mehreren Röhren (234) zusammen ein Gewebe ausbilden.
13. Brennstoffzellenvorrichtung (100) insbesondere nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Kombinationsbauteil (220) genau eine Funktionslage (222) oder mehrere Funktionslagen (222) für einen Wärmeübertrag und/oder eine Modifikation eines hindurchströmenden Fluidgemisches umfasst.
14. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest in einer Funktionslage (222) und/oder zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) die Fasern (244) quer zu den Röhren (234) verlaufen.
15. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei eine Schicht (243) mit dem Modifikationsmaterial (242), insbesondere die Fasern (244), zumindest in einer Funktionslage (222) und/oder zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) bezogen auf eine von den Röhrenerstreckungsrichtungen (236) der Röhren (234) aufgespannten Fläche abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten der Röhren (234) verläuft/verlaufen.
16. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest eine Funktionslage (222) sich schräg zu einer Fluidführungsrichtung (262) des Leitungsabschnitts (212) erstreckt, und dass insbesondere die zumindest eine Funktionslage (222) unter einem Winkel von 5° oder größer und/oder unter einem Winkel von 80° oder kleiner schräg zu der Fluidführungsrichtung (262) des Leitungsabschnitts (212) verläuft.
17. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei Röhren (234) einer nachgeordneten Funktionslage (222) derart angeordnet sind, dass ein Fluidgemisch, welches durch Zwischenräume (254) zwischen Röhren (234) einer davor angeordneten Funktionslage (222) hindurchströmt, diese Röhren der nachgeordneten Funktionslage (222) anströmt.
18. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in zumindest einer Funktionslage (222) und/oder zumindest einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) das Kombinationsbauteil (220) Durchströmungsöffnungen (246) aufweist, welche zumindest teilweise von dem Modifikationsmaterial (242) und/oder den Röhren (234) umgeben, insbesondere begrenzt werden.
19. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Durchströmungsflächenabschnitt (226) von einem Rahmen (256) umgeben ist und/oder zumindest eine Funktionslage (222) einen Rahmen (256) umfasst und insbesondere der Rahmen (256) an eine Leitungswand (262) des Leitungsabschnitts (212) befestigt ist.
20. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der Rahmen (256) mit der Leitungswand (262) des Leitungsabschnitts (212) fluidabdichtend verbunden ist.
21. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der Rahmen (256) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet ist, oder dass der Rahmen (256) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
22. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest einige der mehreren Röhren (234) und/oder zumindest ein Teil des Modifikationsmaterials (242) mit dem Rahmen (256) verbunden sind, insbesondere in dem Rahmen (256) zumindest teilweise eingebettet sind.
23. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Kombinationsbauteil (220) als insbesondere vormontierter Baugruppeneinheit ausgebildet ist.
24. Baugruppeneinheit, die ein einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator ausbildendes Kombinationsbauteil ausbildet, wobei das Kombinationsbauteil (220) insbesondere eines oder mehrere der Merkmale der voranstehend und nachstehenden Ausführungsformen aufweist.
25. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Kombinationsbauteil (220) zumindest ein Formschlusselement für einen Formschluss mit dem Leitungsabschnitt aufweist.
26. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei in einem den Leitungsabschnitt (212) ausbildenden Leitungsbauteil das Kombinationsbauteil (220) und/oder die das Kombinationsbauteil ausbildende Baugruppeneinheit angeordnet ist und insbesondere diese stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
27. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Kombinationsbauteil (220) zwischen jeweiligen Stirnseiten (286, 288) von zumindest zwei Leitungsbauteilen (282, 284) angeordnet ist.
28. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest in einen Leitungsabschnitt (212) eines Leitungssystem (214) für Brennstoffmedium der Leitungseinrichtung (112) zumindest ein Kombinationsbauteil (220) angeordnet ist.
29. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) einer Versorgungsleitung (162) des Leitungssystem (114) für Brennstoffmedium angeordnet ist.
30. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) einer Abführleitung (176) des Leitungssystems (114) für Brennstoffmedium angeordnet ist.
31. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Kombinationsbauteil in einem Leitungsabschnitt (212) einer Anodenringleitung (188) des Leitungssystems (114) für Brennstoffmedium angeordnet ist.
32. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) eines Leitungssystems (116) für Oxidationsmedium der Leitungseinrichtung (112) angeordnet ist, insbesondere in einem Leitungsabschnitt (212) einer Zuführleitung (126) des Leitungssystems (116) für Oxidationsmedium angeordnet ist.
33. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) eines Leitungssystem (224) für ein Temperiermedium der Leitungseinrichtung (112) angeordnet ist, insbesondere in einer Zuführleitung (126) des Leitungssystem (124) für ein Temperiermedium angeordnet ist, wobei insbesondere das Leitungssystem für ein Temperiermedium Teil einer Temperiereinrichtung (122) für die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) ist, insbesondere zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit (110).
34. Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung nach einer der voranstehenden Ausführungsformen.

Weitere bevorzugte Merkmale und beispielsweise Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung mehrerer Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:

1 ein Schema eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
2 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Leitungsabschnitts mit einem Kombinationsbauteil;
3 eine Explosionsdarstellung des Leitungsabschnitts mit dem Kombinationsbauteil ähnlich wie in 2;
4 eine ausschnittsweise Darstellung eines Durchströmungsflächenabschnitts des Kombinationsbauteils;
5 eine ausschnittsweise Darstellung einer alternativen Ausbildung eines Durchströmungsflächenabschnitts;
6 eine schematische Darstellung des Kombinationsbauteils;
7 eine ausschnittsweise Darstellung von Durchströmungsflächenabschnitten zweier Funktionslagen;
8 eine ausschnittsweise Darstellung einer Variante zweier Funktionslagen;
9 eine ausschnittsweise Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels von Durchströmungsflächenabschnitten zweier Funktionslagen;
10 eine ausschnittsweise Darstellung einer weiteren Variante von Durchströmungsflächenabschnitten zweier Funktionslagen;
11 ein Schema eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
12 ein Schema eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
13 ein Schema eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung und
14 eine ausschnittsweise Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Durchströmungsflächenabschnitts einer Funktionslage.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Brennstoffzellenvorrichtung umfasst zumindest eine Brennstoffzelleneinheit 110 und eine im Ganzen mit 112 bezeichnete Leitungseinrichtung mit zumindest einem Leitungssystem 114 für ein Brennstoffmedium sowie einem Leitungssystem 116 für ein Oxidationsmedium, wobei die Leitungssysteme 112, 114 mit der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 verbunden sind, wie beispielsweise in 1 dargestellt.
Die Brennstoffzelleneinheit 110 umfasst mindestens ein Brennstoffzellenelement, vorzugsweise mehrere Brennstoffzellenelemente, welches/welche insbesondere in einem Gehäuse 118 angeordnet ist/sind, wobei in dem einen oder den mehreren Brennstoffzellenelementen das Brennstoffmedium und das Oxidationsmedium zumindest teilweise in ein Produktmedium chemisch umgesetzt werden und insbesondere dabei elektrische Energie bereitgestellt wird.
Beispielsweise sind die mehreren Brennstoffelemente in einem oder mehreren Stapeln in einer jeweiligen Stapelrichtung übereinander angeordnet und in Reihe geschaltet.
Beispielsweise ist ferner eine Temperiereinrichtung 122 vorgesehen, um die Brennstoffzelleneinheit 110 in einem für einen ordnungsgemäßen Betrieb derselben zulässigen Temperaturbereich zu halten.
Insbesondere umfasst die Temperiereinrichtung 122 als Teil der Leitungseinrichtung 112 ein Leitungssystem 124 für ein Temperierungsmedium, welches zumindest eine Zuführleitung 126 zum Zuführen eines Temperiermediums zur Brennstoffzelleneinheit 110 und eine Abführleitung 128 zum Abführen von dem Temperiermedium von Brennstoffzelleneinheit 110 aufweist und das Temperiermedium zwischen der Zuführleitung 126 und der Abführleitung 128 in einem wärmetauschenden Kontakt mit der Brennstoffzelleneinheit 110 steht.
Vorzugsweise ist die Temperiereinrichtung 122 zumindest in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennstoffzelleneinheit zur bedarfsweisen Kühlung der Brennstoffzelleneinheit 110 ausgebildet, wobei insbesondere die Zuführleitung 126 und die Abführleitung 128 Teil eines Kühlkreislaufs sind, und/oder zur bedarfsweisen Erwärmung der Brennstoffzelleneinheit 110 ausgebildet.
Mittels des Leitungssystems 116 für ein Oxidationsmedium ist das Oxidationsmedium der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 zuführbar und der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführte aber in dieser chemisch nicht umgesetzte Oxidationsmediumanteile sind mittels diesem Leitungssystem 116 von der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 wieder abführbar.
Bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 110 werden mittels dieses Leitungssystems 116 das Oxidationsmedium insbesondere als Bestandteil eines Fluidgemisches der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführt und in der Brennstoffzelleneinheit 110 nicht umgesetzte Oxidationsmediumsanteile wieder abgeführt.
Das Leitungssystem 116 für das Oxidationsmedium umfasst zumindest eine Versorgungsleitung 142, welche zu einer Kathodenseite 144 der Brennstoffzelleneinheit 110 führt und durch welche der Brennstoffzelleneinheit 110 das Oxidationsmedium zugeführt wird.
Vorzugsweis wird mittels der Versorgungsleitung 142 ein Kathodenfluidgemisch, welches das Oxidationsmedium umfasst, der Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführt, wobei beispielsweise das Kathodenfluidgemisch ein gereinigtes Luftgemisch aus der Umgebung der Brennstoffzellenvorrichtung 100 ist.
Insbesondere ist das Oxidationsmedium Sauerstoff.
Insbesondere ist in der Versorgungsleitung 142 eine Versorgeeinheit 146 angeordnet, mittels welcher die Brennstoffzelleneinheit 110 mit dem Kathodenfluidgemisch versorgt wird.
Vorzugsweise umfasst die Versorgeeinheit 146 eine Fluidfördereinheit 148.
Beispielsweise saugt die Versorgeeinheit 146 über eine Saugleitung 152, in welcher vorzugsweise ein Filter 154 zur Reinigung des angesaugten Fluidgemisches angeordnet ist, das Fluidgemisch an und führt es durch die Versorgungsleitung 142 der Brennstoffzelleneinheit 110 zu.
Außerdem weist das Leitungssystem 116 für das Oxidationsmedium zumindest eine Ablassleitung 156 auf, mittels welcher von der Kathodenseite 144 ein Kathodenrestfluidgemisch, welches insbesondere chemisch nicht umgesetzte Oxidationsmediumanteile und/oder zumindest Anteilen des bei dem chemischen Prozess in der Brennstoffzelleneinheit 110 entstehenden Produktmediums und/oder Bestandteile des zugeführten Kathodenfluidgemischs umfasst, abgeführt wird.
Mittels des Leitungssystems 114 für das Brennstoffmedium ist der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 das Brennstoffmedium zuführbar und der Brennstoffzelleneinheit zugeführte aber in dieser chemisch nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile von der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 wieder abführbar.
Beim ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 110 werden mittels dieses Leitungssystems 114 das Brennstoffmedium beispielsweise als Bestandteil eines Anodenfluidgemisches der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführt und in der Brennstoffzelleneinheit 110 nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile wieder abgeführt.
Das Leitungssystem 114 für das Brennstoffmedium umfasst zumindest eine Versorgungsleitung 162, welche zu einer Anodenseite 164 der Brennstoffzelleneinheit 110 führt und durch welchen ein Brennstoffmedium der Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführt werden kann.
Vorzugsweise wird mittels der Versorgungsleitung 162 der Brennstoffzelleneinheit 110 ein Anodenfluidgemisch, welches das Brennstoffmedium umfasst, zugeführt.
Insbesondere ist das Brennstoffmedium Wasserstoff.
Beispielsweise umfasst das Anodenfluidgemisch Wasser, insbesondere eine geringfügige Menge an Wasser.
Insbesondere ist in der Versorgungsleitung 162 eine Versorgeeinheit 166 angeordnet, die beispielsweise eine Fluidfördereinheit 168, beispielsweise eine aktiv angetriebene Fluidfördereinheit und/oder eine passive Fluidfördereinheit, umfasst, und die über eine Zuführungsleitung 172 mit einem Reservoir 174 für das Brennstoffmedium verbunden ist.
Bei einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung wird mittels der Versorgeeinheit 166 die Brennstoffzelleneinheit 110 mit Brennstoffmedium aus dem Reservoir 174 über die Zuführungsleitung 172 und die Versorgungsleitung 162 versorgt.
Außerdem umfasst das Leitungssystem 114 für das Brennstoffmedium eine Abführleitung 176, welche von der Anodenseite 164 wegführt.
Durch diese Abführleitung 176 werden insbesondere chemisch nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile und weitere Anteile des der Anodenseite 164 zugeführten Anodenfluidgemischs und beispielsweise auch Anteile des bei der chemischen Umsetzung entstandenen Produktmediums von der Anodenseite 164 als Anodenrestfluidgemisch abgeführt.
Vorzugsweise ist die Abführleitung 176 über eine Verbindungsleitung 182 zumindest indirekt mit der Versorgungsleitung 162 verbunden, wobei bei der Abzweigung der Verbindungsleitung 182 von der Abführleitung 176 eine Separationseinheit 184 vorgesehen ist, so dass über die Verbindungsleitung 182 nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile der Versorgungsleitung 162 zugeführt werden und weitere Bestandteile in dem Anodenrestfluidgemisch über eine Ablassleitung 186 abgeführt werden.
Beispielsweise mündet die Verbindungsleitung 182 in die Zuführungsleitung 172 ein.
Günstigerweise führt die Verbindungsleitung 182 zur Versorgeeinheit 166 und zwar bezogen auf eine Strömungsrichtung vor der Fluidfördereinheit 168, so dass die von der Verbindungsleitung 182 zugeführten Brennstoffmediumanteile von der Fluidfördereinheit 168 mit gefördert werden.
Insbesondere bilden somit zumindest Teile der Versorgungsleitung 162 und der Abführleitung 176 und die Verbindungsleitung 182 eine Anodenringleitung 188 für das Brennstoffmedium aus, mittels welcher nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile in dem Anodenrestfluidgemisch wieder dem Anodenfluidgemisch zugeführt und der Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführt werden können.
In einem Leitungsabschnitt 212 des Leitungssystems 114 für das Brennstoffmedium ist ein im Ganzen mit 220 bezeichnetes Kombinationsbauteil angeordnet, welches einen Wärmetauscher und einen insbesondere als Abscheider ausbildeten Fluidmodifikator ausbildet und beispielhaft in den 2 bis 6 dargestellt ist.
Bei dem beispielhaft in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Leitungsabschnitt 212 mit dem Kombinationsbauteil 220 ein Abschnitt der Versorgungsleitung 162 und das Kombinationsbauteil 220 bezogen auf eine Strömungsrichtung des Anodenfluidgemischs zwischen der Versorgeeinheit 166 und der Brennstoffzelleneinheit 110 angeordnet.
Das Kombinationsbauteil 220 umfasst eine, beispielhaft ausschnittsweise in verschiedenen Variationen in 4 und 5 dargestellte, zumindest eine Funktionslage 222, welche derart in dem Leitungsabschnitt 212 angeordnet ist, dass das durch den Leitungsabschnitt 212 in einer Strömungsrichtung 224 strömende Fluidgemisch durch einen Durchströmungsflächenabschnitt 226 der Funktionslage 222 hindurchströmen muss.
Das Kombinationsbauteil 220 umfasst dabei ein Röhrensystem mit mehreren Röhren 234, welche in der Funktionslage 122 den Durchströmungsflächenabschnitt 226 durchziehen.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Röhren 234 in dem Durchströmungsflächenabschnitt 226 sich länglich längs einer jeweiligen Röhrenerstreckungsrichtung 236 durch den Durchströmungsflächenabschnitt 226 erstrecken.
Insbesondere verlaufen die jeweiligen Röhrenerstreckungsrichtungen 236 der mehreren Röhren in dem Durchströmungsflächenabschnitte 226 zumindest näherungsweise parallel zueinander.
Vorzugsweise sind die Röhren 234 in einer Anordnungsrichtung 237 nebeneinander angeordnet.
Vorzugsweise verläuft die Anordnungsrichtung 237 zumindest näherungsweise senkrecht zu der Röhrenerstreckungsrichtung 236.
Dabei sind die Röhren 234 Hohlröhren mit einem Innenraum durch welchen ein Fluid fließen kann.
Der Innenraum der Röhren 234 ist durch eine Röhrenwand 238 von einem Innenraum des Leitungsabschnitts 212 abgetrennt, sodass ein durch die Röhren 234 fließendes Fluid nicht in den Innenraum des Leitungsabschnitts 212 gelangt und entsprechend ein durch den Leitungsabschnitt 212 fließendes Fluid nicht in den Innenraum der Röhren 234 gelangt und somit diese beiden Fluide nicht durchmischt werden.
Vorzugsweise weist das Kombinationsbauteil 220 einen Einlassanschluss 238 und einen Auslassanschluss 239 auf, wie beispielhaft in 6 dargestellt ist, wobei zwischen dem Einlassanschluss 238 und dem Auslassanschluss 239 entlang eines, beispielsweise mehrere Stränge aufweisenden, Fluidpfades die Röhren 234 angeordnet sind.
Insbesondere führen auf einer Einlassseite von dem Einlassanschluss 238 zu einem jeweiligen Einlassende der Röhren 234 Einlassverteilerleitungsabschnitte, so dass ein über den Einlassanschluss 238 zugeführtes Fluid über die Einlassverteilerleitungsabschnitte auf die mehreren Röhren 234 aufgeteilt und durch diese hindurchgeleitet wird.
Insbesondere führen von einem jeweiligen Auslassende der Röhren 234 Auslasszusammenführungsleitungsabschnitte zu dem Auslassanschluss 239, so dass durch die Röhren geleitetes Fluid über die Auslasszusammenführungsleitungsabschnitte zu dem einen Auslassanschluss 239 geleitet wird.
Insbesondere ist bei den Röhren das Einlassende ein dem Auslassende gegenüberliegendes Ende.
Bei Varianten ist beispielsweise vorgesehen, dass zumindest bei einigen Röhren das Auslassende einer Röhre mit einem Einlassende einer Röhre über einen Verbindungsleitungsabschnitt verbunden ist. Dabei fließt dann ein durch die eine Röhre geleitetes Fluid zu der nächsten Röhre 234 und durch diese hindurch und je nach Ausgestaltung der Variante durch einen Auslasszusammenführungsleitungsabschnitt zu dem Auslassanschluss 239 oder zu einem Einlassende einer weiteren Röhre.
Insbesondere sind die Röhren Teil eines Temperierungskreislaufs, in welchem die Röhren insbesondere über den Einlassanschluss 238 und den Auslassanschluss 239 angeschlossen werden können und im Betriebszustand angeschlossen sind, wobei durch den Temperierungskreislauf und somit durch den Innenraum der Röhren 234 ein Wärmeträgermedium fließt.
Der Temperierungskreislauf umfasst einen Reservoirraum für das Wärmeträgermedium und zwischen dem Reservoirraum und den Röhren ist vorzugsweise eine Temperiereinheit zum Temperieren des Wärmeträgermediums angeordnet, so dass das aus dem Reservoirraum zu den Röhren fließende Wärmeträgermedium eine für einen bei dem Durchfließen der Röhren erfolgenden Wärmeübertrag angepasste Temperatur aufweist.
Des Weiteren sind die Röhren insbesondere über den Auslassanschluss 239 mit dem Reservoirraum derart verbunden, dass das aus den Röhren abfließende Wärmeträgermedium wieder in den Reservoirraum fließt.
Darüber hinaus weist das Kombinationsbauteil 220 zur zumindest teilweisen Ausbildung des Fluidmodifikators, insbesondere des Abscheiders, in der Funktionslage 222 ein Modifikationsmaterial 242 auf, welches den Innenraum des Leitungsabschnitts 212 durchzieht.
Damit ist das Modifikationsmaterial mit einem den Leitungsabschnitt 212 durchströmenden Fluidgemisch in Kontakt und insbesondere beeinflusst das Modifikationsmaterial das durchströmende Fluidgemisch.
Das Modifikationsmaterial 242 begrenzt dabei beispielsweise zumindest teilweise zusammen mit den Röhren 234 eine Vielzahl von Durchströmungsöffnungen 246.
Insbesondere sind die Durchströmungsöffnungen kleiner als das Dreifache einer maximal gewünschten Größe von Wassertröpfchen in dem durch die Funktionslage 222 strömenden Fluidgemisch, vorzugsweise kleiner als die maximal gewünschte Größe der Wassertröpfchen.
Vorzugsweise weisen die Durchströmungsöffnungen 246 eine Größe im Millimeterbereich auf.
Beispielsweise ist eine Maximalausdehnung der Durchströmungsöffnungen 246 gleich oder kleiner als 50 Millimeter und eine Ausdehnung senkrecht zur Maximalausdehnung ist beispielsweise gleich oder kleiner 10 Millimeter.
Das Modifikationsmaterial 242 ist zumindest teilweise zwischen den Röhren 234 angeordnet und insbesondere teilweise an den Röhren 234 anliegend angeordnet.
Insbesondere ist das Modifikationsmaterial 242 ein gut wärmeleitender Werkstoff. Vorzugsweise ist das Modifikationsmaterial 242 ein metallischer Werkstoff.
Günstigerweise durchzieht das Modifikationsmaterial 242 in zumindest einer Schicht 243 als Fasern 244 die Funktionslage 222.
Vorzugsweise sind die Fasern 244 Drähte.
Insbesondere verlaufen die Fasern 244 aus dem Modifikationsmaterial 242 quer zu den Röhren 234, insbesondere zumindest näherungsweise in der Anordnungsrichtung 237, und verlaufen auf unterschiedlichen Seiten anliegend an den Röhren an diesen vorbei.
Insbesondere sind die Fasern 244 und die Röhren 234 miteinander verwebt, wie beispielhaft in den 4 und 5 dargestellt ist.
Beispielsweise verläuft eine Faser 244 bei einer Röhre 234' an einer ersten Seite bezogen auf eine geometrische Funktionslagenebene 252 vorbei und bei der darauffolgenden Röhre 234" verläuft diese Faser 244 auf einer zweiten Seite bezogen auf die Funktionslagenebene 252 an dieser Röhre vorbei, so dass die Faser abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten der Funktionslagenebene 252 an den Röhren 234 vorbei verläuft.
Bei zeichnerisch nicht dargestellten Varianten des Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, dass zumindest einige Fasern 244 in einer anderen Art und Weise als einer ständig abwechselnden Weise bei unterschiedlichen Röhren 234 auf unterschiedlichen Seiten der Funktionslagenebene 252 an diesen vorbei verlaufen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in einem Zwischenraum 254 zwischen je zwei benachbarten Röhren 234 zumindest mehrere Fasern von der einen Seite der Funktionslagenebene 252 bei der einen der zwei benachbarten Röhren 234 zu der anderen Seite der Funktionslagenebene 252 bei der anderen Röhre 234 und sich somit quer zur Funktionslagenebene 252 zwischen den benachbarten Röhren erstrecken.
Insbesondere liegen zumindest die meisten der Fasern 244 an zumindest den meisten der Röhren 234 an einer jeweiligen Seite an.
Die Funktionslagenebene 252 wird insbesondere durch die Röhrenerstreckungsrichtung 236 und die Anordnungsrichtung 237 aufgespannt.
Bei einigen Variationen des Ausführungsbeispiels ist das Gewebe aus den Röhren 234 und den Fasern 244 grobmaschig, wie beispielhaft in 4 dargestellt ist.
Beispielsweise ist ein Abstand zwischen zwei in der zumindest Anordnungsrichtung 237 benachbart zueinander angeordneten Röhren 234 größer als ein Röhrendurchmesser, wobei vorzugsweise dieser Abstand kleiner ist als zehn Röhrendurchmesser.
Beispielsweise sind die Fasern 244 in einer zu deren Verlaufsrichtung zumindest näherungsweise senkrecht verlaufenden Richtung beabstandet zueinander, wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten Fasern jedoch vorzugsweise kleiner ist als das Zehnfache des durchschnittlichen Faserdurchmessers.
Bei günstigen Varianten liegen die benachbarten Fasern aneinander an.
Bei anderen Variationen ist das Gewebe aus den Röhren 234 und den Fasern 244 engmaschig, wie beispielshaft in 5 dargestellt ist.
Insbesondere sind dabei die Röhren 234 eng zueinander beabstandet, so dass ein Abstand zwischen zwei benachbarten Röhren 234 in der Anordnungsrichtung 237 kleiner ist als ein Röhrendurchmesser.
Dieser Abstand zwischen zwei benachbarten Röhren 234 ist insbesondere jedoch größer als ein Vielfaches des durchschnittlichen Faserdurchmessers, insbesondere größer als das Doppelte des durchschnittlichen Faserdurchmessers, beispielsweise größer als das Zehnfache des durchschnittlichen Faserdurchmessers.
Insbesondere sind auch die Fasern 244 eng zueinander angeordnet.
Beispielsweise ist ein Abstand von je zwei benachbarten Fasern zueinander in einer zu deren Verlaufsrichtung zumindest näherungsweise senkrecht verlaufenden Richtung kleiner als das Dreifache des durchschnittlichen Faserdurchmessers.
Insbesondere liegen benachbarte Fasern aneinander an.
Bei weiteren Variationen des Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, dass beispielsweise die Röhren eng zueinander angeordnet sind und die Fasern grobmaschig angeordnet sind.
Bei wiederum anderen Variationen des Ausführungsbeispiels sind die Röhren 234 grobmaschig angeordnet und die Fasern engmaschig zueinander angeordnet.
Der Durchströmungsflächenabschnitt 226 ist vorzugsweise von einem Rahmen 256 umgeben, wie beispielhaft in 2, 3 und 6 dargestellt ist.
Die Röhren 234 sind mit Abschnitten in dem Rahmen 256 eingebettet und zumindest einige der Röhren 234 erstrecken sich durch den Rahmen 256 hindurch, um mit dem Temperierungskreislauf verbunden werden zu können.
Beispielsweise ragen zumindest einige Röhren 234 mit ihren Einlassenden an einer Einlassseite aus dem Rahmen 256 heraus. Dabei ist insbesondere ein den Einlassanschluss 238 aufweisender Verteileraufsatz vorgesehen, in welchem die Einlassverteilerleitungsabschnitte ausgebildet sind.
Der Verteileraufsatz wird auf die Einlassseite des Rahmens 256 aufgesetzt und die Einlassverteilerleitungsabschnitte mit den Einlassenden der Röhren 234 verbunden. Insbesondere wird der Verteileraufsatz insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen und/oder durch Löten und/oder durch Kleben und/oder durch Verrasten, an dem Rahmen 256 befestigt und die Verbindung zwischen den Einlassverteilerleitungsabschnitten und den Einlassenden der Röhren 234 abgedichtet, beispielsweise durch ein Abdichtelement und/oder eine Abdichtmasse, wobei vorzugsweise die Abdichtmasse auch als Stoffschlussmittel zur Befestigung des Verteileraufsatzes mit dem Rahmen 256 dienen kann.
Insbesondere ragen zumindest einige Röhren 234 mit ihren Auslassenden an einer Auslassseite zum Rahmen 256 heraus und es ist ein den Auslassanschluss 239 aufweisender Verteileraufsatz vorgesehen, in welchem die Auslasszusammenführungsleitungsabschnitte ausgebildet sind.
Insbesondere wird der den Auslassanschluss 239 aufweisende Verteileraufsatz auf die Auslassseite des Rahmens 256 aufgesetzt und die Auslasszusammenführungsleitungsabschnitte mit den Auslassenden der Röhren 234 verbunden und vorzugsweise in analoger Weise wie auf der Einlassseite abgedichtet und vorzugsweise der den Auslassanschluss 239 aufweisende Verteileraufsatz in analoger Weise wie der den Einlassanschluss 238 aufweisende Verteileraufsatz an dem Rahmen 256 befestigt.
Bei Variationen des Ausführungsbeispiels sind die Einlassverteilerleitungsabschnitte und/oder die Auslasszusammenführungsleitungsabschnitte in dem Rahmen 256 ausgebildet und auf einer Einlassseite des Rahmens 256 ist der Einlassanschluss 238, welcher fluiddicht mit den Einlassenden der Röhren 234 in dem Rahmen 256 direkt verbunden ist, und/oder auf einer Auslassseite des Rahmens 256 der Auslassanschluss 239, welcher fluiddicht direkt mit den Auslassenden der Röhren 234 in dem Rahmen 256 verbunden ist, ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Fasern 244 mit ihren Enden auch in dem Rahmen 256 eingebettet.
Beispielsweise ist der Rahmen 256 aus einem Kunststoff und insbesondere sind die Röhren 234 und Fasern 244 mit dem Kunststoff umspritzt.
Bei Varianten ist der Rahmen 256 aus einem metallischen Werkstoff.
Beispielsweise sind die Röhren 234 an dem Rahmen 256 angeschweißt oder angelötet.
Außerdem sind im Bereich des Rahmens die freien Bereiche zwischen den Fasern 244 und Röhren 234 durch ein Dichtmaterial, vorzugsweise durch den Werkstoff des Rahmens, verschlossen, so dass im Bereich des Rahmens 256 die Funktionslage 222 sowohl in der Durchströmungsrichtung als auch quer zu dieser fluiddicht ist.
Die Funktionslage 222 ist insbesondere an einem Rand derselben, welcher beispielsweise durch den Rahmen 256 gebildet wird, an dem Leitungsabschnitt 212 befestigt.
Der Leitungsabschnitt 212 umfasst in eine Fluidführungsrichtung 262 sich erstreckende Wände 264 welche einen Innenraum 266 des Leitungsabschnitts 212 quer zur Fluidführungsrichtung 262 begrenzen, wie beispielhaft in 2 und 3 dargestellt ist.
Beispielsweise umfasst der Leitungsabschnitt 212 zwei querverlaufende Wände 264', welche in einer Vertikalrichtung beabstandet zueinander sind, sowie zwei in der Vertikalrichtung verlaufende und die querverlaufenden Wände 264' verbindenden Wände 264", welche in der Querrichtung zueinander beabstandet sind, und wobei der Innenraum 266 in der Querrichtung zwischen den beiden vertikal verlaufenden Wänden 264" und in der Vertikalrichtung zwischen den beiden quer verlaufenden Wänden 264' sich erstreckt.
Insbesondere verläuft der Innenraum 266 in der Fluidführungsrichtung 262.
Die Strömungsrichtung 224 verläuft bei einem ordnungsgemäßen Betrieb zumindest näherungsweise in die gleiche Richtung wie die Fluidführungsrichtung 262.
Die Funktionslage 222 ist fluiddicht an ihrem Rand an den Wänden 264 angeordnet, so dass die Funktionslage 222 den Innenraum 266 bezogen auf die Fluidführungsrichtung 262 in einen stromaufwärts gelegenen Abschnitt 272 und einen stromabwärts gelegenen Abschnitt 274 unterteilt.
Insbesondere strömt ein in die Fluidführungsrichtung 262 strömendes Fluidgemisch durch den stromaufwärts gelegenen Abschnitt 272 zu der Funktionslage 222 und muss bei dieser durch die Durchströmungsöffnungen 246 in dem Durchströmungsflächenabschnitt 226 hindurchströmen, um in den stromabwärts gelegenen Abschnitt 274 zu gelangen.
Beispielsweise ist die Funktionslage 222 insbesondere mit ihrem Rahmen 256, an die Wände 264 des Leitungsabschnitts 212 angeschweißt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Leitungsabschnitt 212 durch zwei Leitungsbauteile 282, 284 ausgebildet ist, wobei eine der zwei Leitungsbauteile, hier das Leitungsbauteil 282, den stromaufwärts gelegenen Abschnitt 272 und das andere Leitungsbauteil, hier das Leitungsbauteil 284, den stromabwärts gelegenen Abschnitt 274 ausbildet.
Insbesondere sind die Leitungsbauteile 282, 284 als Schalenbauteile ausgebildet.
Die Leitungsbauteile 282, 284 bilden in ihrem entsprechenden Abschnitt 272, 274 die Wände 264 des Leitungsabschnitts 212 aus.
Das Leitungsbauteil 282 weist eine Stirnseite 286 auf, die dem anderen Leitungsbauteil 284 zugewandt ist und dieses andere Leitungsbauteil 284 weist eine Stirnseite 288 auf, die dem Leitungsbauteil 282 zugewandt ist, so dass die Stirnseiten 286, 288 jeweils einander zugewandt sind.
Insbesondere weisen die Stirnseiten 286, 288 Stirnflächen 287, 289 der entsprechenden die Wände 264 ausbildenden Wandabschnitte des entsprechenden Leitungsbauteils 282, 284 auf, wobei die Stirnflächen 287, 289 eine Wandinnenseite 292 mit einer Wandaußenseite 294 verbinden.
Das Kombinationsbauteil 220 ist insbesondere mit seinem Rahmen 256 zwischen den beiden Stirnseiten 286, 288 angeordnet und mit diesen fluidabdichtend verbunden.
So ist der Innenraum 266 des Leitungsabschnitts 212 auch in dem Übergang von dem einen Leitungsbauteil 285 zu dem anderen Leitungsbauteil 284 mit der dazwischen angeordneten Funktionslage 282 fluiddicht nach außen verschlossen.
Insbesondere weist der Rahmen 256 auf Seiten, die bezogen auf die Fluidführungsrichtung 262 einander gegenüberliegend sind, jeweils eine Fügefläche 296, 298 auf.
Die Fügeflächen 296, 298 verlaufen umfangseitig geschlossen um den Durchströmungsflächenabschnitt 226 herum.
Der Rahmen 256 liegt mit einer der Fügeflächen, hier der Fügefläche 296, an der Stirnfläche 287 des stromaufwärtigen Leitungsbauteils 282 an und mit der anderen, gegenüberliegenden Fügefläche, hier der Fügefläche 298, an der Stirnfläche 289 des stromabwärtigen Leitungsbauteils 284 an.
Die Fügeflächen 296, 298 liegen an der jeweiligen Stirnfläche 287, 289 fluidabdichtend an.
Besonders günstig ist es, wenn in dem montierten Zustand der Rahmen 256 an die Stirnseiten 286, 288 angepresst ist, insbesondere zwischen den beiden Leitungsbauteilen 286, 284 verklemmt ist.
Beispielsweise ist der Rahmen 256 an die Stirnseiten 286, 288 angeschweißt.
Bei Variationen des Ausführungsbeispiels ist alternativ oder ergänzend ein zusätzliches Abdichtungsmaterial zwischen dem Rahmen 256 und den Leitungsbauteilen 282, 284, insbesondere deren Stirnseiten 286, 288 vorgesehen.
Vorzugsweise ist das Kombinationsbauteil 220 als vormontierte Baugruppeneinheit, welche insbesondere den zumindest einen Durchströmungsflächenabschnitt und/oder die zumindest eine Funktionslage 222, die Röhren 234 und das Modifikationsmaterial 242 und vorteilhafterweise den Einlassanschluss 238 und den Auslassanschluss 239 und insbesondere einen beispielsweise die Fügeflächen 296, 298 umfassenden Fügeabschnitt umfasst, ausgebildet.
Vorteilhafterweise lässt sich so das Kombinationsbauteil 220 in einer Vormontage fertig herstellen und bei der Herstellung der Brennstoffzellenvorrichtung ist das als vormontierte Baugruppeneinheit ausgebildete Kombinationsbauteil 220 lediglich in den Leitungsabschnitt 212 einzusetzen, mit diesem zu befestigen und abzudichten sowie das Röhrensystem der Röhren 234 lediglich über den Einlassanschluss 238 und den Auslassanschluss 239 an den Temperierungskreislauf anzuschließen.
Bei vorteilhaften Varianten des Ausführungsbeispiels ist der Leitungsabschnitt 212, in welchem das insbesondere als Baugruppeneinheit ausgebildete Kombinationsbauteil 220 montiert wird, durch ein Leitungsbauteil ausgebildet, welches beispielsweise ein Schalenbauteil ist, wobei das Leitungsbauteil mit einer Öffnung versehen wird oder versehen ist, durch welches das Kombinationsbauteil in den Innenraum 266 des Leitungsabschnitts 212 eingesetzt und insbesondere an dessen Wänden 264 befestigt wird.
Beispielsweise weist der Leitungsabschnitt 212 und das Kombinationsbauteil 220 Formschlusselemente auf, beispielsweise zumindest eine Nut und eine Feder, für ein formschlüssiges Halten und/oder Befestigen des Kombinationsbauteils 220 in dem Leitungsabschnitt 212.
Alternativ oder ergänzend wird das Kombinationsbauteil 220 an einem Fügeabschnitt, der insbesondere umfangsseitig in sich geschlossen um den Durchströmungsflächenabschnitt 226 und/oder die Funktionslage 222 herum verläuft und beispielsweise von dem Rahmen 256 und/oder den Verteileraufsetzern ausgebildet wird, mit beispielsweise den Wänden 264 des Leitungsabschnitts 212 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch Schweißen und/oder Löten und/oder Kleben.
Insbesondere wird das Kombinationsbauteil 220 gegenüber den Wänden 264 des Leitungsabschnitts 212 abgedichtet, wobei die Abdichtung beispielsweise über den Stoffschluss erfolgt und/oder durch ein zusätzliches aufgebrachtes Dichtmaterial.
Vorzugsweise ist im Übrigen der Leitungsabschnitt 212 und die Anordnung des Kombinationsbauteils 220 soweit anwendbar wie voranstehend und nachstehend erläutert vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Funktionslage 222 schräg zur Fluidführungsrichtung 262 in dem Leitungsabschnitt 212 angeordnet.
Somit ist die Fläche des Durchströmungsflächenabschnitts 226 größer als eine Querschnittsfläche des Innenraums 266 senkrecht zur Fluidführungsrichtung 262. Beispielsweise ist die Fläche des Durchströmungsflächenabschnitts 226 um mindestens 15% größer als die Querschnittsfläche und/oder höchstens doppelt so groß wie die Querschnittsfläche des Innenraums 266.
Insbesondere verläuft die Anordnungsrichtung 237, in welcher die Röhren 234 der Funktionslage 222 hintereinander angeordnet sind, schräg zur Fluidführungsrichtung 262, beispielsweise verläuft die Anordnungsrichtung unter einem Winkel von 5° oder größer und/oder 80° oder kleiner zur Fluidführungsrichtung 262.
Insbesondere verlaufen die Fasern 244 zumindest im Mittel, das heißt insbesondere über die für das an unterschiedlichen Seiten der Röhren 234 Vorbeilaufen notwendigen Verlaufsrichtungsänderungen gemittelt, schräg zur Fluidführungsrichtung 262 insbesondere von einer der Wände 264 zu einer gegenüberliegenden Wand, wobei deren Verlaufsrichtung beispielsweise einen Winkel von 5° oder größer und/oder von 80° und/oder kleiner mit der Fluidführungsrichtung 262 einschließt.
Insbesondere ist ferner ein Sammelbecken 312 in dem Leitungsabschnitt in der Nähe zu dem Kombinationsbauteil 220 vorgesehen.
Das Sammelbecken 312 ist bezogen auf eine Schwerkraftrichtung 314 unten bei dem Kombinationsbauteil 220 angeordnet.
Vorzugsweise ist das Sammelbecken 312 in dem stromaufwärtigen Abschnitt 272 angeordnet.
Das Sammelbecken 312 umfasst einen Sammelraum insbesondere für an dem Kombinationsbauteil 220 abgeschiedenes Fluid, insbesondere für eine abgeschiedene Flüssigkeit, beispielsweise Wasser.
Vorzugsweise öffnet sich der Sammelraum bezogen auf die Schwerkraftrichtung 314 nach oben in den Innenraum 266 des Leitungsabschnitts 212.
Vorzugsweise erstreckt sich die schräge Funktionslage 222 bezogen auf die Schwerkraftrichtung 314 oberhalb der Öffnung des Sammelbeckens 312, wobei insbesondere eine Projektion der Funktionslage 222 in der Schwerkraftrichtung 314 nach unten zumindest größtenteils die Öffnung des Sammelbeckens 312 abdeckt.
Vorzugsweise umfasst das Sammelbecken 312 ein Trennelement 315, welches beispielsweise manchmal auch Baffle genannt wird, wobei das Trennelement 315 den Sammelraum des Sammelbeckens 312 von dem von dem Fluidgemisch durchströmten Innenraum 266 trennt. Insbesondere weist das Trennelement 315 Öffnungen 317 auf, die den Innenraum 266 mit dem Sammelraum verbinden.
Beispielsweise ist das Trennelement ein Lochblech.
Vorteilhafterweise vermindert das Trennelement 315 zumindest das Risiko oder verhindert, dass das durch den Innenraum 266 strömende Fluid wieder in dem Sammelraum angesammelte Flüssigkeit, insbesondere Wasser, aufnimmt.
Vorzugsweise reduziert das Trennelement 315 zumindest das Risiko oder verhindert, dass beispielsweise durch Erschütterungen Flüssigkeit, insbesondere Wasser, aus dem Sammelraum in den Innenraum 266 schwappt.
Durch die Öffnungen 317 gelangt von dem Kombinationsbauteil abgeschiedenes Fluid, insbesondere eine abgeschiedene Flüssigkeit, in den Sammelraum des Sammelbeckens 312.
Vorzugsweise umfasst das Sammelbecken 312 einen Abfluss 318, durch welchen von dem Sammelbecken aufgenommenes Fluid, beispielsweise Wasser abgeführt werden kann.
Beispielsweise wird das von dem Sammelbecken 312 aufgenommene Wasser einem Befeuchter zugeführt, welcher das der Brennstoffzelleneinheit zugeführte Kathodenfluidgemisch und/oder Anodenfluidgemisch befeuchtet.
Insbesondere ist ein Aufbau und eine Funktionsweise der Brennstoffzellenvorrichtung 100 kurz zusammengefasst wie folgt.
In der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 wird ein Brennstoffmedium und ein Oxidationsmedium chemisch umgesetzt, wobei zumindest ein Produktmedium entsteht und von der Brennstoffzelleneinheit elektrische Energie bereitgestellt wird.
Für die Zufuhr von dem Oxidationsmedium umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 100 das Leitungssystem 116 mit welchem ein das Oxidationsmedium umfassendes Kathodenfluidgemisch der Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführt wird und nicht verbrauchtes, also in der Brennstoffzelleneinheit 110 chemisch nicht umgesetztes, Oxidationsmedium und weitere Bestandteile des Kathodenrestfluidgemisches wieder von der Brennstoffzelleneinheit 110 hinweggeführt wird.
Außerdem umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 100 das Leitungssystem 114 für das Brennstoffmedium, mittels welchem ein das Brennstoffmedium umfassendes Anodenfluidgemisch der Brennstoffzelleneinheit 100 zugeführt wird und nicht verbrauchtes, also in der Brennstoffzelleneinheit 110 chemisch nicht umgesetztes, Brennstoffmedium und weitere Bestandteile des Anodenrestfluidgemisches von der Brennstoffzelleinheit wieder hinweggeführt wird.
Vorzugsweise ist auch eine Verbindungsleitung 182 vorgesehen, mittels welcher von dem abgeführten Anodenrestfluidgemisch nicht verbrauchtes Brennstoffmedium wieder dem der Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführten Anodenfluidgemisch zugeführt wird.
In der die Leitungssysteme 114, 116, 124 umfassenden Leitungseinrichtung 112, insbesondere in der Zuführungsleitung 172, mittels welcher das das Brennstoffmedium umfassende Anodenfluidgemisch der Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführt wird, ist das Kombinationsbauteil 220 angeordnet.
Dabei bildet das Kombinationsbauteil 220 einen Wärmetauscher und einen das durch den Leitungsabschnitt 212, in welchem das Kombinationsbauteil 220 angeordnet ist, durchströmendes Fluidgemisch insbesondere chemisch und/oder physikalisch modifizierenden Fluidmodifikator aus.
Vorzugsweise ist das Kombinationsbauteil 220 bezüglich der Modifikation des Fluidgemischs als Abscheider ausgebildet, wobei insbesondere flüssiges Wasser in dem Fluidgemisch durch den Fluidmodifikator abgeschieden wird.
Alternativ oder ergänzend ist der Fluidmodifikator ausgebildet um Wassertröpfchen in dem durchströmenden Fluidgemisch, welche insbesondere eine maximal tolerierte Größe überschreiten, abzufangen und insbesondere abzuscheiden und/oder fein zu dispergieren und/oder zumindest teilweise in die gasförmige Phase zu überführen, so dass das durch das Kombinationsbauteil 220 hindurchgeströmte Fluidgemisch noch eine ausreichende relative Feuchte aufweist.
Insbesondere wird hierdurch ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Brennstoffzelleneinheit 110 ermöglicht und deren Effizienz erhöht.
Vorzugsweise verringert der Fluidmodifikator die Menge der Wassertröpfchen, die in dem durch das Kombinationsbauteil 220 hindurchströmenden Fluidgemisch enthalten sind und entfernt, insbesondere durch Abscheiden und/oder Dispergieren und/oder Überführen in eine gasförmige Phase, Wassertröpfchen, die größer sind als eine tolerierbare Größe.
Beispielsweise wird durch ein Durchmischen des durch das Kombinationsbauteil 220 hindurchströmenden Fluidgemisches und/oder dem Dispergieren und/oder Überführen in eine gasförmige Phase von Wassertröpfchen ein Austrocknen eines Stacks in der Brennstoffzelleneinheit vermieden oder zumindest das Risiko des Austrocknens vermindert.
Durch die Funktionsweise des Kombinationsbauteils 220 als Wärmetauscher wird ferner ermöglicht, dass das durch dieses hindurchströmende Fluidgemisch vor der Zufuhr zur Brennstoffzelleneinheit zumindest in die Nähe einer gewünschten Temperatur, beispielsweise in einen Zieltemperaturbereich, gebracht wird und so vorzugsweise die Effizienz der Brennstoffzelleneinheit erhöht wird.
Vorzugsweise wird durch ein Erwärmen des Fluidgemisches mit dem Wärmetauscher ein zumindest teilweises Überführen eines Bestandteils, insbesondere von Wasser, in dem Fluidgemisch von einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase zumindest unterstützt.
Insbesondere wird in dem zwischen der Fluidfördereinheit 168 und der Brennstoffzelleneinheit 110 angeordneten Kombinationsbauteil 220 das Anodenfluidgemisch erwärmt.
Insbesondere weist das Kombinationsbauteil 220 die Funktionslage 222 auf, in welcher die Röhren 234 angeordnet sind, durch welche ein Wärmeträgermedium fließt für den Wärmeaustausch, und in welcher das Modifikationsmaterial 242 vorzugsweise als Fasern 244 zur Modifikation des Fluidgemisches angeordnet ist.
Die Röhren 234 und das Modifikationsmaterial 242 bilden Durchströmungsöffnungen 246 aus, welche insbesondere eine Größe im Millimeterbereich aufweisen, wobei das durch den Leitungsabschnitt 212 strömende Fluidgemisch von dem stromaufwärts gelegenen Abschnitt 272 durch die Durchströmungsöffnungen 246 in den Durchströmungsflächenabschnitt 226 der Funktionslage 222 hindurch strömen muss, um zu dem stromabwärts gelegenen Abschnitt 274 des Leitungsabschnitts 212 zu gelangen.
Bei dem Durchströmen des Fluidgemisches durch den Durchströmungsflächenabschnitt 226 Durchströmungsflächenabschnitt 226 kommt das hindurchströmende Fluidgemisch in Kontakt mit den Röhren 234 und dem Modifikationsmaterial 242 und insbesondere findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluidgemisch und dem Wärmeträgermedium statt und das Fluidgemisch wird zumindest durch den Kontakt mit dem Modifikationsmaterial 242 insbesondere physikalisch und/oder chemisch modifiziert.
Insbesondere ist das Modifikationsmaterial 242 zumindest teilweise zwischen den Röhren 234 angeordnet, so dass das Fluidgemisch, welches zwischen den Röhren 234 hindurchströmen muss, in effektiver Weise modifiziert werden kann.
Insbesondere strömt das Fluidgemisch das Modifikationsmaterial 242 an und wird beispielsweise in eine andere Strömungsrichtung zumindest lokal in dem Durchströmungsflächenabschnitt 226 umgelenkt.
Vorzugsweise wird durch die Wechselwirkung des Modifikationsmaterials 242 mit dem Fluidgemisch zumindest ein Bestandteil des Fluidgemisches, insbesondere Wasser, aus dem Fluidgemisch zumindest teilweise abgeschieden, und/oder zu großen Tropfen eines Liquids in dem Fluidgemisch, insbesondere Wassertropfen, von dem Modifikationsmaterial 242 abgefangen und beispielsweise werden die Liquidtropfen aus dem Fluidgemisch abgeschieden und/oder fein dispergiert und/oder in eine gasförmige Phase überführt. Vorzugsweise erfolgt durch die Wechselwirkung des Modifikationsmaterials 242 mit dem Fluidgemisch auch eine gute Durchmischung des Fluidgemisches.
Insbesondere trägt die Wechselwirkung des Modifikationsmaterials mit dem Fluidgemisch zu einer guten Wärmeübertragung bei.
Ferner ist es günstig wenn das Modifikationsmaterial 242 auch an den Röhren 234 zumindest teilweise anliegt und somit bei einem gut wärmeleitfähigen Modifikationsmaterial 242 der Wärmeaustausch erhöht wird, da eine Oberfläche, über welche ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluidgemisch und dem durch die Röhren fließenden Wärmeträgermedium erfolgen kann, signifikant erhöht wird.
Insbesondere sind die aus dem Modifikationsmaterial 242 ausgebildeten Fasern 244 mit den Röhren 234 verwebt.
Insbesondere werden hierdurch eine große Oberfläche der Funktionslage 222 und feine Durchströmungsöffnungen 246 bereitgestellt für einen guten Wärmeaustausch und vorzugsweise eine gute Durchmischung des Fluidgemisches, welches durch die Funktionslage 222 hindurchströmt, erreicht.
Vorzugsweise ist die Funktionslage 222 des Kombinationsbauteils 220 schräg zur Fluidführungsrichtung 262 in dem Leitungsabschnitt 212 angeordnet.
Insbesondere ist hierdurch die Funktionsfläche des Durchströmungsflächenabschnitts 226, so dass ein Wärmeaustausch erhöht wird und die Modifikation des Fluidgemisches, insbesondere das Abscheiden zumindest eines Bestandteils und/oder das Durchmischen des Fluidgemischs, verbessert wird.
Außerdem kann durch die Schrägstellung erreicht werden, dass ein Druckabfall an der Funktionslage 222 in gezielter Weise beeinflusst, insbesondere reduziert, werden kann.
Insbesondere werden die Röhren 234 und das vorzugsweise als Fasern 244 ausgebildete Modifikationsmaterial 242 umfangseitig des Durchströmungsflächenabschnitts 226 durch einen Rahmen 256 gehalten, in welchen diese insbesondere eingebettet sind und wobei der Rahmen 256 beispielsweise an diese angespritzt ist.
Die Funktionslage 222 mit den Röhren 234 und dem Modifikationsmaterial 242 ist insbesondere fluiddicht an Wänden 264 des Leitungsabschnitts 212 befestigt, insbesondere ist der Rahmen 256 an den Wänden 264 befestigt.
Vorzugsweise weist der Leitungsabschnitt 212 zumindest zwei Leitungsbauteile 282, 284 auf, welche jeweilige Stirnseiten 286, 288 aufweisen und die Stirnseiten 286, 288 einander zugewandt sind.
Zwischen den Stirnseiten 286, 288 ist ein Teil der Funktionslage 222, insbesondere der Rahmen 256, fluiddicht angeordnet, insbesondere zwischen den Leitungsbauteilen 284 verklemmt.
Bei bevorzugten Varianten ist der Leitungsabschnitt 212 aus einem Leitungsbauteil ausgebildet, in welchem das Kombinationsbauteil 220 fluiddicht angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist das Kombinationsbauteil als vormontierte Baugruppeneinheit ausgebildet.
Vorzugsweise ist noch ein Sammelbecken 312, insbesondere für eine von dem Kombinationsbauteil 220 aus dem Fluidgemisch abgeschiedene Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in dem Leitungsabschnitt 212 bei dem Kombinationsbauteil 220 angeordnet.
Bei anderen Ausführungsbeispielen sind diejenigen Elemente und Merkmale, welche zumindest im Wesentlichen gleich ausgebildet sind und/oder die zumindest im Wesentlichen gleiche grundlegende Funktionen erfüllen wie bei dem ersten oder einem weiteren Ausführungsbeispiel, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei insbesondere wenn auf die Ausgestaltung bei einem Ausführungsbeispiel besonders hingewiesen werden soll diesen Bezugszeichen ein dieses Ausführungsbeispiel benennender Buchstabe als Suffix angefügt ist. Sofern nachfolgend nichts Abweichendes oder Ergänzendes erläutert wird, wird bezüglich der Beschreibung solcher Elemente und/oder Merkmale vollinhaltlich auf die Ausführungen im Zusammenhang mit den voranstehend und der anderen nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiele verwiesen.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches beispielhaft ausschnittsweise in Variationen in 7 und 8 dargestellt ist, umfasst eine Brennstoffzellenvorrichtung 100 eine Brennstoffzelleneinheit 110 und eine Leitungseinrichtung 112 mit einem Leitungssystem 114 für ein Brennstoffmedium und einem Leitungssystem 116 für ein Oxidationsmedium und beispielsweise auch eine Temperierungseinrichtung 122, welche vorzugsweise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.
In einem Leitungsabschnitt 212 der Leitungseinrichtung 112 ist ein Kombinationsbauteil 220a angeordnet, welches mehrere, beispielsweise zwei Funktionslagen 222Ia, 222IIa umfasst.
Die Funktionslagen 2221a, 222IIa umfassen insbesondere jeweils Röhren 234a eines Röhrensystems und ein Modifikationsmaterial 242a, welches zumindest teilweise zwischen den Röhren 234a und insbesondere auch teilweise anliegend an den Röhren 234a angeordnet ist.
Vorzugsweise wird das Modifikationsmaterial 242a in Form von Fasern 244 bereitgestellt.
Insbesondere weisen die Funktionslagen 2221a, 222IIa entweder jeweils einen Rahmen 256 oder einen gemeinsamen Rahmen 256 auf, welcher entsprechende Durchströmungsflächenabschnitte 2261a, 226IIa der Funktionslagen 2221a, 222IIa umfangseitig umgibt und insbesondere die Röhren 234a und das Modifikationsmaterial 242a hält.
Beispielsweise ist der Leitungsabschnitt 212a aus zumindest zwei Leitungsbauteilen 282, 284 ausgebildet, welche jeweils zumindest eine Stirnseite 286, 288 aufweisen, welche einander zugewandt sind.
Vorzugsweise ist der eine Rahmen 256 oder sind die Rahmen 256 zwischen den Stirnseiten 286, 288 angeordnet und mit diesen fluiddicht verbunden.
Beispielsweise ist das Kombinationsbauteil 220a insbesondere im Bereich des einen Rahmens 256 oder im Bereich der mehreren Rahmen 256 zwischen den zumindest zwei Leitungsbauteilen 282, 284 verklemmt.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausbildungen insbesondere der Leitungseinrichtung 112 mit den Leitungssystemen 114, 116, des Leitungsabschnitts 212 und des Kombinationsbauteils 220a mit den mehreren Funktionslagen 222a und insbesondere der Ausbildung der einzelnen Funktionslagen 222Ia, 222IIa wird um Wiederholungen zu vermeiden auf die Ausführung in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Vorzugsweise sind die mehreren Funktionslagen 2221a, 222IIa zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnet, wobei dabei insbesondere deren jeweilige geometrische Funktionslagenebene 252Ia, 252 II a zumindest näherungsweise parallel zueinander verlaufen.
Insbesondere verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel die Röhrenerstreckungsrichtungen 236 der Röhren 234a in den mehreren Funktionslagen, hier in den Funktionslagen 2221a, 222IIa, zumindest näherungsweise parallel zueinander.
Vorzugsweise sind die Röhren 234a einer Funktionslage 222Ia, insbesondere in einer zu deren Röhrenerstreckungsrichtung 236 zumindest näherungsweise senkrecht verlaufenden Richtung, versetzt zu den Röhren 234 einer weiteren Funktionslage 222IIa angeordnet.
Insbesondere sind die Röhren 234 in zueinander benachbarten Funktionslagen 222Ia, 222IIa derart versetzt zueinander angeordnet, dass das zwischen zwei in einer Funktionslage 222Ia benachbarten Röhren 234 hindurchströmende Fluid in der darauffolgenden Funktionslage 222IIa auf eine Röhre 234 dieser Funktionslage 222IIa trifft.
Beispielsweise ist jeweils einem Zwischenraum 254 zwischen zwei benachbarten Röhren 234a der einen Funktionslage 222Ia in einer zur Funktionslagenebene 252Ia der Funktionslage 222Ia zumindest näherungsweise senkrecht verlaufenden Richtung gegenüberliegend eine Röhre 234 der direkt dahinter angeordneten Funktionslage 222IIa angeordnet.
Ferner ist insbesondere entsprechend hinter einer Röhre 234 der einen Funktionslage, hier der Funktionslage 2221a, ein Zwischenraum zwischen zwei Röhren 234a der dahinter angeordneten Funktionslage, hier der Funktionslage 222IIa, angeordnet.
Beispielsweise ist im Übrigen die Ausbildung der Brennstoffzellenvorrichtung 100a wie bei dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Insbesondere ist somit eine Funktionsweise und sind zum Beispiel Vorteile dieses Ausführungsbeispiels kurz zusammengefasst wie folgt.
Durch die mehreren Funktionslagen 222Ia, 222IIa ist eine Gesamtwirkungsfläche des Kombinationsbauteils 222a, die sich aus den Flächen der Durchströmungsflächenabschnitt 226Ia, 226IIa der mehreren Funktionslagen 222Ia, 222IIa zusammensetzt, erhöht und somit wird vorteilhafterweise ein Wärmeübertrag erhöht und/oder die Modifikation des Fluidgemisches, insbesondere eine Durchmischung desselben und/oder ein Abscheiden zumindest eines Bestandteils, erhöht.
Vorteilhaft ist ferner, dass das durchströmende Fluidgemisch nach Durchströmen eines Zwischenraums 254 zwischen zwei Röhren 234a in einer Funktionslage in welchem vorzugsweise bereits Modifikationsmaterial 242a, beispielsweise wärmeübertragend und/oder mischend und/oder abscheidend, auf das Fluidgemisch gewirkt hat, zumindest eine Röhre 234a einer weiteren Funktionslage anströmt und dabei die Strömungsrichtung des Fluidgemisches verändert wird.
Durch die Ablenkung des Fluidgemisches bei den mehreren Funktionslagen wird insbesondere die Wirkungsweise des Kombinationsbauteils 220 insbesondere hinsichtlich des Wärmeübertrags und/oder der Modifikation des Fluidgemisches, vorzugsweise der Durchmischung und/oder des Abscheidens, verbessert.
Insbesondere ist im Übrigen zumindest im Wesentlichen die Funktionsweise der Brennstoffzellenvorrichtung 100a gleich wie bei den voranstehend und/oder nachstehend erläuterten Ausführungsbeispielen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel ist beispielhaft in Variationen in 9 und 10 ausschnittsweise dargestellt.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Brennstoffzellenvorrichtung 100 zumindest eine Brennstoffzelleneinheit und eine Leitungseinrichtung mit einem Leitungssystem für ein Brennstoffmedium und ein Leitungssystem für ein Oxidationsmedium und beispielsweise eine Temperiereinrichtung, vorzugsweise mit zumindest einem oder mehreren Merkmalen wie bei einem der voranstehend erläuterten Ausführungsbeispiele.
In einem Leitungsabschnitt 212b der Leitungseinrichtung ist ein Kombinationsbauteil 220b mit mehreren Funktionslagen, hier mit zumindest zwei Funktionslagen 2221b, 222IIb, angeordnet.
Die Funktionslagen 2221b, 222IIb umfassen Röhren 234 eines Röhrensystems und ein Modifikationsmaterial 242, welches zumindest teilweise zwischen den Röhren 234 und vorzugsweise teilweise anliegend an die Röhren 234 angeordnet ist und insbesondere als Fasern 244 bereitgestellt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Röhrenerstreckungsrichtungen 236 der Röhren 234 in eine Funktionslage 222b zumindest näherungsweise senkrecht zu den Röhrenerstreckungsrichtungen 236 der Röhren 234 in einer anderen Funktionslage 222b verlaufen.
Beispielsweise verlaufen die Röhrenerstreckungsrichtungen 2361b der Röhren 234Ib der einen Funktionslage 222Ib zumindest näherungsweise senkrecht zu der Röhrenerstreckungsrichtungen 236IIb der Röhren 234IIb in der weiteren Funktionslage 222IIb.
Insbesondere verlaufen die Röhren 234 innerhalb einer Funktionslage 222b zumindest näherungsweise in eine gleiche Röhrenerstreckungsrichtung 236b und beispielsweise verläuft eine gemittelte Röhrenerstreckungsrichtung innerhalb einer Funktionslage zumindest näherungsweise senkrecht zur gemittelten Röhrenerstreckungsrichtung in einer anderen Funktionslage.
Bei einer zeichnerisch nicht dargestellten Variation des Ausführungsbeispiels verlaufen die Röhrenerstreckungsrichtungen 236b der Röhren 234 in einer Funktionslage 222b schräg zu den Röhrenerstreckungsrichtungen 236b der Röhren 234b in einer anderen Funktionslage 222b, wobei wiederum vorzugsweise die Röhren 234b innerhalb einer Funktionslage 222b zumindest näherungsweise in eine gleiche Röhrenerstreckungsrichtung 236b sich erstrecken und für den Vergleich der Röhrenerstreckungsrichtungen 236b zwischen zwei Funktionslagen 222b eine gemittelte Röhrenerstreckungsrichtung der jeweiligen Funktionslagen 222b herangezogen wird.
Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise erreicht, dass das durch das Kombinationsbauteil 220, insbesondere durch die Durchströmungsflächenabschnitte 226Ib, 226IIb der Funktionslagen 222Ib, 222IIb, hindurchströmende Fluidgemisch zuerst durch einen Zwischenraum 254 zwischen Röhren 234b einer Funktionslage 222b hindurchströmt und danach zumindest teilweise eine Röhre 234b einer darauffolgenden Funktionslage 222b anströmt und von dieser abgelenkt wird, und andere Teile des durchströmenden Fluidgemisches durch einen Zwischenraum 254 der Röhren 234b der darauffolgenden Funktionslage 222b hindurchströmt, wobei vorzugsweise in den Zwischenräumen 254 Modifikationsmaterial 242 angeordnet ist.
Vorzugsweise kann hierdurch wiederrum die Funktionsweise des Kombinationsbauteils 220, insbesondere hinsichtlich des Wärmeübertrags und/oder der Modifikation des Fluidgemisches, beispielsweise hinsichtlich einer Durchmischung desselben und/oder des Abscheidens zumindest eines Bestandteils, gezielt manipuliert werden und eingestellt werden.
Insbesondere sind die Fasern 244 und Röhren 234 einer jeweiligen Funktionslage 222b miteinander verwebt, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde.
Hierbei ist beispielsweise eine grobmaschige oder engmaschige Anordnung der Röhren 234 und/oder Fasern 244 vorgesehen.
Bei einigen Varianten sind die mehreren Funktionslagen 222Ib, 222IIb im Wesentlichen gleich ausgebildet und bei anderen Varianten, beispielsweise hinsichtlich der engmaschigen oder grobmaschigen Anordnung der Röhren 234 und/oder Fasern 244, unterschiedlich ausgebildet.
Im Übrigen ist ein Aufbau der Brennstoffzellenvorrichtung und eine Funktionsweise derselben zumindest hinsichtlich einiger Merkmale, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen wie bei einem der voranstehend und/oder nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiele.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung 100c, welches beispielhaft in 11 dargestellt ist, umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 110 und eine Leitungseinrichtung 112 mit einem Leitungssystem 114 für ein Brennstoffmedium und einem Leitungssystem 116 für ein Oxidationsmedium.
Beispielsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 100 außerdem eine Temperiereinrichtung 122.
Insbesondere umfasst das Leitungssystem 114 für das Brennstoffmedium eine Versorgungsleitung 162, mittels welcher das Brennstoffmedium, insbesondere ein das Brennstoffmedium umfassendes Fluidgemisch, zu der Anodenseite 164 der Brennstoffzelleneinheit 110 geführt wird sowie eine Abführleitung 176 mittels welcher nicht verbrauchtes, also insbesondere chemisch nicht umgesetztes, Brennstoffmedium und insbesondere weitere Bestandteile des zugeführten Fluidgemisches, wieder von der Anodenseite 164 der Brennstoffzelleneinheit 110 weggeführt wird.
Vorzugsweise ist ferner eine Verbindungsleitung 182 zwischen der Rückführungsleitung 176c und der Versorgungsleitung 162 vorgesehen, so dass abgeführtes nicht verbrauchtes Brennstoffmedium wieder der Anodenseite 164 durch die Versorgungsleitung 162 insbesondere durch Zuführen dem zugeführten Fluidgemisch, zugeführt werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kombinationsbauteil 220c in einem Leitungsabschnitt 212c der Abführleitung 176c des Leitungssystems 114 für das Brennstoffmedium angeordnet.
Das Kombinationsbauteil 220c weist eine oder mehrere Funktionslagen 222 auf, durch dessen Durchströmungsflächenabschnitt 226 oder durch deren Durchströmungsflächenabschnitte 226 das abgeführte nicht verbrauchte Brennstoffmedium, insbesondere das abgeführte und das nicht verbrauchte Brennstoffmedium umfassende Fluidgemisch, beim Durchströmen durch die Abführleitung 176 hindurchströmen muss.
Beispielsweise kann hierdurch mittels des Kombinationsbauteils 220c das abgeführte Fluidgemisch derart modifiziert werden, dass unerwünschte Bestandteile, beispielsweise flüssiges Produktwasser, aus dem Fluidgemisch zumindest teilweise abgeschieden wird und/oder fein dispergiert wird, und/oder zumindest ein Bestandteil, insbesondere Wasser, aus einer flüssigen Phase zumindest teilweise in eine gasförmige Phase überführt wird, um beispielsweise somit das Fluidgemisch für eine weitere Verwendung, beispielsweise eine Rückführung über die Verbindungsleitung 182 in die Versorgungsleitung 165 aufzubereiten.
Außerdem wird vorzugsweise durch das Kombinationsbauteil 220c das abgeführte nicht verbrauchte Brennstoffmedium, insbesondere das dieses unverbrauchte Brennstoffmedium umfassende Fluidgemisch, in einen gewünschten Temperaturbereich gebracht, insbesondere erwärmt, um beispielsweise eine Abkühlung beim Durchlaufen der Brennstoffzelleneinheit 110c auszugleichen und insbesondere für eine weitere Verwendung, beispielsweise eine Rückführung über die Verbindungsleitung 182 in die Versorgungsleitung 162c aufzubereiten.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Brennstoffzellenvorrichtung 100d, welches beispielhaft in 12 dargestellt ist, umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 110d und eine Leitungseinrichtung 112d mit einem Leitungssystem 114d für ein Brennstoffmedium und einem Leitungssystem 116d für ein Oxidationsmedium.
Beispielsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 100 auch noch eine Temperiereinrichtung 122.
Das Leitungssystem 116 für das Oxidationsmedium umfasst insbesondere eine Versorgungsleitung 142, welche Oxidationsmedium, insbesondere ein das Oxidationsmedium umfassendes Fluidgemisch, zu der Kathodenseite 174 der Brennstoffzelleneinheit 110 führt und eine Ablassleitung 156, durch welche nicht verbrauchtes, also insbesondere chemisch nicht umgesetztes, Oxidationsmedium und insbesondere weitere Bestandteile des zugeführten Fluidgemisches wieder von der Kathodenseite 174 weggeführt wird/werden.
Bei dieser Brennstoffzellenvorrichtung 100d ist vorgesehen, dass ein Kombinationsbauteil 220d in einem Leitungsabschnitt 212d der Versorgungsleitung 142 des Leitungssystems 116 für das Oxidationsmedium angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das Kombinationsbauteil 222d bezogen auf die Strömung des Kathodenfluidgemisches hinter einer Fluidfördereinheit 148 einer Versorgereinheit 146 in der Versorgungsleitung 142 angeordnet.
Das Kombinationsbauteil 220d umfasst eine Funktionslage oder mehrere Funktionslagen 222, insbesondere wie voranstehend bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen erläutert.
Insbesondere wird hierdurch erreicht, dass das der Kathodenseite 174 zugeführte Fluidgemisch in einen gewünschten und für die Brennstoffzelleneinheit 110d für den Betrieb geeigneten Temperaturbereich gebracht wird und/oder das Fluidgemisch modifiziert wird, insbesondere durchmischt wird und/oder unerwünschte Bestandteile zumindest teilweise abgeschieden werden und/oder zumindest ein Bestandteil zumindest teilweise aus einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase überführt wird.
Vorzugsweise ist das Kombinationsbauteil 220d hinsichtlich seiner Ausbildung als Wärmetauscher als Ladeluftkühler ausgebildet und kühlt das hindurchströmende Kathodenfluidgemisch.
Insbesondere wird hierdurch die Effizienz der Brennstoffzelleneinheit 110 erhöht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches beispielhaft in 13 dargestellt ist, umfasst eine Brennstoffzellenvorrichtung 100e eine Brennstoffzelleneinheit 110 und eine Leitungseinrichtung 112 mit einem Leitungssystem 114 für ein Brennstoffmedium und einem Leitungssystem 116 für ein Oxidationsmedium sowie einem Leitungssystem 124 für ein Temperiermedium einer Temperiereinrichtung 122.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Leitungssystem 124 der Temperiereinrichtung 122 ein Kombinationsbauteil 220e vorzugsweise in der Zuführleitung 126 angeordnet ist.
Insbesondere ist die Temperiereinrichtung 122 zur Kühlung der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 ausgebildet und mittels des Kombinationsbauteils 220e wird das Temperiermedium abgekühlt und vorzugsweise in das Gehäuse 118 eingeführt.
Insbesondere sind die Kombinationsbauteile 220c, 220d, 220e der drei voranstehend erläuterten Ausführungsbeispiele mit ihrer einen oder mehreren Funktionslagen und der jeweilige Leitungsabschnitt 212c, 212d, 212e, in welchem diese Kombinationsbauteile 220c, 220d angeordnet sind, wie bei einem der voranstehend und/oder nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ausgebildet und/oder weisen Kombinationen von Merkmalen dieser Ausführungsbeispiele auf, so dass, um Wiederholungen zu vermeiden, vollinhaltlich auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.
Ferner ist vorteilhafterweise eine Ausbildung der Brennstoffzellenvorrichtungen 110c, 110d, 110e, insbesondere hinsichtlich der Leitungseinrichtung 112 mit den Leitungssystemen 114, 116, 124 und beispielsweise der Temperiereinrichtung 122 wie bei einem der voranstehend oder nachstehend erläuterten Ausführungsbeispielen ausgebildet und/oder diese weisen Kombinationen von Merkmalen der voranstehend und nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiele auf, so dass vollinhaltlich auf die voranstehenden und nachstehenden Ausführungen verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Kombinationsbauteil 220f, welches ausschnittsweise beispielhaft in 14 dargestellt ist, in einer Brennstoffzellenvorrichtung 100 mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit 110 und einer Leitungseinrichtung 112 vorgesehen, wobei die Leitungseinrichtung 112 ein Leitungssystem 114 für ein Brennstoffmedium, ein Leitungssystem 116 für ein Oxidationsmedium und insbesondere ein Leitungssystem 124 für ein Temperiermedium einer Temperiereinrichtung 122 aufweist.
Insbesondere ist die Brennstoffzellenvorrichtung 100 mit der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 und der die Leitungssysteme umfassenden Leitungseinrichtung 112 wie bei einem der voranstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ausgebildet und/oder weist eine Kombination der im Zusammenhang mit den voranstehend erläuterten Ausführungsbeispielen erläuterten Merkmale auf, sodass um Wiederholungen zu vermeiden vollinhaltlich auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Das Kombinationsbauteil 220f ist in einem Leitungsabschnitts 212 der Leitungseinrichtung 112 angeordnet, insbesondere in einem Leitungsabschnitt 212 einer der Leitungssysteme 114, 116, 124 wie im Zusammenhang mit den voranstehend erläuterten Ausführungsbeispielen erläutert wurde, sodass auf die voranstehenden Ausführungen vollinhaltlich verwiesen wird.
Das Kombinationsbauteil 220f umfasst zumindest eine Funktionslage 222f, welche Röhren 234 und ein Modifikationsmaterial 242, welches insbesondere in Zwischenräumen 254 zwischen den Röhren 234 und insbesondere auch zumindest teilweise anliegend an den Röhren 234 in der Funktionslage 222f angeordnet ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Schicht 243f aus dem Modifikationsmaterial 242 als ein insbesondere metallisches Geflecht ausgebildet.
Das Geflecht durchzieht zumindest in dem Durchströmungsflächenabschnitt 226f die Funktionslage 222 und verläuft abwechselnd auf gegenüber liegenden Seiten einer Funktionslagenebene 252f an den Röhren 234 vorbei und durchzieht somit auch die Zwischenräume 254 zwischen den Röhren 234, in welchen das Geflecht sich schräg zur geometrischen Funktionslagenebene 252 von der einen Seite zur anderen Seite erstreckt.
Bei Variationen ist vorgesehen, dass das Geflecht bei mehreren benachbarten Röhren auf einer Seite an diesen vorbei verläuft und dann in einem Zwischenraum 254 zur gegenüberliegenden Seite verläuft und an dieser an mehreren Röhren 234 vorbei verläuft.
Insbesondere ist das Geflecht aus Fasern, vorzugsweise Drähten ausgebildet, wobei zumindest eine erste Gruppe von Fasern quer, beispielsweise zumindest näherungsweise senkrecht zu Fasern einer zweiten Gruppe verlaufen und sich somit die Fasern unterschiedlicher Gruppen kreuzen.
Bei Varianten des Ausführungsbeispiels ist die Schicht 243f aus dem Modifikationsmaterial 242 beispielsweise eine perforierte Folie, welche entsprechend zumindest den Durchströmungsflächenabschnitt 226f durchzieht und an unterschiedlichen Seiten der Röhren 234 an diesen vorbei und durch die Zwischenräume 254 zwischen den Röhren 234 verläuft.
Vorzugsweise ist im Übrigen das Kombinationsbauteil 220f zumindest im Wesentlichen wie bei einem der voranstehend erläuterten Ausführungsbeispiele ausgebildet oder weist eine Kombination von Merkmalen der voranstehend erläuterten Ausführungsbeispielen auf, sodass auf die voran stehenden Ausführungen, insbesondere hinsichtlich der Ausbildung mit einer Funktionslagenebene oder mehreren Funktionslagenebenen und einem Rahmen des Kombinationsbauteils 220f, sowie dessen Einbau in einen Leitungsabschnitt der Leitungseinrichtung 112, beispielsweise in eines der Leitungssysteme für das Brennstoffmedium und/oder Oxidationsmedium und/oder Temperiermedium, und insbesondere eine fluiddichte Befestigung in dem Leitungsabschnitt, beispielsweise zwischen Stirnflächen zweier Leitungsbauteile, und weiterer vorteilhafter Ausbildungen verwiesen wird.
Bei weiteren zeichnerisch nicht separat dargestellten Ausführungsbeispielen weist eine Brennstoffzellenvorrichtung 100 mehrere Kombinationsbauteile 220 in deren Leitungseinrichtung 112 auf, insbesondere in der Versorgungsleitung und/oder der Abführleitung des Leitungssystems für das Brennstoffmedium und/oder in einer Leitung oder mehreren Leitungen, insbesondere in der Versorgungsleitung, des Leitungssystems für das Oxidationsmedium und/oder in dem Leitungssystem der Temperiereinrichtung, insbesondere in dessen Zuführleitung.
Bei diesen Ausführungsbeispielen ist insbesondere im Übrigen die Ausbildung der Leitungseinrichtung mit den Leitungssystemen sowie die Ausbildung der Kombinationsbauteile mit einer oder mehreren Funktionslagen zumindest im Wesentlichen wie bei einem der voranstehend erläuterten Ausführungsbeispiele und diese weisen insbesondere Merkmale und/oder Kombinationen von Merkmalen der voranstehend erläuterten Ausführungsbeispiele auf, so dass hierzu vollinhaltlich auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen wird.
Bezugszeichenliste

100: Brennstoffzellenvorrichtung
110: Brennstoffzelleneinheit
112: Leitungseinrichtung
114: Leitungssystem für Brennstoffmedium
116: Leitungssystem für Oxidationsmedium
118: Gehäuse
122: Temperiereinrichtung
124: Leitungssystem für Temperiermedium
126: Zuführleitung
128: Abführleitung
142: Versorgungsleitung
144: Kathodenseite
146: Versorgeeinheit
148: Fluidfördereinheit
152: Saugleitung
154: Filter
165: Ablassleitung
162: Versorgungsleitung
164: Anodenseite
166: Versorgeeinheit
168: Fluidfördereinheit
172: Zuführungsleitung
174: Reservoir
176: Abführleitung
182: Verbindungsleitung
184: Separationseinheit
186: Ablassleitung
188: Ringleitung
212: Leitungsabschnitt
220: Kombinationsbauteil
222: Funktionslage
224: Strömungsrichtung
226: Durchströmungsflächenabschnitt
234: Röhren
236: Röhrenerstreckungsrichtung
237: Anordnungsrichtung
238: Einlassanschluss
239: Auslassanschluss
242: Modifikationsmaterial
243: Schicht
244: Fasern
246: Durchströmungsöffnungen
252: Funktionslagenebene
254: Zwischenraum zwischen Röhren
256: Rahmen
262: Fluidführungsrichtung
262: Wände
266: Innenraum
268: Wandinnenseite
272: stromaufwärtsgelegener Abschnitt
274: stromabwärtsgelegener Abschnitt
282: Leitungsbauteil
284: Leitungsbauteil
286: Stirnseite
287: Stirnfläche
288: Stirnseite
289: Stirnfläche
292: Wandinnenseite
294: Wandaußenseite
296: Fügefläche
298: Fügefläche
312: Sammelbecken
314: Schwerkraftrichtung
315: Trennelement
317: Öffnungen
318: Abfluss

Claims

Brennstoffzellenvorrichtung (110), umfassend zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) und eine Leitungseinrichtung (112), insbesondere für ein Brennstoffmedium und/oder für ein Oxidationsmedium und/oder für ein Temperiermedium, wobei in der Leitungseinrichtung (112), insbesondere in einem Leitungsabschnitt (112) derselben, ein einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator, der insbesondere einen Abscheider ausbildet, ausbildendes Kombinationsbauteil (220) angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (150) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsbauteil (220) mehrere einen Durchströmungsflächenabschnitt (226) des Kombinationsbauteils (220) durchziehende Röhren (234) für ein Wärmeübertragemedium umfasst und dass insbesondere die mehreren Röhren (234) Teil eines Temperierungskreislaufs sind, wobei insbesondere das Kombinationsbauteil (220) einen mit den Röhren (234) verbundenen Einlassanschluss (238) und einen mit den Röhren verbundenen Auslassanschluss (239) aufweist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsbauteil (220) zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) insbesondere zur zumindest teilweisen Ausbildung als Fluidmodifikator ein Modifikationsmaterial (242) aufweist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifikationsmaterial (242) in dem Durchströmungsflächenabschnitt (226), durch welchen bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (100) ein Fluidgemisch strömt, zum zumindest teilweisen Abscheiden zumindest eines Bestandteiles des Fluidgemisches und/oder zum zumindest teilweisen Dispergieren einer flüssigen Phase in dem Fluidgemisch und/oder zum zumindest teilweisen Überführen zumindest eines Bestandteils des Fluidgemisches von einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase und/oder zu einem zumindest teilweisen Durchmischen des Fluidgemisches ausgebildet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifikationsmaterial (242) einen metallischen Werkstoff umfasst, insbesondere ein metallischer Werkstoff ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifikationsmaterial (242) zumindest teilweise in Zwischenräumen (254) zwischen Röhren (234) des Kombinationsbauteils (220) angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifikationsmaterial (242) zumindest teilweise an den Röhren (234) des Kombinationsbauteils (220) anliegend angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modifikationsmaterial (242) in zumindest einer Schicht (243) in dem Durchströmungsflächenabschnitt (226) angeordnet ist, insbesondere in zumindest einer Schicht (243) den Durchströmungsflächenabschnitt (226) durchzieht.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach dem voranstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass einige der mehreren Röhren (234) auf einer Seite der Schicht (243) und einige der mehreren Röhren (234) auf einer gegenüberliegenden Seite der Schicht (243) angeordnet sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern (244) zumindest teilweise das Modifikationsmaterial (242) bereitstellen, insbesondere den Durchströmungsflächenabschnitt (226) durchziehende Fasern (244) aus dem Modifikationsmaterial (242) ausgebildet sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (244) sich länglich erstreckende, insbesondere biegsame, Körper sind, insbesondere Drähte sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der beiden voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Fasern (244) und zumindest einige der mehreren Röhren (234) zusammen ein Gewebe ausbilden.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsbauteil (220) genau eine Funktionslage (222) oder mehrere Funktionslagen (222) für einen Wärmeübertrag und/oder eine Modifikation eines hindurchströmenden Fluidgemisches umfasst.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einer Funktionslage (222) und/oder zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) die Fasern (244) quer zu den Röhren (234) verlaufen.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht (243) mit dem Modifikationsmaterial (242), insbesondere die Fasern (244), zumindest in einer Funktionslage (222) und/oder zumindest in einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) bezogen auf eine von den Röhrenerstreckungsrichtungen (236) der Röhren (234) aufgespannten Fläche abwechselnd auf unterschiedlichen Seiten der Röhren (234) verläuft/verlaufen.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Funktionslage (222) sich schräg zu einer Fluidführungsrichtung (262) des Leitungsabschnitts (212) erstreckt, und dass insbesondere die zumindest eine Funktionslage (222) unter einem Winkel von 5° oder größer und/oder unter einem Winkel von 80° oder kleiner schräg zu der Fluidführungsrichtung (262) des Leitungsabschnitts (212) verläuft.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Röhren (234) einer nachgeordneten Funktionslage (222) derart angeordnet sind, dass ein Fluidgemisch, welches durch Zwischenräume (254) zwischen Röhren (234) einer davor angeordneten Funktionslage (222) hindurchströmt, diese Röhren der nachgeordneten Funktionslage (222) anströmt.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Funktionslage (222) und/oder zumindest einem Durchströmungsflächenabschnitt (226) das Kombinationsbauteil (220) Durchströmungsöffnungen (246) aufweist, welche zumindest teilweise von dem Modifikationsmaterial (242) und/oder den Röhren (234) umgeben, insbesondere begrenzt werden.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Durchströmungsflächenabschnitt (226) von einem Rahmen (256) umgeben ist und/oder zumindest eine Funktionslage (222) einen Rahmen (256) umfasst und insbesondere der Rahmen (256) an eine Leitungswand (262) des Leitungsabschnitts (212) befestigt ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (256) mit der Leitungswand (262) des Leitungsabschnitts (212) fluidabdichtend verbunden ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (256) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, ausgebildet ist, oder dass der Rahmen (256) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der mehreren Röhren (234) und/oder zumindest ein Teil des Modifikationsmaterials (242) mit dem Rahmen (256) verbunden sind, insbesondere in dem Rahmen (256) zumindest teilweise eingebettet sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsbauteil (220) als insbesondere vormontierter Baugruppeneinheit ausgebildet ist.
Baugruppeneinheit, die ein einen Wärmetauscher und einen Fluidmodifikator ausbildendes Kombinationsbauteil ausbildet, wobei das Kombinationsbauteil (220) insbesondere eines oder mehrere der Merkmale der voranstehend und nachstehenden Ansprüche aufweist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsbauteil (220) zumindest ein Formschlusselement für einen Formschluss mit dem Leitungsabschnitt aufweist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem den Leitungsabschnitt (212) ausbildenden Leitungsbauteil das Kombinationsbauteil (220) und/oder die das Kombinationsbauteil ausbildende Baugruppeneinheit angeordnet ist und insbesondere diese stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsbauteil (220) zwischen jeweiligen Stirnseiten (286, 288) von zumindest zwei Leitungsbauteilen (282, 284) angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einen Leitungsabschnitt (212) eines Leitungssystem (214) für Brennstoffmedium der Leitungseinrichtung (112) zumindest ein Kombinationsbauteil (220) angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) einer Versorgungsleitung (162) des Leitungssystem (114) für Brennstoffmedium angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) einer Abführleitung (176) des Leitungssystems (114) für Brennstoffmedium angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kombinationsbauteil in einem Leitungsabschnitt (212) einer Anodenringleitung (188) des Leitungssystems (114) für Brennstoffmedium angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) eines Leitungssystems (116) für Oxidationsmedium der Leitungseinrichtung (112) angeordnet ist, insbesondere in einem Leitungsabschnitt (212) einer Zuführleitung (126) des Leitungssystems (116) für Oxidationsmedium angeordnet ist.
Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kombinationsbauteil (220) in einem Leitungsabschnitt (212) eines Leitungssystem (224) für ein Temperiermedium der Leitungseinrichtung (112) angeordnet ist, insbesondere in einer Zuführleitung (126) des Leitungssystem (124) für ein Temperiermedium angeordnet ist, wobei insbesondere das Leitungssystem für ein Temperiermedium Teil einer Temperiereinrichtung (122) für die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) ist, insbesondere zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit (110).
Fahrzeug gekennzeichnet durch eine Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche.