DE102021203519A1

DE102021203519A1 - fuel cell device

Info

Publication number: DE102021203519A1
Application number: DE102021203519.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Obermeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2022-10-13
Also published as: CN115207393A

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung zur Erzeugung einer thermischen Energie und/oder einer elektrischen Energie, mit zumindest einem Brennstoffzellenstack (12) und mit mehreren Funktionsbauteilen (16, 18, 20, 22, 24).Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine zentrale Verteilersäule (36) aufweist, über die der Brennstoffzellenstack (12) und die Funktionsbauteile (16, 18, 20, 22, 24) fluidtechnisch miteinander verbunden sind.The invention is based on a fuel cell device for generating thermal energy and/or electrical energy, having at least one fuel cell stack (12) and having a plurality of functional components (16, 18, 20, 22, 24). has a central distribution column (36) via which the fuel cell stack (12) and the functional components (16, 18, 20, 22, 24) are fluidly connected to one another.

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung, zur Erzeugung einer thermischen Energie und/oder einer elektrischen Energie, mit zumindest einem Brennstoffzellenstack und mit mehreren Funktionsbauteilen, vorgeschlagen worden.A fuel cell device for generating thermal energy and/or electrical energy, having at least one fuel cell stack and having a plurality of functional components, has already been proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung, zur Erzeugung einer thermischen Energie und/oder einer elektrischen Energie, mit zumindest einem Brennstoffzellenstack und mit mehreren Funktionsbauteilen.The invention is based on a fuel cell device for generating thermal energy and/or electrical energy, with at least one fuel cell stack and with a plurality of functional components.

Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine zentrale Verteilersäule aufweist, über die der Brennstoffzellenstack und die Funktionsbauteile fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Unter einer „Brennstoffzellenvorrichtung“ soll vorzugsweise eine Vorrichtung zu einer stationären und/oder mobilen Gewinnung, insbesondere elektrischer und/oder thermischer Energie, verstanden werden. Insbesondere kann die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine, vorteilhaft als Hotbox, ausgebildete Gehäuseeinheit und/oder zumindest einen Brennstoffzellenstack aufweisen, welcher insbesondere dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, vorteilhaft kontinuierlich zugeführten, Brennstoffes, vorzugsweise eines Brenngases, wie beispielsweise Wasserstoff und/oder Erdgas, und zumindest eines Oxidationsmittels, wie beispielsweise Luft und/oder Sauerstoff, in elektrische Energie und thermische Energie umzuwandeln. Der Brennstoffzellenstack weist vorzugsweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen auf, welche vorteilhaft zusammen in einer Gruppe angeordnet sind. Ferner ist die zumindest eine Brennstoffzelle bevorzugt als alkalische Brennstoffzelle (AFC), als Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC), als Magnesium-Luft-Brennstoffzelle (MAFC) und/oder vorteilhaft als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einem „Funktionsbauteil“ soll vorzugsweise ein Bauteil verstanden werden, das einen Teil einer Funktion der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere eine Teilfunktion zur Erzeugung einer elektrischen und/oder thermischen Energie ausführt. Eine Funktionseinheit kann beispielsweise als ein Wärmetauscher, als ein Brenner, oder als ein Reformer oder als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Bauteil zur Ausführung einer Teilfunktion der Brennstoffzellenvorrichtung, ausgebildet sein. Unter einer „Verteilersäule“ soll vorzugsweise eine zentrale Säule verstanden werden, die Kanäle zur fluidischen Verbindung von unterschiedlichen Elementen der Brennstoffzellenvorrichtung umfasst. Die Verteilersäule spannt einen von Außenwandungen begrenzten Innenraum auf, in dem die Kanäle zur fluidischen Verbindung angeordnet sind. Die Kanäle können beispielsweise von in dem Innenraum verlaufenden Rohrleitungen oder Schläuchen gebildet sein. Vorzugsweise sind die Kanäle von der Verteilersäule selbst gebildet. Vorzugsweise sind die Kanäle jeweils teilweise durch die Innenseiten der Außenwandungen, sowie weiterer in dem Innenraum verlaufenden Wandungen gebildet. Unter „über die Verteilersäule fluidtechnisch miteinander verbunden“ soll vorzugsweise verstanden werden, dass eine fluidische Verbindung zwischen einzelnen an der Verteilersäule angebundenen Funktionsbauteilen oder Brennstoffzellenstacks durch die Verteilersäule verläuft. Durch von der Verteilersäule bereitgestellten fluidischen Verbindungen kann ein Fluid von Funktionsbauteilen zu dem Brennstoffzellenstack und/oder von dem Brennstoffzellenstack zu einem oder mehreren Funktionsbauteilen geleitet werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung kann eine besonders einfache und simple Montage der Funktionsbauteile und des Brennstoffzellenstacks bei einer gleichzeitigen fluidischen Kopplung der entsprechenden Bauteile erreicht werden. It is proposed that the fuel cell device has a central distribution column via which the fuel cell stack and the functional components are connected to one another in terms of fluid technology. A “fuel cell device” should preferably be understood to mean a device for stationary and/or mobile production, in particular electrical and/or thermal energy. In particular, the fuel cell device can have at least one housing unit, advantageously embodied as a hot box, and/or at least one fuel cell stack, which is intended in particular to generate at least one chemical reaction energy of at least one fuel, which is advantageously supplied continuously, preferably a fuel gas such as hydrogen and/or To convert natural gas, and at least one oxidizing agent such as air and / or oxygen into electrical energy and thermal energy. The fuel cell stack preferably has a large number of fuel cells which are advantageously arranged together in a group. Furthermore, the at least one fuel cell is preferably designed as an alkaline fuel cell (AFC), as a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), as a magnesium air fuel cell (MAFC) and/or advantageously as a solid oxide fuel cell (SOFC). “Provided” is to be understood in particular as being specially designed and/or equipped. The fact that an object is provided for a specific function is to be understood in particular to mean that the object fulfills and/or executes this specific function in at least one application and/or operating state. A “functional component” should preferably be understood to mean a component that performs part of a function of the fuel cell device, in particular a partial function for generating electrical and/or thermal energy. A functional unit can be embodied, for example, as a heat exchanger, as a burner, or as a reformer or as another component that appears sensible to a person skilled in the art for performing a partial function of the fuel cell device. A “distribution column” should preferably be understood to mean a central column that includes channels for the fluidic connection of different elements of the fuel cell device. The distributor column spans an inner space delimited by outer walls, in which the channels for fluidic connection are arranged. The channels can be formed, for example, by pipelines or hoses running in the interior. Preferably, the channels are formed by the distribution column itself. The channels are preferably formed in part by the inner sides of the outer walls and other walls running in the interior. “Fluidically connected to one another via the distributor column” should preferably be understood to mean that a fluidic connection between individual functional components or fuel cell stacks connected to the distributor column runs through the distributor column. A fluid can be routed from functional components to the fuel cell stack and/or from the fuel cell stack to one or more functional components by fluidic connections provided by the distribution column. The configuration of the fuel cell device according to the invention makes it possible to achieve a particularly simple and simple assembly of the functional components and the fuel cell stack with a simultaneous fluidic coupling of the corresponding components.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die zentrale Verteilersäule als eine tragende Grundstruktur ausgebildet ist, an der der Brennstoffzellenstack und die Funktionsbauteile angebunden sind. Unter einer „tragenden Grundstruktur“ soll vorzugsweise eine Struktur verstanden werden, über die Kräfte, insbesondere die Gewichtskräfte der an der Struktur befestigten Bauteile, wie insbesondere die der Funktionsbauteile und des Brennstoffzellenstacks, in einen Boden oder eine weitere Tragstruktur abgeleitet werden. Die als tragende Struktur ausgebildete Verteilersäule ist ein Montagemodul, an dem die anzubindenden Bauteile, insbesondere die Funktionsbauteile und die Brennstoffzellenstacks, montierbar sind. Vorzugsweise bildet die als tragende Struktur ausgebildete Verteilersäule die einzige Tragstruktur für die Brennstoffzellenvorrichtung aus. Unter „angebunden“ soll vorzugsweise über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung, vorzugsweise zerstörungsfrei trennbar, verbunden verstanden werden. Vorzugsweise sind der Brennstoffzellenstack und die Funktionsbauteile jeweils über eine Schraubenverbindung fest und positionssicher mit der Verteilersäule verschraubt. Grundsätzlich ist es ebenso denkbar, dass der Brennstoffzellenstack oder die Funktionsbauteile jeweils durch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Form- und/oder Kraftschlussverbindung fest mit der zentralen Verteilersäule verbunden sind. Dadurch kann die Brennstoffzellenvorrichtung besonders kompakt und einfach ausgebildet werden, da insbesondere auf ein separates äußeres Gestell verzichtet werden kann.It is also proposed that the central distribution column is designed as a supporting basic structure to which the fuel cell stack and the functional components are connected. A “supporting basic structure” should preferably be understood to mean a structure via which forces, in particular the weight of the components attached to the structure, such as in particular those of the functional components and the fuel cell stack, are dissipated into a floor or another supporting structure. The distribution column designed as a supporting structure is an assembly module on which the components to be connected, in particular the functional components and the fuel cell stacks, can be assembled. The distributor column designed as a supporting structure preferably forms the only supporting structure for the fuel cell device. “Connected” is to be understood as meaning connected via a non-positive and/or positive connection, preferably non-destructively separable. Preferably, the fuel cell stack and the functional components are each screwed firmly and positionally securely to the distributor column via a screw connection. Basically, it is also conceivable that the fuel cell stack or the functional components each by a other positive and/or non-positive connections that appear sensible to those skilled in the art are firmly connected to the central distribution column. As a result, the fuel cell device can be designed to be particularly compact and simple, since in particular a separate outer frame can be dispensed with.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die zentrale Verteilersäule mehrere Kanäle ausbildet, über die der Brennstoffzellenstack und die Funktionsbauteile jeweils entsprechend fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Unter einem „Kanal“ soll vorzugsweise ein durch Wandungen begrenzter Volumenbereich verstanden werden, der zu einer Leitung eines Fluids, insbesondere eines Gases, vorgesehen ist. Ein Kanal ist vorzugsweise als eine Zuführleitung oder eine Abführleitung ausgebildet. Darunter, dass „die zentrale Verteilersäule Kanäle ausbildet“ soll vorzugsweise verstanden werden, dass die Kanäle von den Außenwandungen und den innerhalb der Außenwandungen angeordneten Wandungen begrenzt werden. Die von der Verteilersäule ausgebildeten Kanäle sind insbesondere nicht von separaten Rohr- und/oder Schlauchelementen ausgebildet. Dadurch kann die zentrale Verteilersäule besonders einfach vorteilhaft zur Fluidleitung ausgebildet werden. Insbesondere kann eine komplizierte und teileaufwändige Verrohrung zur fluidischen Verbindung der Bauteile der Brennstoffzellenvorrichtung verhindert werden.Furthermore, it is proposed that the central distribution column forms a plurality of channels via which the fuel cell stack and the functional components are connected to one another correspondingly in terms of fluid technology. A “channel” should preferably be understood to mean a volume area delimited by walls, which is provided for conducting a fluid, in particular a gas. A channel is preferably designed as a supply line or a discharge line. The fact that “the central distribution column forms channels” should preferably be understood to mean that the channels are delimited by the outer walls and the walls arranged inside the outer walls. In particular, the channels formed by the distributor column are not formed by separate pipe and/or hose elements. As a result, the central distribution column can be designed in a particularly simple manner, which is advantageous for the fluid line. In particular, a complicated and part-intensive piping for the fluidic connection of the components of the fuel cell device can be avoided.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass der Brennstoffzellenstack und/oder die Funktionsbauteile jeweils über eine Kraft- und/oder Formschlussverbindung, insbesondere über eine Schraubverbindung, mit der zentralen Verteilersäule verbunden sind. Dadurch können die Funktionsbauteile und/oder der Brennstoffzellenstack besonders einfach an die Verteilersäule angebunden werden und dadurch insbesondere eine Konstruktion vereinfacht werden.It is further proposed that the fuel cell stack and/or the functional components are each connected to the central distributor column via a frictional and/or positive connection, in particular via a screw connection. As a result, the functional components and/or the fuel cell stack can be connected to the distribution column in a particularly simple manner, thereby simplifying a design in particular.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Funktionsbauteile als ein Wärmetauscher ausgebildet ist. Unter einem „Wärmetauscher“ soll vorzugsweise eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen weiteren Stoffstrom zu übertragen. Hierbei sind der Stoffstrom und der weitere Stoffstrom vorzugsweise räumlich voneinander getrennt. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher dazu vorgesehen, eine thermische Energie eines Fluids, beispielsweise eines Abgases, auf ein anderes Fluid, beispielsweise ein einströmendes Brenngas, oder an ein Wärmefluid zu übertragen. Vorzugsweise weist die Brennstoffzellenvorrichtung mehrere Wärmetauscher auf, die jeweils zur Erwärmung unterschiedlicher Fluide vorgesehen sind. Dadurch kann ein als Wärmetauscher ausgebildetes Funktionsbauteil besonders einfach an die zentrale Verteilersäule angebunden werden.Furthermore, it is proposed that at least one of the functional components is designed as a heat exchanger. A “heat exchanger” should preferably be understood to mean a device which is intended to transfer thermal energy from one material flow to another material flow. In this case, the material flow and the further material flow are preferably spatially separated from one another. The heat exchanger is preferably provided for the purpose of transferring thermal energy from a fluid, for example an exhaust gas, to another fluid, for example an inflowing fuel gas, or to a thermal fluid. The fuel cell device preferably has a plurality of heat exchangers which are each provided for heating different fluids. As a result, a functional component designed as a heat exchanger can be connected to the central distribution column in a particularly simple manner.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Funktionsbauteile als ein Nachbrenner ausgebildet ist. Unter einem „Nachbrenner“ soll vorzugsweise ein Brenner verstanden werden, der dem Brennstoffzellenstack nachgeschaltet ist, und zumindest einen Teil eines aus dem Brennstoffzellenstack strömenden restlichen Brenngases verbrennt und dadurch eine thermische Energie erzeugt. Dadurch kann ein als ein Nachbrenner ausgebildetes Funktionsbauteil besonders einfach an die zentrale Verteilersäule angebunden werden.Furthermore, it is proposed that at least one of the functional components is designed as an afterburner. An “afterburner” should preferably be understood to mean a burner which is connected downstream of the fuel cell stack and burns at least part of the remaining fuel gas flowing out of the fuel cell stack and thereby generates thermal energy. As a result, a functional component designed as an afterburner can be connected to the central distribution column in a particularly simple manner.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Funktionsbauteile als ein Reformer ausgebildet ist. Unter einem „Reformer“ soll vorzugsweise ein Zusammenhang, insbesondere eine Einheit, verstanden werden, welche vorteilhaft in Wirkverbindung mit der Brennstoffzelleneinheit steht und insbesondere dazu vorgesehen ist, ein, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit zugeführtes Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit und/oder vorteilhaft ein Gas, vorzugsweise zumindest den Brennstoff und/oder das Oxidationsmittel, aufzubereiten. Vorzugsweise ist die Gasprozessoreinheit zumindest dazu vorgesehen, das Fluid vor einer Zuleitung zu der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere einer Anode und/oder Kathode der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere für eine Verwendung innerhalb einer in der Brennstoffzelleneinheit ablaufenden Reaktion, und/oder zumindest ein Abgas der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere einer in der Brennstoffzelleneinheit ablaufenden Reaktion, aufzubereiten. Dadurch kann ein als Reformer ausgebildetes Funktionsbauteil besonders einfach an die zentrale Verteilersäule angebunden werden.In addition, it is proposed that at least one of the functional components is designed as a reformer. A "reformer" should preferably be understood to mean a context, in particular a unit, which is advantageously in operative connection with the fuel cell unit and is in particular provided for the purpose of supplying a fluid, in particular to the fuel cell unit, in particular a liquid and/or advantageously a gas, preferably at least the fuel and/or the oxidizing agent. The gas processor unit is preferably provided at least for the purpose of treating the fluid upstream of a supply line to the fuel cell unit, in particular an anode and/or cathode of the fuel cell unit, in particular for use within a reaction taking place in the fuel cell unit, and/or at least one exhaust gas from the fuel cell unit, in particular one reaction taking place in the fuel cell unit. As a result, a functional component designed as a reformer can be connected to the central distribution column in a particularly simple manner.

Es wird weiter vorgeschlagen, dass die zentrale Verteilersäule aus einem hitzebeständigen Material gebildet ist. Unter einem „hitzebeständigen Material“ soll vorzugsweise ein Material verstanden werden, das bis zu einer Temperatur von über 600 Grad Celsius, vorzugsweise von über 700 Grad Celsius, besonders bevorzugt bis zu einer Temperatur von über 1000 Grad Celsius, formstabil und strukturell stabil bleibt. Dadurch kann die zentrale Verteilersäule besonders vorteilhaft zur Verwendung in einem als Hotbox ausgebildeten Gehäuse vorgesehen werden.It is further proposed that the central distribution column is formed from a heat-resistant material. A “heat-resistant material” should preferably be understood to mean a material that remains dimensionally stable and structurally stable up to a temperature of over 600 degrees Celsius, preferably over 700 degrees Celsius, particularly preferably up to a temperature of over 1000 degrees Celsius. As a result, the central distribution column can be provided particularly advantageously for use in a housing designed as a hot box.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die zentrale Verteilersäule aus miteinander verschweißten Blechen ausgebildet ist. Die Verteilersäule weist vorzugsweise vier von Blechen ausgebildete Seitenwandungen und zwei von Blechen ausgebildete Längswandungen auf, die einen geschlossenen Innenraum ausbilden. Es können dabei insbesondere weitere Bleche in dem Innenraum der Verteilersäule angeordnet sein, die die von der Verteilersäule ausgebildeten Kanäle begrenzen. Besonders bevorzugt ist die Verteilersäule von mehreren tiefgezogenen Blechen gebildet, die miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt sind. Besonders bevorzugt können in die tiefgezogenen Bleche die entsprechenden von der Verteilersäule ausgebildeten Kanäle zumindest teilweise eingeprägt sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Verteilersäule aus zwei miteinander verschweißten Hälften, die von tiefgezogenen Blechen gebildet sind, ausgebildet ist. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Verteilersäule aus einer Gusskonstruktion gebildet ist und zumindest aus einem Gussbauteil gebildet ist, in dem die Kanäle entsprechend ausgeformt sind. Dadurch kann die zentrale Verteilersäule besonders einfach und kostengünstig ausgebildet werden.In addition, it is proposed that the central distribution column is formed from metal sheets welded to one another. The distributor column preferably has four side walls made of metal sheets and two longitudinal walls made of metal sheets, which form a closed interior space. In this case, in particular, further metal sheets can be placed in the interior of the distributor be arranged column, which delimit the channels formed by the distribution column. The distributor column is particularly preferably formed from a plurality of deep-drawn metal sheets which are connected to one another, in particular welded to one another. Particularly preferably, the corresponding channels formed by the distributor column can be stamped at least partially into the deep-drawn metal sheets. For example, it is conceivable that the distributor column is formed from two halves that are welded to one another and are formed from deep-drawn metal sheets. In principle, it is also conceivable that the distributor column is formed from a cast construction and is formed from at least one cast component in which the channels are formed accordingly. As a result, the central distribution column can be designed in a particularly simple and cost-effective manner.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Gehäuseeinheit umfasst, innerhalb der die zentrale Verteilersäule mit dem Brennstoffzellenstack und den Funktionseinheiten angeordnet ist. Dadurch kann die Brennstoffzellenvorrichtung besonders vorteilhaft ausgebildet werden.It is further proposed that the fuel cell device includes a housing unit, within which the central distributor column with the fuel cell stack and the functional units is arranged. As a result, the fuel cell device can be designed in a particularly advantageous manner.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.The fuel cell device according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the fuel cell device according to the invention can have a number of individual elements, components and units that differs from the number specified here in order to fulfill a function described herein. In addition, in the value ranges specified in this disclosure, values lying within the specified limits should also be considered disclosed and can be used as desired.

Figurenlistecharacter list

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

Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer zentralen Verteilersäule,
2 eine schematische Darstellung der Brennstoffzellenvorrichtung mit teilweise transparent dargestellten Teilbereichen zur besseren Ansicht eines Innenraums der zentralen Verteilersäule und
3 eine schematische Seitenansicht der zentralen Verteilersäule.

Show it:

1 an inventive representation of a fuel cell device with a central distribution column,
2 a schematic representation of the fuel cell device with partial areas shown partially transparent for a better view of an interior of the central distribution column and
3 a schematic side view of the central distribution column.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die 1 - 3 zeigen eine schematische Darstellung eines Teils einer Brennstoffzellenvorrichtung 10. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist zur Erzeugung einer elektrischen und/oder thermischen Energie vorgesehen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist als eine stationäre Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Energie und thermischen Energie ausgebildet. Die stationäre Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist beispielsweise als eine Heizungsanlage in einem Wohngebäude vorgesehen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung als eine mobile Vorrichtung ausgebildet ist. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist neben den im Folgenden beschriebenen Bauteile auf, die nicht näher beschrieben werden sollen.the 1 - 3 show a schematic representation of part of a fuel cell device 10. The fuel cell device 10 is provided for generating electrical and/or thermal energy. The fuel cell device 10 is designed as a stationary device for generating electrical energy and thermal energy. The stationary fuel cell device 10 is provided, for example, as a heating system in a residential building. Basically, it is also conceivable that the fuel cell device is designed as a mobile device. In addition to the components described below, the fuel cell device 10 has components that will not be described in more detail.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst einen Brennstoffzellenstack 12. Der Brennstoffzellenstack 12 weist mehrere nicht näher dargestellte Brennstoffzellen auf. Die Brennstoffzellen sind beispielhaft als Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) ausgebildet. Der Brennstoffzellenstack 12 umfasst ein Gehäuse 14. Das Gehäuse 14 bildet ein Montagemodul des Brennstoffzellenstacks 12 aus. Brennstoffzellenstacks 12 mit Festoxidbrennstoffzellen sind im Allgemeinen aus dem Stand der Technik bekannt und sollen deshalb hier nicht näher erläutert werden.The fuel cell device 10 includes a fuel cell stack 12. The fuel cell stack 12 has a plurality of fuel cells, not shown in detail. The fuel cells are embodied as solid oxide fuel cells (SOFC), for example. The fuel cell stack 12 includes a housing 14. The housing 14 forms an assembly module of the fuel cell stack 12. Fuel cell stacks 12 with solid oxide fuel cells are generally known from the prior art and should therefore not be explained in more detail here.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Frischluftzufuhrleitung 26 zu einer Zufuhr von Frischluft zu dem Brennstoffzellenstack 12 auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffzufuhrleitung 28 zu einer Zufuhr eines Brennstoffs zu dem Brennstoffzellenstack 12. Ferner umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 zumindest eine Abfuhrleitung 30 zu einer Abfuhr eines Abgases aus dem Brennstoffzellenstack 12. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffabfuhrleitung 34, die zur Abfuhr eines Brennstoffs aus dem Brennstoffzellenstack 12 vorgesehen ist. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine Rückführungsleitung 32 zu einer teilweisen Rückführung eines aus dem Brennstoffzellenstack 12 ausgeleiteten Brennstoff in die Brennstoffzufuhrleitung 28.The fuel cell device 10 has a fresh air supply line 26 for supplying fresh air to the fuel cell stack 12 . The fuel cell device 10 includes a fuel supply line 28 for supplying a fuel to the fuel cell stack 12. The fuel cell device 10 also includes at least one discharge line 30 for discharging an exhaust gas from the fuel cell stack 12. The fuel cell device 10 includes a fuel discharge line 34 for discharging a fuel the fuel cell stack 12 is provided. The fuel cell device 10 includes a return line 32 for partially returning a fuel discharged from the fuel cell stack 12 into the fuel supply line 28.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst ein erstes Funktionsbauteil 16. Das erste Funktionsbauteil 16 ist als ein Reformer ausgebildet. Das als Reformer ausgebildete erste Funktionsbauteil 16 ist dazu vorgesehen, ein einströmendes Brenngasgemisch aufzubereiten. Das als Reformer ausgebildete Funktionsbauteil 16 ist fluidtechnisch dem Brennstoffzellenstack 12 vorgeschaltet. Das als Reformer ausgebildete Funktionsbauteil 16 ist in der Brennstoffzufuhrleitung 28 angeordnet. Das als Reformer ausgebildete Funktionsbauteil 16 weist einen nicht näher dargestellten Fluideingang auf, durch den ein Brenngasgemisch, wie beispielsweise ein Erdgas, in das als Reformer ausgebildete Funktionsbauteil 16 eingeleitet werden kann. Das als Reformer ausgebildete Funktionsbauteil 16 weist einen Fluidausgang auf, über den das aufbereitete Brenngasgemisch aus dem Funktionsbauteil 16 austreten und zu dem Brennstoffzellenstack 12 geleitet werden kann.The fuel cell device 10 includes a first functional component 16. The first functional component 16 is designed as a reformer. The first functional component 16 designed as a reformer is intended to process an inflowing combustible gas mixture. That trained as a reformer Functional component 16 is connected upstream of the fuel cell stack 12 in terms of fluid technology. The functional component 16 designed as a reformer is arranged in the fuel supply line 28 . The functional component 16 designed as a reformer has a fluid inlet, not shown in detail, through which a combustible gas mixture, such as natural gas, can be introduced into the functional component 16 designed as a reformer. The functional component 16 embodied as a reformer has a fluid outlet, via which the prepared fuel gas mixture can exit the functional component 16 and be routed to the fuel cell stack 12 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ein zweites Funktionsbauteil 18 auf. Das zweite Funktionsbauteil 18 ist als ein Wärmetauscher ausgebildet. Das zweite als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 18 ist dazu vorgesehen, eine Wärmeenergie aus dem aus dem Brennstoffzellenstack 12 austretenden Brennstoff aufzunehmen und an ein weiteres Fluid zu übertragen. Das zweite als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 18 ist fluidtechnisch in der Brennstoffausfuhrleitung angeordnet. Das zweite als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 18 ist dem Brennstoffzellenstack 12 direkt nachgeschaltet.The fuel cell device 10 has a second functional component 18 . The second functional component 18 is designed as a heat exchanger. The second functional component 18 embodied as a heat exchanger is intended to absorb thermal energy from the fuel emerging from the fuel cell stack 12 and to transfer it to another fluid. The second functional component 18 designed as a heat exchanger is fluidly arranged in the fuel discharge line. The second functional component 18 designed as a heat exchanger is connected directly downstream of the fuel cell stack 12 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ein drittes Funktionsbauteil 20 auf. Das dritte Funktionsbauteil 20 ist als ein Wärmetauscher ausgebildet. Das dritte als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 20 ist dazu vorgesehen, eine Wärmeenergie aus dem aus dem Brennstoffzellenstack 12 austretenden Abgas aufzunehmen und an ein weiteres Fluid, insbesondere einen durch die Rückführungsleitung 32 strömenden Brennstoff, zu übertragen. Das dritte als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 20 ist fluidtechnisch in der Abfuhrleitung 30 und der Rückführungsleitung 32 angeordnet.The fuel cell device 10 has a third functional component 20 . The third functional component 20 is designed as a heat exchanger. The third functional component 20 designed as a heat exchanger is provided to absorb thermal energy from the exhaust gas exiting the fuel cell stack 12 and to transfer it to another fluid, in particular a fuel flowing through the return line 32 . The third functional component 20 designed as a heat exchanger is arranged fluidically in the discharge line 30 and the return line 32 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ein viertes Funktionsbauteil 22 auf. Das vierte Funktionsbauteil 22 ist als ein Wärmetauscher ausgebildet. Das vierte als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 22 ist dazu vorgesehen, eine Wärmeenergie aus dem aus dem Brennstoffzellenstack 12 austretenden Abgas aufzunehmen und an ein weiteres Fluid, insbesondere eine durch die Frischluftzufuhrleitung 26 strömende Frischluft zu übertragen und diese zu erwärmen. Das vierte als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 22 ist fluidtechnisch in der Abfuhrleitung 30 und der Frischluftzufuhrleitung 26 angeordnet.The fuel cell device 10 has a fourth functional component 22 . The fourth functional component 22 is designed as a heat exchanger. The fourth functional component 22 designed as a heat exchanger is provided to absorb thermal energy from the exhaust gas exiting the fuel cell stack 12 and to transfer it to another fluid, in particular fresh air flowing through the fresh air supply line 26 and to heat it. The fourth functional component 22 embodied as a heat exchanger is arranged fluidically in the discharge line 30 and the fresh air supply line 26 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ein fünftes Funktionsbauteil 24 auf. Das fünfte Funktionsbauteil 24 ist als ein Nachbrenner ausgebildet. Das als Nachbrenner ausgebildete fünfte Funktionsbauteil 24 ist dazu vorgesehen, das einen Teil des aus dem Brennstoffzellenstack 12 austretenden Brenngases zu verbrennen. Das als Nachbrenner ausgebildete fünfte Funktionsbauteil 24 ist in der Brennstoffabfuhrleitung 34 angeordnet.The fuel cell device 10 has a fifth functional component 24 . The fifth functional component 24 is designed as an afterburner. Fifth functional component 24 embodied as an afterburner is intended to burn part of the fuel gas emerging from fuel cell stack 12 . The fifth functional component 24 designed as an afterburner is arranged in the fuel discharge line 34 .

Der Brennstoffzellenstack 12 und die Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 der Brennstoffzellenvorrichtung 10 sind fluidtechnisch miteinander verbunden. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine zentrale Verteilersäule 36 auf. Die zentrale Verteilersäule 36 ist dazu vorgesehen, den Brennstoffzellenstack 12 und die Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 jeweils fluidtechnisch miteinander zu verbinden. Die zentrale Verteilersäule 36 spannt einen Innenraum auf, der nach außen hin im Wesentlichen abgeschlossen ist. Die zentrale Verteilersäule 36 weist zur fluidtechnischen Verbindung des Brennstoffzellenstacks 12 und der jeweiligen Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 mehrere Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 auf. Die Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 sind in einem von der zentralen Verteilersäule 36 aufgespannten Innenraum angeordnet. Die Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 sind von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildet. Die Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 sind von Wandungen der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildet. Die Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 sind vorzugsweise nicht von separaten Rohr- oder Schlauchelementen ausgebildet.The fuel cell stack 12 and the functional components 16, 18, 20, 22, 24 of the fuel cell device 10 are fluidly connected to one another. The fuel cell device 10 has a central distribution column 36 . The central distribution column 36 is intended to connect the fuel cell stack 12 and the functional components 16, 18, 20, 22, 24 to one another in terms of fluid technology. The central distributor column 36 spans an interior space that is essentially closed off from the outside. The central distribution column 36 has a plurality of channels 38 , 40 , 42 , 44 , 46 , 48 , 50 for the fluidic connection of the fuel cell stack 12 and the respective functional components 16 , 18 , 20 , 22 , 24 . The channels 38 , 40 , 42 , 44 , 46 , 48 , 50 are arranged in an interior space spanned by the central distribution column 36 . The channels 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 are formed by the central distribution column 36. FIG. The channels 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 are formed by walls of the central distribution column 36. The channels 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 are preferably not formed by separate tube or hose members.

Die zentrale Verteilersäule 36 weist vier Seitenwandungen 54, 56, 58, 60 auf. Die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60 begrenzen die zentrale Verteilersäule 36 seitlich. Die zentrale Verteilersäule 36 weist zudem eine obere Wandung 62 auf, die die zentrale Verteilersäule 36 nach oben abschließt. Ferner weist die zentrale Verteilersäule 36 eine Bodenwandung 52 auf, die die zentrale Verteilersäule 36 an ihrem Boden abschließt. Die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60 bilden zusammen mit der Bodenwandung 52 und der oberen Wandung 62 die Grundstruktur der zentralen Verteilersäule 36 aus. Die vier Seitenwandungen 54, 56, 58, 60 begrenzen zusammen mit der Bodenwandung 52 und der oberen Wandung 62 den von der zentralen Verteilersäule 36 aufgespannten Innenraum. Die zentrale Verteilersäule 36 umfasst mehrere in dem Innenraum angeordnete Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76. Die in dem Innenraum angeordneten Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 sind als Zwischenwandungen ausgebildet, die die von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildeten Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 voneinander abtrennen. Die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, die obere Wandung 62, die Bodenwandung 52 und die Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 bilden eine gemeinsame Struktur. Die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, die obere Wandung 62, die Bodenwandung 52 und die Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 sind miteinander gekoppelt. Die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, die obere Wandung 62, die Bodenwandung 5 und die Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 sind jeweils aus einzelnen Blechen ausgebildet. Die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, die obere Wandung 62, die Bodenwandung 52 und die Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 sind zur Ausbildung der zentralen Verteilersäule miteinander verschweißt. Die zentrale Verteilersäule 36, also die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, die obere Wandung 62, die Bodenwandung 52 und die Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 sind aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere einem Metall, gebildet. Die zentrale Verteilersäule 36 ist also aus miteinander verschweißten Blechen, also aus den miteinander verschweißten Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, der oberen Wandung 62, der Bodenwandung 52 und den Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 gebildet.The central distribution column 36 has four side walls 54,56,58,60. The side walls 54, 56, 58, 60 delimit the central distribution column 36 laterally. The central distribution column 36 also has an upper wall 62 which closes off the central distribution column 36 at the top. Furthermore, the central distributor column 36 has a bottom wall 52 which closes off the central distributor column 36 at its bottom. The side walls 54, 56, 58, 60, together with the bottom wall 52 and the top wall 62, form the basic structure of the central distribution column 36. The four side walls 54, 56, 58, 60, together with the bottom wall 52 and the top wall 62, delimit the interior space spanned by the central distribution column 36. The central distribution column 36 comprises a plurality of walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 arranged in the interior separate the channels 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 formed by the central distribution column 36 from one another. Side walls 54, 56, 58, 60, top wall 62, bottom wall 52, and walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 form a common structure. Side walls 54, 56, 58, 60, top wall 62, bottom wall 52, and walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 are coupled together. the sei tenwandungen 54, 56, 58, 60, the top wall 62, the bottom wall 5 and the walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 are each formed from individual sheets. Side walls 54, 56, 58, 60, top wall 62, bottom wall 52, and walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 are welded together to form the central manifold column. The central distribution column 36, i.e. the side walls 54, 56, 58, 60, the top wall 62, the bottom wall 52 and the walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 are made of a heat-resistant material, in particular a metal, educated. The central distribution column 36 is thus formed from metal sheets welded together, i.e. from the side walls 54, 56, 58, 60, the top wall 62, the bottom wall 52 and the walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 welded together .

Die zentrale Verteilersäule 36 bildet eine tragende Grundstruktur aus. Die Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, die obere Wandung 62, die Bodenwandung 52 und die Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, die miteinander verbunden sind, bilden die tragende Grundstruktur der zentralen Verteilersäule 36 aus. Über die zentrale Verteilersäule 36, die als tragende Grundstruktur ausgebildet ist, können dadurch Kräfte, insbesondere Gewichtskräfte von an der zentralen Verteilersäule 36 angebundenen Bauteilen, abgeleitet werden. Der Brennstoffzellenstack 12 und die Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 der Brennstoffzellenvorrichtung 10 sind an die zentrale Verteilersäule 36 angebunden. Der Brennstoffzellenstack 12 ist mit der oberen Wandung 62 der zentralen Verteilersäule 36 fest verbunden. The central distribution column 36 forms a supporting basic structure. The side walls 54, 56, 58, 60, the top wall 62, the bottom wall 52 and the walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, which are connected together, form the basic supporting structure of the central distribution column 36 from. As a result, forces, in particular weight forces from components connected to the central distribution column 36, can be dissipated via the central distribution column 36, which is designed as a supporting basic structure. The fuel cell stack 12 and the functional components 16 , 18 , 20 , 22 , 24 of the fuel cell device 10 are connected to the central distribution column 36 . The fuel cell stack 12 is firmly connected to the upper wall 62 of the central distribution column 36 .

Der Brennstoffzellenstack 12 ist mit seinem Gehäuse 14 mit der oberen Wandung 62 der zentralen Verteilersäule 36 verbunden. Der Brennstoffzellenstack 12 ist mittels Schraubenverbindungen fest mit dem Verteilergehäuse, insbesondere der oberen Wandung 62, verbunden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Brennstoffzellenstack 12 auf eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Weise kraft- und/oder formschlüssig mit dem Verteilergehäuse verbunden ist. Die Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 sind jeweils an verschiedenen Positionen an Seitenwandungen 54, 58 der Verteilersäule 36 fest angebunden. Die Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 sind teilweise in unterschiedlichen Höhen an den Seitenwandungen 54, 58 der zentralen Verteilersäule 36 angebunden. Die Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 sind jeweils mittels Schraubenverbindungen an Seitenwandungen 54, 58 der zentralen Verteilersäule 36 angebunden. Durch die Anbindung des Brennstoffzellenstacks 12 und der Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 mittels Schraubenverbindungen können diese besonderes einfach und schnell an der zentralen Verteilersäule 36 montiert werden. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass der Brennstoffzellenstack 12 und/oder die Funktionsbauteile 16, 18, 20, 22, 24 über eine andere Kraft- und/oder Formschlussverbindung, beispielsweise über eine Klemmverbindung, fest mit der zentralen Verteilersäule 36 verbindbar sind.The housing 14 of the fuel cell stack 12 is connected to the upper wall 62 of the central distribution column 36 . The fuel cell stack 12 is firmly connected to the distributor housing, in particular the upper wall 62, by means of screw connections. In principle, it is also conceivable for the fuel cell stack 12 to be connected to the distributor housing in a non-positive and/or positive manner in a different manner that appears sensible to a person skilled in the art. The functional components 16, 18, 20, 22, 24 are firmly connected to side walls 54, 58 of the distribution column 36 in different positions. The functional components 16, 18, 20, 22, 24 are partly connected to the side walls 54, 58 of the central distribution column 36 at different heights. The functional components 16, 18, 20, 22, 24 are each connected to side walls 54, 58 of the central distribution column 36 by means of screw connections. By connecting the fuel cell stack 12 and the functional components 16, 18, 20, 22, 24 by means of screw connections, they can be mounted on the central distribution column 36 particularly easily and quickly. In principle, however, it is also conceivable that the fuel cell stack 12 and/or the functional components 16, 18, 20, 22, 24 can be firmly connected to the central distribution column 36 via another non-positive and/or positive connection, for example via a clamp connection.

Der erste von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete Kanal 38 ist als ein Frischlufteinlasskanal ausgebildet. Der erste Kanal 38 bildet einen Teil der Frischluftzufuhrleitung 26 aus. Der Kanal 38 ist in einem unteren Bereich der zentralen Verteilersäule 36 angeordnet. Der Kanal 38 wird von den Wandungen 64, 66, sowie teilweise von den Seitenwandungen 54, 56, 58, 60 begrenzt. Die zentrale Verteilersäule 36 weist einen Frischluftanschluss 78 auf, durch den eine Frischluft in den als Frischlufteinlasskanal ausgebildeten ersten Kanal 38 strömen kann. Der Frischlufteinlasskanal mündet an seinem zweiten Ende in dem als Wärmetauscher ausgebildeten vierten Funktionsbauteil 22. Der erste von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete Kanal verbindet den Frischluftanschluss 78 fluidtechnisch mit dem vierten als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 22.The first duct 38 formed by the central plenum 36 is formed as a fresh air intake duct. The first channel 38 forms part of the fresh air supply line 26 . The channel 38 is arranged in a lower area of the central distribution column 36 . The channel 38 is bounded by the walls 64, 66 and partially by the side walls 54, 56, 58, 60. The central distributor column 36 has a fresh air connection 78 through which fresh air can flow into the first duct 38 designed as a fresh air inlet duct. At its second end, the fresh air inlet duct opens into the fourth functional component 22 designed as a heat exchanger. The first duct formed by the central distribution column 36 fluidically connects the fresh air connection 78 to the fourth functional component 22 designed as a heat exchanger.

Der zweite von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete Kanal 40 ist als ein Frischluftkanal ausgebildet. Der zweite Kanal 40 bildet einen Teil der Frischluftzufuhrleitung 26 aus. Der Kanal 40 erstreckt sich senkrecht von einem unteren Bereich der Verteilersäule 36 bis an die obere Wandung 62. Der zweite Kanal 40 ist von den Seitenwandungen 54, 58, der oberen Wandung 62, sowie den Wandungen 66, 68, 70 gebildet. Der als Frischluftkanal ausgebildete zweite Kanal 40 ist dem vierten als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 22 nachgeschaltet. Die Frischluft strömt aus dem vierten als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 22 erwärmt in den zweiten Kanal 40. Der als Frischluftkanal ausgebildete zweite Kanal 40 mündet in einem Frischlufteingang des Brennstoffzellenstacks 12. Der von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete zweite Kanal 40 verbindet das vierte als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 22 fluidtechnisch mit dem Brennstoffzellenstack 12.The second duct 40 formed by the central distribution column 36 is designed as a fresh air duct. The second duct 40 forms part of the fresh air supply line 26 . The channel 40 extends perpendicularly from a lower region of the distribution column 36 to the top wall 62. The second channel 40 is formed by the side walls 54, 58, the top wall 62 and the walls 66, 68, 70. The second duct 40 designed as a fresh air duct is connected downstream of the fourth functional component 22 designed as a heat exchanger. The fresh air flows out of the fourth functional component 22 designed as a heat exchanger and heated into the second duct 40. The second duct 40 designed as a fresh air duct opens into a fresh air inlet of the fuel cell stack 12. The second duct 40 designed by the central distribution column 36 connects the fourth functional component designed as a heat exchanger 22 fluidically with the fuel cell stack 12.

Der dritte, von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete Kanal 42 ist als ein Brennstoffzuführkanal ausgebildet. Der dritte Kanal 42 bildet einen Teil der Brennstoffzuführleitung 28 aus. Der dritte Kanal 42 erstreckt sich senkrecht in einem oberen Bereich der zentralen Verteilersäule 36 bis zu der oberen Wandung 62. Der dritte Kanal 42 ist zumindest von den Seitenwandungen 54, 58, 60 und der Wandung 68 gebildet. Der als Brennstoffzuführkanal ausgebildete dritte Kanal 42 ist dem als Reformer ausgebildeten ersten Funktionsbauteil 16 nachgeschaltet. Aus dem als Reformer ausgebildeten Funktionsbauteil 16 strömt der Brennstoff in den dritten Kanal 42. Der als Brennstoffzuführkanal ausgebildete dritte Kanal 42 mündet in einem Brennstoffeingang des Brennstoffzellenstacks 12. Der von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete dritte Kanal 42 verbindet das erste als Reformer ausgebildete Funktionsbauteil 16 fluidtechnisch mit dem Brennstoffzellenstack. Ferner bildet der dritte Kanal 42 einen Teil der Rückführungsleitung 32 aus. Der dritte Kanal 42 ist dem als Wärmetauscher ausgebildeten dritten Funktionsbauteil 20 nachgeschaltet. Durch den dritten Kanal 42 kann aus dem als Wärmetauscher ausgebildeten dritten Funktionsbauteil 20 austretender erwärmter Brennstoff, der rückgeleitet wird, zu dem Brennstoffzellenstack 12, insbesondere dessen Brennstoffeingang, strömen.The third passage 42 formed by the central manifold column 36 is formed as a fuel supply passage. The third channel 42 forms part of the fuel supply line 28 . The third channel 42 extends perpendicularly in an upper region of the central distribution column 36 up to the top wall 62. The third channel 42 is formed by at least the side walls 54, 58, 60 and the wall 68. The third channel 42 designed as a fuel supply channel is connected downstream of the first functional component 16 designed as a reformer. The fuel flows from the functional component 16 designed as a reformer into the third channel 42. The third channel 42 designed as a fuel feed channel opens into a fuel inlet of the Fuel cell stack 12. The third channel 42 formed by the central distribution column 36 fluidically connects the first functional component 16, formed as a reformer, to the fuel cell stack. Furthermore, the third channel 42 forms part of the return line 32 . The third channel 42 is connected downstream of the third functional component 20 designed as a heat exchanger. Heated fuel, which exits from the third functional component 20 designed as a heat exchanger and is returned, can flow through the third channel 42 to the fuel cell stack 12, in particular its fuel inlet.

Der vierte Kanal 44 und der fünfte Kanal 46, die von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildet sind, sind jeweils als ein Abführkanal ausgebildet. Durch die Kanäle 44, 46 kann ein aus dem Brennstoffzellenstack 12 austretendes Abgas aus der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ausgeleitet werden. Der vierte Kanal 44 und der fünfte Kanal 46 bilden einen Teil der Abfuhrleitung 30 aus. Der vierte Kanal 44 ist einem Abgasausgang des Brennstoffzellenstacks 12 nachgeschaltet. Der vierte Kanal 44 ist in einem oberen Bereich der zentralen Verteilersäule 36 angeordnet. Der von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete vierte Kanal 44 verbindet den Brennstoffzellenstack 12 fluidtechnisch mit dem dritten, als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 20 und dem vierten als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 22. Der vierte Kanal 44 ist teilweise von den Seitenwandungen 54, 56, 58 und den Wandungen 72, 74 gebildet. Die zentrale Verteilersäule 36 weist einen Anschluss 80 auf, der fluidtechnisch an den vierten Kanal 44 angebunden ist. An den Anschluss 80 kann ein weiteres, nicht näher dargestelltes Funktionsbauteil, wie beispielsweise ein Vorheizer, an die Verteilersäule anbindbar sein. Über den Anschluss 80 kann ein weiteres Funktionsbauteil fluidtechnisch an den vierten Kanal 44 der Verteilersäule 36 angeschlossen werden. Der fünfte Kanal 46 ist dem vierten als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 22 nachgeschaltet. Der fünfte Kanal 46 ist von den Seitenwandungen 54, 56, 58, 60, der Bodenwandung 52 und der Wandung 66 gebildet. Durch den fünften Kanal 46 kann ein Abgas aus dem vierten als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 22 aus der Brennstoffzellenvorrichtung 10 ausgeleitet werden.The fourth channel 44 and the fifth channel 46 formed by the central distribution column 36 are each formed as a discharge channel. An exhaust gas emerging from the fuel cell stack 12 can be discharged from the fuel cell device 10 through the channels 44 , 46 . The fourth channel 44 and the fifth channel 46 form part of the discharge line 30 . The fourth channel 44 is connected downstream of an exhaust gas outlet of the fuel cell stack 12 . The fourth channel 44 is arranged in an upper area of the central distribution column 36 . The fourth duct 44 formed by the central distributor column 36 connects the fuel cell stack 12 fluidically to the third functional component 20 embodied as a heat exchanger and the fourth functional component 22 embodied as a heat exchanger. The fourth duct 44 is partially covered by the side walls 54, 56, 58 and the walls 72, 74 formed. The central distribution column 36 has a connection 80 which is fluidly connected to the fourth channel 44 . Another functional component, not shown in detail, such as a preheater, for example, can be connected to the connection 80 on the distribution column. A further functional component can be fluidically connected to the fourth channel 44 of the distributor column 36 via the connection 80 . The fifth channel 46 is connected downstream of the fourth functional component 22 designed as a heat exchanger. The fifth channel 46 is formed by the side walls 54, 56, 58, 60, the bottom wall 52 and the wall 66. FIG. An exhaust gas from the fourth functional component 22 embodied as a heat exchanger can be discharged from the fuel cell device 10 through the fifth channel 46 .

Der sechste, von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete Kanal 48 ist als ein Brennstoffrückführkanal ausgebildet. Der sechste Kanal 48 bildet einen Teil der Brennstoffabfuhrleitung 34 und der Rückführungsleitung 32 aus. Der sechste Kanal 48 ist dem Brennstoffzellenstack 12 nachgeschaltet. Der sechste Kanal 48 ist in einem oberen Bereich der zentralen Verteilersäule 36 angeordnet. Der sechste Kanal 48 verbindet einen Brenngasausgang des Brennstoffzellenstacks 12 fluidtechnisch mit dem ersten, als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 16 und dem fünften, als Nachbrenner ausgebildeten Funktionsbauteil 24.The sixth passage 48 formed by the central manifold column 36 is formed as a fuel return passage. The sixth channel 48 forms part of the fuel discharge line 34 and the return line 32 . The sixth channel 48 is connected downstream of the fuel cell stack 12 . The sixth channel 48 is arranged in an upper area of the central distribution column 36 . The sixth channel 48 fluidly connects a fuel gas outlet of the fuel cell stack 12 to the first functional component 16, embodied as a heat exchanger, and the fifth functional component 24, embodied as an afterburner.

Der siebte, von der zentralen Verteilersäule 36 ausgebildete Kanal 50 ist als ein Brennstoffrückführkanal ausgebildet. Der siebte Kanal 50 bildet einen Teil der Rückführungsleitung 32. Der siebte Kanal 50 verbindet das zweite, als Wärmetauscher ausgebildete Funktionsbauteil 18 fluidtechnisch mit dem dritten, als Wärmetauscher ausgebildeten Funktionsbauteil 20. Der siebte Kanal 50 ist von den Seitenwandungen 54, 56, 58 und den Wandungen 72 ,74, 76 gebildet.The seventh passage 50 formed by the central manifold column 36 is formed as a fuel return passage. The seventh channel 50 forms part of the return line 32. The seventh channel 50 fluidly connects the second functional component 18, designed as a heat exchanger, to the third functional component 20, designed as a heat exchanger. The seventh channel 50 is separated from the side walls 54, 56, 58 and the Walls 72, 74, 76 formed.

Die Ausbildung der Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 durch die Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 soll hier nur beispielhaft beschrieben sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die zentrale Verteilersäule 36 mehr oder weniger Kanäle 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 ausbildet und dazu mehr oder weniger Wandungen 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 vorgesehen sind. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die zentrale Verteilersäule 36 nicht aus miteinander verschweißten Blechen ausgebildet ist, sondern aus einem Gussteil oder einem Tiefziehteil gebildet ist.The formation of the channels 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 through the walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 is only to be described here as an example. In principle, it is also conceivable that the central distribution column 36 forms more or fewer channels 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 and more or fewer walls 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76 are provided for this purpose . In principle, it is also conceivable that the central distribution column 36 is not formed from metal sheets welded to one another, but is formed from a cast part or a deep-drawn part.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Gehäuseeinheit 82 auf. Die Gehäuseeinheit 82 ist als Außengehäuse ausgebildet. Die Gehäuseeinheit 82 ist als Aufnahmegehäuse ausgebildet. Die Gehäuseeinheit 82 ist geschlossen ausgebildet. Die Gehäuseeinheit 82 ist thermisch isoliert. Die Gehäuseeinheit 82 ist als Hotbox ausgebildet. Innerhalb der isolierten Gehäuseeinheit 82 ist die zentrale Verteilersäule 36 mit dem Brennstoffzellenstack 12 und den Funktionsbauteilen 16, 18, 20, 22, 24 angeordnet.The fuel cell device 10 has a housing unit 82 . The housing unit 82 is designed as an outer housing. The housing unit 82 is designed as a receiving housing. The housing unit 82 is closed. The housing unit 82 is thermally insulated. The housing unit 82 is designed as a hot box. The central distributor column 36 with the fuel cell stack 12 and the functional components 16 , 18 , 20 , 22 , 24 is arranged within the insulated housing unit 82 .

Claims

Fuel cell device for generating thermal energy and/or electrical energy, having at least one fuel cell stack (12) and having a plurality of functional components (16, 18, 20, 22, 24), characterized by a central distribution column (36) via which the fuel cell stack ( 12) and the functional components (16, 18, 20, 22, 24) are fluidly connected to one another.

Fuel cell device according to claim 1 , characterized in that the central distribution column (36) is designed as a supporting base structure to which the fuel cell stack (12) and the functional components (16, 18, 20, 22, 24) are connected.

Fuel cell device according to claim 1 or 2 , characterized in that the central Distribution column (36) forms a plurality of channels (38, 40, 42, 44, 46, 48, 50) via which the fuel cell stack (12) and the functional components (16, 18, 20, 22, 24) are connected to one another in terms of fluid technology .

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell stack (12) and/or the functional components (16, 18, 20, 22, 24) each have a non-positive and/or positive connection, in particular a screw connection, to the central distribution column (36) are connected.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the functional components (18, 20, 22) is designed as a heat exchanger.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the functional components (24) is designed as an afterburner.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the functional components (16) is designed as a reformer.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the central distribution column (36) is formed from a heat-resistant material.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the central distributor column (36) is formed from metal sheets welded to one another.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by a housing unit (82) within which the central distributor column (36) with the fuel cell stack (12) and the functional components (16, 18, 20, 22, 24) is arranged.