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Stand der Technik
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Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischem Strom, mit mehreren Versorgungseinheiten zu einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheit und mit zumindest einem Außengehäuse und mit einem in dem Außengehäuse angeordneten äußeren Isolationsgehäuse, welches die Brennstoffzelleneinheit und/oder zumindest eine der Versorgungseinheiten umgibt, vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischem Strom, mit mehreren Versorgungseinheiten zu einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheit und mit zumindest einem Außengehäuse und mit einem in dem Außengehäuse angeordneten äußeren Isolationsgehäuse, welches die Brennstoffzelleneinheit und/oder zumindest eine der Versorgungseinheiten umgibt.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine in dem äußeren Isolationsgehäuse angeordnete und von dem äußeren Isolationsgehäuse separat ausgebildete innere Isolationseinheit umfasst, wobei die Brennstoffzelleneinheit und/oder zumindest eine der Versorgungseinheiten in der inneren Isolationseinheit angeordnet sind/ist. Die Brennstoffzellenvorrichtung ist vorzugsweise als Hochtemperaturbrennstoffzellenvorrichtung ausgebildet. insbesondere umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Hochtemperaturbrennstoffzelle, insbesondere zumindest eine Festoxidbrennstoffzelle und/oder eine Schmelzkarbonatbrennstoffzelle. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle, eine Direktmethanol-Brennstoffzelle, eine Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle, eine Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle und/oder eine alkalische Brennstoffzelle. Besonders bevorzugt umfasst die Brennstoffzelleneinheit eine Vielzahl an Brennstoffzellen, welche insbesondere in zumindest einem Brennstoffzellenstack oder in mehreren Brennstoffzellenstacks zusammengefasst angeordnet sind. Insbesondere ist die Brennstoffzelleneinheit zu dem Erzeugen des elektrischen Stroms dazu vorgesehen, einen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, Methan, Erdgas und/oder einen oder mehrere andere Kohlenwasserstoffe, und Sauerstoff in ein Abgas umzusetzen. Die Brennstoffzelleneinheit kann optional zumindest einen Betriebsmodus aufweisen, in welchem die Brennstoffzelleneinheit zu einer Elektrolyse von Wasser verwendet wird.
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Die Versorgungseinheiten sind insbesondere Komponenten, die den Brennstoff und/der ein sauerstoffhaltiges Fluid vor und/oder das Abgas nach einer Umsetzung durch die Brennstoffzelleneinheit handhaben. Beispielsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung als Versorgungseinheiten Förderelemente, insbesondere Ventilatoren oder Verdichter, zu einem Fördern des Brennstoffs und/oder des sauerstoffhaltigen Fluids zu der Brennstoffzelleneinheit. Beispielsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung als Versorgungseinheit einen Reformer zu einer Aufbereitung des Brennstoffs, insbesondere einer Umwandlung von einer stabileren Transportform in eine von der Brennstoffzelleneinheit leichter umsetzbare Form. Beispielsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung als Versorgungseinheit einen Nachbrenner zu einer Umsetzung von in dem Abgas enthaltenen Brennstoffresten. Beispielsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung als Versorgungseinheit einen Wärmeübertrager zu einer Wärmerückgewinnung von mit dem Abgas mitgeführter Wärme und/oder zu einer Vorerwärmung des Brennstoffs und/oder des sauerstoffhaltigen Fluids.
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Das Außengehäuse ist insbesondere zu einem mechanischen und/oder elektrischen Schutz der Brennstoffzelleneinheit und/oder der Versorgungseinheit gegenüber mechanischen und/oder elektrischen Umgebungseinflüssen und/oder zu einem Schutz von Personen während eines Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehen. Das Außengehäuse kann anwendungsabhängig ganz oder teilweise aus Metall, Kunststoff, Glas oder einem anderem, einem Fachmann als zweckdienlich erscheinenden Konstruktionswerkstoff gefertigt sein. Das äußere Isolationsgehäuse ist vorzugsweise wärmedämmend ausgebildet. Insbesondere ist das äußere Isolationsgehäuse zu einer Aufrechterhaltung einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit und/oder zumindest einer der Versorgungseinheiten im Inneren des äußeren Isolationsgehäuses vorgesehen. Das äußere Isolationsgehäuse kann zu einer Wärmedämmung aus einem wärmedämmenden und/oder wärmereflektierenden Material gefertigt sein, mit einem wärmedämmenden und/oder wärmereflektierenden Material ausgekleidet sein, und/oder Wände mit einem oder mehreren gasgefüllten oder evakuierten Hohlräumen aufweisen. Das äußere Isolationsgehäuse ist optional dazu eingerichtet, bei einem regulären Betrieb der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere ohne Zuheizen, eine Betriebstemperatur von mehr als 100°C, insbesondere mehr als 300°C, besonders bevorzugt von mehr als 500°C im Inneren des äußeren Isolationsgehäuses aufrechtzuerhalten, insbesondere auch dann, wenn sich an einer Außenwand des äußeren Isolationsgehäuses ein Fluid mit einer Temperatur von weniger als 50°C, bevorzugt weniger als 30°C, befindet. Insbesondere ist das äußere Isolationsgehäuse dazu eingerichtet, an der Außenwand des äußeren Isolationsgehäuses während eines regulären Betriebs der Brennstoffzelleneinheit, weniger als 100°C, bevorzugt weniger als 70°C aufzuweisen. Vorzugsweise ist das äußere Isolationsgehäuse beabstandet von zumindest einer Wand, bevorzugt von mehreren Wänden des Außengehäuses angeordnet, insbesondere sodass zwischen einer Innenseite der Wand oder Wänden des Außengehäuses und der Außenwand des äußeren Isolationsgehäuses ein äußerer Zwischenraum gebildet wird. Der äußere Zwischenraum ist insbesondere zu einer Führung des sauerstoffhaltigen Fluids um das äußere Isolationsgehäuse herum vorgesehen. Das äußere Isolationsgehäuse ist beispielsweise über Streben, Abstandshalter und/oder andere Montageelemente des Außengehäuses relativ zu den Wänden des Außengehäuses fixiert, beispielsweise durch Fixierung an den Wänden des Außengehäuses, an einem Gestell des Außengehäuses und/oder an einer Grundplatte des Außengehäuses oder dergleichen.
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Die innere Isolationseinheit umfasst vorzugsweise spezifische Untergehäuse und/oder Isolationselemente, in denen jeweils die Brennstoffzelleneinheit und/oder zumindest eine der Versorgungseinheiten angeordnet sind. Die Gehäuse und Isolationselemente können zusammenhängend oder beabstandet voneinander innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses angeordnet sein. Bevorzugt bilden die Untergehäuse und Isolationselemente einen zusammenhängenden Innenraum, der durch Zwischenwände unterteilt ist. Die innere Isolationseinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, bei einem regulären Betrieb der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere ohne Zuheizen, eine Betriebstemperatur von mehr als 300°C, insbesondere mehr als 500°C, besonders bevorzugt von mehr als 700°C im Inneren der inneren Isolationseinheit aufrechtzuerhalten, insbesondere auch dann, wenn sich an einer Außenwand der inneren Isolationseinheit ein Fluid mit einer Temperatur von weniger als 50°C, bevorzugt weniger als 30°C, befindet. Die innere Isolationseinheit kann aus Metall, Keramik und/oder einem Hochleistungskunststoff gefertigt sein. Vorzugsweise ist die innere Isolationseinheit beabstandet von zumindest einer Wand, bevorzugt von mehreren Wänden des äußeren Isolationsgehäuses angeordnet, insbesondere sodass zwischen einer Innenseite der Wand oder Wänden des äußeren Isolationsgehäuses und der Außenwand der inneren Isolationseinheit ein innerer Zwischenraum gebildet wird. Der innere Zwischenraum ist insbesondere zu einer Führung des sauerstoffhaltigen Fluids um die innere Isolationseinheit herum vorgesehen. Die innere Isolationseinheit ist beispielsweise über Streben, Abstandshalter und/oder andere Montageelemente des äußeren Isolationsgehäuses relativ zu den Wänden des äußeren Isolationsgehäuses fixiert, beispielsweise durch Fixierung an den Wänden des äußeren Isolationsgehäuses, an einem Gestell des äußeren Isolationsgehäuses und/oder an einer Grundplatte des äußeren Isolationsgehäuses oder dergleichen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung können die Brennstoffzelleneinheit und/oder die Versorgungseinheiten der Brennstoffzellenvorrichtung mit dem sauerstoffhaltigen Fluid vorteilhaft umspült werden, insbesondere trotz Wärmeisolierung. Insbesondere kann die Umspülung vorteilhaft nah an der Brennstoffzelleneinheit und/oder den Versorgungseinheiten durchgeführt werden. Insbesondere können Leckströme des Brennstoffs aus der Brennstoffzelleneinheit und/oder einer der Versorgungseinheiten vorteilhaft schnell und zuverlässig mit dem sauerstoffhaltigen Fluid verdünnt werden. insbesondere kann eine Konzentration des Brennstoffs außerhalb der zur Handhabung des Brennstoffs vorgesehenen Komponenten der Brennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft gering, insbesondere unterhalb der unteren Explosionsgrenze, gehalten werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit in einem Isolationselement der inneren Isolationseinheit angeordnet ist, wobei zumindest eine der Versorgungseinheiten in einem von dem Isolationselement unterschiedlich ausgebildeten Untergehäuse der inneren Isolationseinheit angeordnet ist. Das Isolationselement ist vorzugsweise als, insbesondere wärmedämmende und insbesondere hitzebeständige, Ummantelung der Brennstoffzelleneinheit ausgebildet. Vorzugsweise umgibt das Isolationselement aus einer Komponentengruppe der Brennstoffzellenvorrichtung, welche sich aus der Brennstoffzelleneinheit und den Versorgungseinheiten zusammensetzt, ausschließlich die Brennstoffzelleneinheit. Das Isolationselement kann weitere Komponenten der Brennstoffzellenvorrichtung zumindest teilweise umgeben, welche unmittelbar an der Brennstoffzelleneinheit angeordnet sind, wie beispielsweise ein von der Brennstoffzelleneinheit separat ausgebildeter Sensor, eine Fluidzuleitung zu der Brennstoffzelleneinheit, eine Fluidableitung von der Brennstoffzelleneinheit oder dergleichen. Vorzugsweise ist ein Aufnahmevolumen eines durch das Isolationselement begrenzten Innenraums unwesentlich größer, insbesondere um weniger als 25% größer, bevorzugt um weniger als 10% größer, als ein Volumen der Brennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise umgibt das Isolationselement die Brennstoffzelleneinheit zumindest im Wesentlichen vollständig, insbesondere vollständig mit Ausnahme von Fluidanschlüssen für die Fluidzuleitung und für die Fluidableitung, für Sensoranschlüsse und/oder für elektrische Anschlüsse. Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Verteilerplatte als Fluidzuleitung und/oder Fluidableitung, an welcher die Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist, ist der Innenraum des Isolationselements zur Verteilerplatte hin vorzugsweise offen ausgebildet, wobei Seitenwände des Isolationselements, welche eine Öffnung des Innenraums begrenzen, vorzugsweise an der Verteilerplatte anliegen und/oder fixiert sind. Das Isolationselement ist vorzugsweise aus einem wärmedämmenden Material gefertigt und insbesondere dazu vorgesehen, eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit in dem Innenraum des Isolationselements aufrechtzuerhalten. Das Isolationselement ist insbesondere außerhalb des Untergehäuses angeordnet. Das Isolationselement kann an einer Außenwand des Untergehäuses angeordnet sein oder beabstandet von dem Untergehäuse angeordnet sein. Beispielsweise ist der Nachbrenner und/oder der Reformer in dem Untergehäuse angeordnet. Das Untergehäuse ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Betriebstemperatur der in dem Untergehäuse angeordneten Versorgungseinheit(en) aufrechtzuerhalten. Insbesondere ist das Untergehäuse mit einem wärmeisolierenden Material ausgekleidet und/oder ummantelt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können vorteilhaft unterschiedliche Betriebstemperaturen für unterschiedliche Komponenten der DBrennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft unabhängig voneinander aufrechterhalten werden. Insbesondere kann die Brennstoffzelleneinheit auch bei einer konstanten Umspülung mit dem sauerstoffhaltigen Fluid vorteilhaft zuverlässig auf einer vorgesehenen Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit gehalten werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen Wärmeübertrager aufweist, welcher an einem inneren Fluideinlass der inneren Isolationseinheit und/oder an einem inneren Fluidauslass der inneren Isolationseinheit angeordnet ist. Der Wärmeübertrager ist insbesondere dazu vorgesehen, unterschiedliche Temperaturniveaus innerhalb der inneren Isolationseinheit und in dem inneren Zwischenraum aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager dazu vorgesehen, in der inneren Isolationseinheit ein höheres Temperaturniveau aufrechtzuerhalten als in dem inneren Zwischenraum. Vorzugsweise ist der innere Fluideinlass zu einem Einlass des in dem inneren Zwischenraum befindlichen sauerstoffhaltigen Fluids in die innere Isolationseinheit vorgesehen. Insbesondere ist der innere Fluideinlass der Brennstoffzellenvorrichtung an dem Untergehäuse angeordnet. Der innere Fluidauslass ist vorzugsweise an dem Untergehäuse angeordnet. Insbesondere ist der innere Fluidauslass zu einem Auslassen des, insbesondere von dem Nachbrenner kommenden, Abgases aus der inneren Isolationseinheit vorgesehen. Besonders bevorzugt ist der Wärmeübertrager an dem inneren Fluideinlass und an dem inneren Fluidauslass angeschlossen, insbesondere zu einer Wärmeübertragung von dem Abgas auf das sauerstoffhaltige Fluid. Der Wärmeübertrager ist bevorzugt innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses angeordnet. Der Wärmeübertrager ist vorzugsweise außerhalb der inneren Isolationseinheit, insbesondere des Untergehäuses, angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest einen weiteren Wärmeübertrager, einen weiteren inneren Fluideinlass zu einem Einlassen des Brennstoffs in die innere Isolationseinheit und einen weiteren inneren Fluidauslass für das, insbesondere von einer Brennstoffelektrode der Brennstoffzelleneinheit kommende, Abgas aus der inneren Isolationseinheit. Vorzugsweise ist der weitere Wärmeübertrager an dem weiteren inneren Fluideinlass und an dem weiteren inneren Fluidauslass angeschlossen, insbesondere zu einer Wärmeübertragung von dem Abgas auf den Brennstoff. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Umspülung von Versorgungseinheiten, welche eine vergleichsweise hohe Betriebstemperatur aufweisen, insbesondere von mehr als 200°C, vorteilhaft effizient gestaltet werden. Insbesondere kann das sauerstoffhaltige Fluid vor einer Umspülung dieser Versorgungseinheit vorteilhaft vorgewärmt werden. Insbesondere kann eine mit einem Massentransport verknüpfte Abfuhr von Wärme aus der inneren Isolationseinheit heraus vorteilhaft klein gehalten werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein, insbesondere der bereits genannte, innerer Zwischenraum zwischen dem äußeren Isolationsgehäuse und der inneren Isolationseinheit fluidtechnisch mit einem, insbesondere dem bereits genannten, äußeren Zwischenraum zwischen dem äußeren Isolationsgehäuse und dem Außengehäuse verbunden ist. Insbesondere umfasst das äußere Isolationsgehäuse einen äußeren Fluideinlass, durch welchen der innere Zwischenraum mit dem äußeren Zwischenraum verbunden ist. Der äußere Fluideinlass ist insbesondere zu einem Einlass von in dem äußeren Zwischenraum befindlichen sauerstoffhaltigen Fluid vorgesehen. Optional umfasst das äußere Isolationsgehäuse einen äußeren Fluidauslass zu einem Auslass des Abgases aus dem äußeren Isolationsgehäuse in den äußeren Zwischenraum. Alternativ umfasst das äußere Isolationsgehäuse eine Auslassleitung, welche zu einem Auslass des Abgases aus der äußeren Isolationseinheit unter Umgebung des äußeren Zwischenraums in die Umgebung vorgesehen ist. Vorzugsweise ist ein Fluidförderelement innerhalb des Außengehäuses außerhalb des äußeren Isolationsgehäuses angeordnet. Das Fluidförderelement ist insbesondere dazu vorgesehen, das sauerstoffhaltige Fluid von dem äußeren Zwischenraum durch den äußeren Fluideinlass hindurch in den inneren Zwischenraum zu fördern. Insbesondere ist das Fluidförderelement dazu vorgesehen, das sauerstoffhaltige Fluid von dem inneren Zwischenraum durch den inneren Fluideinlass hindurch in die innere Isoliereinheit hinein zu fördern. Insbesondere ist das Fluidförderelement dazu vorgesehen, das sauerstoffhaltige Fluid durch die Brennstoffzelleneinheit hindurch zu transportieren. Insbesondere ist das Fluidförderelement dazu vorgesehen das, insbesondere von einer Sauerstoffelektrode der Brennstoffzelleneinheit kommende, Abgas durch den inneren Fluidauslass hindurch zu dem äußeren Fluidauslass oder der Ausgasleitung zu fördern. Optional ist das Fluidförderelement dazu vorgesehen, das sauerstoffhaltige Fluid, insbesondere Umgebungsluft, aus der Umgebung anzusaugen. Alternativ oder zusätzlich weist das Außengehäuse einen Anschluss für eine externe Versorgungsleitung auf, über welche das sauerstoffhaltige Fluid, insbesondere Umgebungsluft und/oder ein sauerstoffhaltiges Industriegas, in den äußeren Zwischenraum einspeisebar ist. Durch die erfindungsgemä-ße Ausgestaltung kann der Innenraum des äußeren Isolationsgehäuses, zumindest für eine Betriebsdauer der Brennstoffzelleneinheit, vorteilhaft kontinuierlich gespült werden. Insbesondere kann ein Risiko einer Ansammlung von ungewollt austretendem Brennstoff innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses vorteilhaft gering gehalten werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest ein äußeres Umlenkelement aufweist, welches einen direkten Strömungspfad von einem, insbesondere dem bereits genannten, äußeren Fluideinlass in das äußere Isolationsgehäuse hinein zu einem, insbesondere dem bereits genannten, inneren Fluideinlass von dem äußeren Isolationsgehäuse in die innere Isolationseinheit blockiert. Das äußere Umlenkelement ist insbesondere innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses angeordnet oder wird von einer Innenwand des äu-ßeren Isolationsgehäuses ausgebildet. Vorzugsweise ist das äußere Umlenkelement an der inneren Isolationseinheit angeordnet oder wird von einer Außenwand der Isolationseinheit ausgebildet. Besonders bevorzugt ist zwischen dem äußeren Fluideinlass und dem inneren Fluideinlass zumindest eine Komponente der inneren Isolationseinheit angeordnet. Vorzugsweise ist der innere Fluideinlass auf einer von dem äußeren Fluideinlass abgewandten Seite der inneren Isolationseinheit angeordnet. Besonders bevorzugt ist der innere Fluideinlass in einer senkrechten Richtung bezogen auf eine Kanalmittelachse des äußeren Fluideinlasses versetzt gegen den äußeren Fluideinlass angeordnet. Das äußere Umlenkelement ist insbesondere dazu vorgesehen, das durch den äußeren Fluideinlass einströmende sauerstoffhaltige Fluid innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses zu verteilen. Vorzugsweise ist das zumindest eine äußere Umlenkelement, der äußere Fluideinlass und der innere Fluideinlass derart angeordnet, dass das sauerstoffhaltige Fluid entlang des Strömungspfads Risikostellen der Brennstoffzellenvorrichtung bezüglich eines Auftretens eines Leckstroms des Brennstoffs in den inneren Zwischenraum umspült. Risikostellen sind beispielsweise Verbindungsstellen, an welchen zwei separate Bauteile der Brennstoffzellenvorrichtung aneinander befestigt sind, insbesondere Schweißnähte, Flansche, Muffen oder dergleichen. Risikostellen sind beispielsweise mechanische Verschleißstellen, welche beispielsweise aufgrund einer thermischen Ausdehnung und damit verbundener mechanischer Spannungen zum Teil plastisch verformt werden. Risikostellen sind beispielsweise Verschleißstellen, an welchen Materialabtrag oder Versprödung aufgrund einer chemischen und/oder physikalischen Reaktion mit dem Brennstoff und/oder dem sauerstoffhaltigen Fluid stattfindet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft große Anzahl an Versorgungseinheiten und/oder unterschiedlichen Komponenten der inneren Isolationseinheit mit dem sauerstoffhaltigen Fluid umspült werden. Insbesondere kann ein Risiko von Strömungstotzonen und ein Ansammeln von austretendem Brennstoff an einzelnen Versorgungseinheiten und/oder Komponenten der inneren Isolationseinheit vorteilhaft klein gehalten werden. Insbesondere kann eine Konzentration des Brennstoffs innerhalb des inneren Zwischenraums vorteilhaft gering, insbesondere unterhalb der unteren Explosionsgrenze, gehalten werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest ein inneres Umlenkelement aufweist, welches einen direkten Strömungspfad von einem inneren Fluideinlass von dem äußeren Isolationsgehäuse in die innere Isolationseinheit zu einem inneren Fluidauslass aus der inneren Isolationseinheit heraus blockiert. Das innere Umlenkelement ist insbesondere innerhalb der inneren Isolationseinheit angeordnet oder wird von einer Innenwand der inneren Isolationseinheit ausgebildet. Vorzugsweise ist das innere Umlenkelement in dem Untergehäuse angeordnet oder wird von einer Innenwand des Untergehäuses ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das innere Umlenkelement zwischen dem inneren Fluideinlass und der Fluidzuleitung, im besonderen der Verteilerplatte, angeordnet. Das innere Umlenkelement ist insbesondere dazu vorgesehen, dass durch den inneren Fluideinlass einströmende sauerstoffhaltige Fluid innerhalb der inneren Isolationseinheit, insbesondere innerhalb des Untergehäuses, zu verteilen. Vorzugsweise ist das zumindest eine innere Umlenkelement, der innere Fluideinlass und der innere Fluidauslass derart angeordnet, dass das sauerstoffhaltige Fluid entlang des Strömungspfads Risikostellen der Brennstoffzellenvorrichtung bezüglich eines Auftretens eines Leckstroms des Brennstoffs innerhalb der inneren Isolationseinheit, insbesondere innerhalb des Untergehäuses, umspült. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können eine vorteilhaft große Anzahl an Versorgungseinheiten innerhalb der inneren Isolationseinheit mit dem sauerstoffhaltigen Fluid umspült werden. Insbesondere kann ein Risiko von Strömungstotzonen und ein Ansammeln von austretendem Brennstoff an einzelnen Versorgungseinheiten vorteilhaft klein gehalten werden. Insbesondere kann eine Konzentration des Brennstoffs innerhalb der inneren Isolationseinheit vorteilhaft gering, insbesondere unterhalb der unteren Explosionsgrenze, gehalten werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Versorgungseinheiten innerhalb eines, insbesondere des bereits genannten, Untergehäuses der inneren Isolationseinheit angeordnet ist und zumindest eine weitere der Versorgungseinheiten außerhalb dieses Untergehäuses angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Nachbrenner und/oder der Reformer in dem Untergehäuse angeordnet. insbesondere ist der Wärmeübertrager und/oder der weitere Wärmeübertrager außerhalb des Untergehäuses angeordnet. Bevorzugt umfasst die innere Isolationseinheit zumindest ein weiteres Isolationselement, in welchem der weitere Wärmeübertrager angeordnet ist. Vorzugsweise umgibt das weitere Isolationselement aus der Komponentengruppe der Brennstoffzellenvorrichtung, welche sich aus der Brennstoffzelleneinheit und den Versorgungseinheiten zusammensetzt, ausschließlich den weiteren Wärmeübertrager. Das weitere Isolationselement kann weitere Komponenten der Brennstoffzellenvorrichtung zumindest teilweise umgeben, welche unmittelbar an dem weiteren Wärmeübertrager angeordnet sind, wie beispielsweise ein von dem weiteren Wärmeübertrager separat ausgebildeter Sensor, eine Wärmeübertragerfluidzuleitung zu dem weiteren Wärmeübertrager, eine Wärmeübertragerfluidableitung von dem weiteren Wärmeübertrager oder dergleichen. Vorzugsweise ist ein Aufnahmevolumen eines durch das weitere Isolationselement begrenzten Innenraums unwesentlich größer, insbesondere um weniger als 25% größer, bevorzugt um weniger als 10% größer, als ein Volumen des weiteren Wärmeübertragers. Vorzugsweise umgibt das weitere Isolationselement den weiteren Wärmeübertrager zumindest im Wesentlichen vollständig, insbesondere vollständig mit Ausnahme von Fluidanschlüssen für die Wärmeübertragerfluidzuleitung und für die Wärmeübertragerfluidableitung und/oder für Sensoranschlüsse. Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Verteilerplatte als Wärmeübertragerfluidzuleitung und/oder Wärmeübertragerfluidableitung, an welcher der weitere Wärmeübertrager angeordnet ist, ist der Innenraum des weiteren Isolationselements zur Verteilerplatte hin vorzugsweise offen ausgebildet, wobei Seitenwände des Isolationselemente, welche eine Öffnung des Innenraums des Isolationselements begrenzen, vorzugsweise an der Verteilerplatte anliegen und/oder fixiert sind. Das weitere Isolationselement ist vorzugsweise aus einem wärmedämmenden Material gefertigt und insbesondere dazu vorgesehen, eine Wärmekopplung zwischen dem Brennstoff in dem weiteren Wärmeübertrager und dem sauerstoffhaltigen Fluid außerhalb des weiteren Wärmeübertragers gering zu halten, insbesondere ein Abkühlen des Brennstoffs in den weiteren Wärmeübertrager zu vermeiden. Das weitere Isolationselement kann an einer Außenwand des Untergehäuses angeordnet sein oder beabstandet von dem Untergehäuse angeordnet sein. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können unterschiedliche Versorgungseinheiten wärmetechnisch vorteilhaft effizient entkoppelt werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass ein, insbesondere das bereits genannte, Untergehäuse der inneren Isolationseinheit einen von einem, insbesondere dem bereits genannten, inneren Zwischenraum zwischen dem äußeren Isolationsgehäuse und der inneren Isolationseinheit separaten Strömungskanal um zumindest eine der Versorgungseinheiten herum bildet. Der Strömungskanal ist insbesondere dazu vorgesehen, das sauerstoffhaltige Fluid um die zumindest eine in dem Untergehäuse angeordnete Versorgungseinheit herum zu lenken. insbesondere erstreckt sich der Strömungskanal von dem inneren Fluideinlass bis zu der Fluidzuleitung zu der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere der Verteilerplatte. Der Strömungskanal wird insbesondere durch Innenwände des Untergehäuses begrenzt. Insbesondere kann sich das sauerstoffhaltige Fluid innerhalb des Untergehäuses frei von Rohren, Schläuchen oder anderen Fluidleitungen ausbreiten. Insbesondere weist die Fluidzuleitung zu der Brennstoffzelleneinheit, im Speziellen die Verteilerplatte, eine Fluidsammelöffnung auf, welche in den Innenraum des Untergehäuses mündet, um das sauerstoffhaltige Fluid aus dem Untergehäuse abzuführen. Vorzugsweise wird eine Hauptströmungsrichtung des sauerstoffhaltigen Fluids durch das Untergehäuse hindurch, mittels des inneren Umlenkelements vorgegeben. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Strom des sauerstoffhaltigen Fluids vorteilhaft gezielt um die in dem Strömungskanal angeordnete Versorgungseinheit gelenkt werden. Insbesondere kann ein vorteilhaft hoher Volumenstrom des sauerstoffhaltigen Fluids innerhalb des Strömungskanals erreicht werden. Insbesondere kann austretender Brennstoff vorteilhaft schnell abgeführt werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Strömungskanal bezüglich einer vorgesehenen Durchflussrichtung einer als, insbesondere als der bereits genannte, Nachbrenner ausgebildeten Versorgungseinheit nach dem Gegenstromprinzip angeordnet ist. Der Nachbrenner weist insbesondere einen Brennstoffeinlass für das von der Brennstoffelektrode der Brennstoffzelleneinheit kommende Abgas auf, einen Sauerstoffeinlass für das von der Sauerstoffelektrode der Brennstoffzelleneinheit kommende Abgas auf. Der Sauerstoffeinlass und der Brennstoffeinlass können separat voneinander ausgebildet sein oder einen kombinierten Einlass bilden, insbesondere für ein Abgasgemisch aus dem von der Sauerstoffelektrode der Brennstoffzelleneinheit kommenden Abgas und dem von der Brennstoffelektrode der Brennstoffzelleneinheit kommenden Abgas. Der Nachbrenner weist insbesondere einen Abgasauslass auf zu einem Auslass des durch den Nachbrenner weiter, insbesondere vollständig, umgesetzten Abgases. Der Abgasauslass ist vorzugsweise an dem Wärmeübertrager angeschlossen, insbesondere zu einer Weiterleitung des Abgases an den Wärmeübertrager. Die Auslässe sind vorzugsweise direkt oder mittelbar an der Fluidableitung von der Brennstoffzelleneinheit angeordnet, insbesondere zu einer Aufnahme der Abgase von der Brennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise ist der Abgasauslass des Nachbrenners entlang des Strömungskanals näher an dem inneren Fluideinlass als an der Fluidsammelöffnung angeordnet. Insbesondere sind die Einlässe des Nachbrenners entlang des Strömungskanals näher an der Fluidsammelöffnung als an dem inneren Fluideinlass angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Untergehäuse als Verlängerung des Wärmeübertragers genutzt werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft effektive Wärmeübertragung von dem Abgas auf das sauerstoffhaltige Fluid erreicht werden.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Strömungskanal bezüglich einer vorgesehenen Durchflussrichtung einer als Reformer ausgebildeten Versorgungseinheit nach dem Gleichstromprinzip angeordnet ist. Der Reformer weist insbesondere einen Brennstoffeinlass und einen Brennstoffauslass auf. Der Brennstoffeinlass des Reformers ist vorzugsweise an dem weiteren Wärmeübertrager und/oder an einem zusätzlichen Wärmeübertrager der Brennstoffzellenvorrichtung angeschlossen, insbesondere zu einer Aufnahme des vorgewärmten Brennstoffs. Der zusätzliche Wärmeübertrager ist insbesondere dazu vorgesehen, Wärme von von dem Nachbrenner kommendem Abgas auf den zu dem Reformer strömenden Brennstoff zu übertragen. Der Brennstoffauslass des Reformers ist insbesondere an einer weiteren Zufuhrleitung zu der Brennstoffzelleneinheit für den Brennstoff, im Besonderen an der Verteilerplatte angeschlossen, insbesondere zu einer Weiterleitung des durch den Reformer reformierten Brennstoffs zu der Brennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise ist der Brennstoffeinlass des Reformers entlang des Strömungskanals näher an dem inneren Fluideinlass als an der Fluidsammelöffnung. Insbesondere ist der Brennstoffauslass des Reformers entlang des Strömungskanals näher an der Fluidsammelöffnung als an dem inneren Fluideinlass. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können der Reformer und der Nachbrenner vorteilhaft kompakt in dem Untergehäuse angeordnet werden.
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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.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, 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.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung,
- 2 ein schematisches Flussschema der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung,
- 3 eine schematische Darstellung einer inneren Isolationseinheit der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung,
- 4a eine schematische Darstellung von Versorgungseinheiten der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, welche in einem Untergehäuse der inneren Isolationseinheit angeordnet sind und
- 4b eine weitere schematische Darstellung der in 4a gezeigten Versorgungseinheiten aus einer anderen Perspektive.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine Brennstoffzellenvorrichtung 10. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist zumindest eine Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Erzeugen von elektrischem Strom auf. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist insbesondere zu einer Umsetzung eines Brennstoffs und eines sauerstoffhaltigen Fluids, insbesondere Umgebungsluft vorgesehen. Insbesondere setzt die Brennstoffzelleneinheit 12 den Brennstoff zu einem, insbesondere im Vergleich zu dem Brennstoff, brennstoffarmen Abgas um. Insbesondere setzt die Brennstoffzelleneinheit 12 das sauerstoffhaltige Fluid zu einem, insbesondere im Vergleich zu dem sauerstoffhaltigen Fluid, sauerstoffarmen Abgas um. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist mehrere Versorgungseinheiten 14, 15 zu einem Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 12 auf. Die Versorgungseinheiten 14, 15 sind insbesondere zu einer Handhabung des Brennstoffs, des sauerstoffhaltigen Fluids und/oder eines der Abgase vorgesehen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist zumindest ein Au-ßengehäuse 16 auf. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ein äußeres Isolationsgehäuse 18 auf. Das äußere Isolationsgehäuse 18 ist innerhalb des Außengehäuses 16 angeordnet. Das äußere Isolationsgehäuse 18 umgibt die Brennstoffzelleneinheit 12 und/oder zumindest eine der Versorgungseinheiten 14. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine innere Isolationseinheit 20. Die innere Isolationseinheit 20 ist in dem äußeren Isolationsgehäuse 18 angeordnet. Die innere Isolationseinheit 20 ist von dem äußeren Isolationsgehäuse 18 separat ausgebildet.
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Insbesondere umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 zumindest einen Nachbrenner 46 als innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheit 14. Der Nachbrenner 46 ist insbesondere dazu vorgesehen, das brennstoffarme Abgas und das sauerstoffarme Abgas zu einem Nachbrennerabgas umzusetzen. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 einen Reformer 48 als innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheit 14. Bevorzugt umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 einen Wärmeübertrager 26 als innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheit 14. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst insbesondere einen weiteren Wärmeübertrager 50 als innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheit 14. Bevorzugt ist zumindest eine der Versorgungseinheiten 15 außerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnet. Beispielsweise umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 als außerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheit 15 ein Fluidförderelement 52 zu einer Förderung eines sauerstoffhaltigen Fluids zu der Brennstoffzelleneinheit 12.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst insbesondere eine Verteilerplatte zu einer Führung des Brennstoffs, des sauerstoffhaltigen Fluids und/oder eines Abgases zwischen der Brennstoffzelleneinheit 12 und einer oder mehrerer der Versorgungseinheiten 14. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist insbesondere an der Verteilerplatte angeordnet. Die Brennstoffzelleneinheit 12 und der weitere Wärmeübertrager 50 sind insbesondere auf derselben Seite der Verteilerplatte an der Verteilerplatte angeordnet. Die Brennstoffzelleneinheit 12 und der Nachbrenner 46 sind vorzugsweise auf unterschiedlichen Seiten der Verteilerplatte angeordnet. Die Brennstoffzelleneinheit 12 und der Reformer 48 sind vorzugsweise auf unterschiedlichen Seiten der Verteilerplatte angeordnet. Der Reformer 48 und/oder der Nachbrenner 46 sind insbesondere zwischen der Brennstoffzelleneinheit 12 und dem Wärmeübertrager 26 angeordnet.
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Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist in der inneren Isolationseinheit 20 angeordnet. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist in einem Isolationselement 22 der inneren Isolationseinheit 20 angeordnet. Zumindest eine der Versorgungseinheiten 14, insbesondere der Reformer 48, der Nachbrenner 46 und/oder der weitere Wärmeübertrager 50, ist in der inneren Isolationseinheit 20 angeordnet. Insbesondere ist der Wärmeübertrager 26 außerhalb der inneren Isolationseinheit 20 angeordnet. Die innere Isolationseinheit 20 umfasst ein Untergehäuse 24. Zumindest eine der Versorgungseinheiten 14, insbesondere der Reformer 48 und/oder der Nachbrenner 46, ist in dem Untergehäuse 24 der inneren Isolationseinheit 20 angeordnet. Das Untergehäuse 24 ist von dem Isolationselement 22 unterschiedlich ausgebildet. Das Untergehäuse 24 und die Brennstoffzelleneinheit 12 sind vorzugsweise auf unterschiedlichen Seiten der Verteilerplatte angeordnet. Zumindest eine weitere der Versorgungseinheiten 14, insbesondere der weitere Wärmeübertrager 50, ist außerhalb des Untergehäuses 24 angeordnet.
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Die innere Isolationseinheit 20 umfasst einen inneren Fluideinlass 28. Der innere Fluideinlass 28 führt von dem äußeren Isolationsgehäuse 18 in die innere Isolationseinheit 20 hinein. Der innere Fluideinlass 28 ist insbesondere zu einer Einspeisung des sauerstoffhaltigen Fluids in die innere Isolationseinheit 20 vorgesehen. Die innere Isolationseinheit 20 umfasst einen inneren Fluidauslass 30 (vgl. 2). Der innere Fluidauslass 30 führt aus der inneren Isolationseinheit 20 heraus. Der innere Fluidauslass 30 ist insbesondere zu einem Auslassen des Nachbrennerabgases vorgesehen. Der Wärmeübertrager 26 ist an dem inneren Fluideinlass 28 angeordnet. Der Wärmeübertrager 26 ist an dem inneren Fluidauslass 30 angeordnet. Der Wärmeübertrager 26 ist insbesondere dazu vorgesehen, Wärme von dem Nachbrennerabgas auf den Brennstoff und/oder das sauerstoffhaltige Fluid zu übertragen. Der Wärmeübertrager 26 ist vorzugsweise an einem wärmedämmenden Sockel 54 des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnet. Der Wärmeübertrager 26 ist vorzugsweise an dem Untergehäuse 24 angeordnet.
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Insbesondere ist der innere Fluideinlass 28 an dem Untergehäuse 24 angeordnet. Insbesondere speist der Wärmeübertrager 26 das durch den Wärmeübertrager 26 vorgewärmte sauerstoffhaltige Fluid über den inneren Fluideinlass 28 in das Untergehäuse 24 ein.
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Ein innerer Zwischenraum 32 zwischen dem äußeren Isolationsgehäuse 18 und der inneren Isolationseinheit 20 ist fluidtechnisch mit einen äußeren Zwischenraum 34 zwischen dem äußeren Isolationsgehäuse 18 und dem Außengehäuse 16 verbunden. Das äußere Isolationsgehäuse 18 umfasst einen äußeren Fluideinlass 38, der insbesondere den äußeren Zwischenraum 34 mit dem inneren Zwischenraum 32 verbindet. Vorzugsweise weist das Außengehäuse 16 Luftöffnungen, Lüftungsgitter oder dergleichen auf, durch welche hindurch das Fluidförderelement 52 das sauerstoffhaltige Fluid in den äußeren Zwischenraum 34 hineinsaugt. Insbesondere fördert das Fluidförderelement 52 das sauerstoffhaltige Fluid durch den äußeren Fluideinlass 38 in den inneren Zwischenraum 32. Insbesondere fördert das Fluidförderelement 52 das sauerstoffhaltige Fluid auf einem äußeren Strömungspfad 62 durch den äußeren Zwischenraum 34 zu dem inneren Fluideinlass 28, insbesondere durch den Wärmeübertrager 26 hindurch. Der äußere Strömungspfad 62 verläuft insbesondere um das Isolationselement 22 mit der Brennstoffzelleneinheit 12, um den weiteren Wärmeübertrager 50 in einem weiteren Isolationselement 66 der inneren Isolationseinheit 20 und um das Untergehäuse 24 mit dem Nachbrenner 46 und/oder dem Reformer 48 herum.
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2 zeigt ein Flussdiagramm der Brennstoffzellenvorrichtung 10. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst vorzugsweise als weitere außerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheit 15 ein Brennstoffförderelement 56 zu einer Förderung des Brennstoffs zu der Brennstoffzelleneinheit 12. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst vorzugsweise als eine der innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheiten 14 ein Rezirkulationsförderelement 58 zu einer Rezirkulation des brennstoffarmen Abgases zu der Brennstoffzelleneinheit 12. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst vorzugsweise als eine der innerhalb des äußeren Isolationsgehäuses 18 angeordnete Versorgungseinheit 14 einen Aufheizbrenner 60 zu einem Vorheizen der Brennstoffzellenvorrichtung 10 auf eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 und/oder des Reformers 48.
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Der weitere Wärmeübertrager 50 ist insbesondere an einem weiteren inneren Fluideinlass 29 der inneren Isolationseinheit 20 angeschlossen, der zu einem Einlassen des Brennstoffs in die innere Isolationseinheit 20 vorgesehen ist. Der weitere Wärmeübertrager 50 ist vorzugsweise an einem weiteren inneren Fluidauslass 31 der inneren Isolationseinheit 20 angeschlossen, der zu einem Auslassen des brennstoffarmen Abgases aus der inneren Isolationseinheit 20 vorgesehen ist. Der weitere Wärmeübertrager 50 ist insbesondere dazu vorgesehen, den in die innere Isolationseinheit 20 strömenden Brennstoff vorzuwärmen und/oder das brennstoffarme Abgas vor einer Rezirkulation, insbesondere stromaufwärts des Rezirkulationsförderelements 58 abzukühlen.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst zumindest ein äußeres Umlenkelement 36. Das äußere Umlenkelement 36 blockiert einen direkten Strömungspfad von dem äußeren Fluideinlass 38 in das äußere Isolationsgehäuse 18 hinein zu dem inneren Fluideinlass 28 von dem äußeren Isolationsgehäuse 18 in die innere Isolationseinheit 20. Beispielsweise kann die Verteilerplatte als äußeres Umlenkelement 36 verwendet werden. Alternativ ist das äußere Umlenkelement 36 als Blech ausgebildet, welches innerhalb des inneren Zwischenraums 32 angeordnet ist. Das äußere Umlenkelement 36 lenkt das sauerstoffhaltige Fluid insbesondere auf den äußeren Strömungspfad 62. Vorzugsweise lässt der äußere Strömungspfad 62 das sauerstoffhaltige Fluid, insbesondere zusätzlich, den Aufheizbrenner 60 und/oder das Rezirkulationsförderelement 58 umspülen.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst zumindest ein inneres Umlenkelement 40, 42 (vgl. 4a, 4b). Das innere Umlenkelement 40, 42 blockiert einen direkten Strömungspfad von dem inneren Fluideinlass 28 von dem äußeren Isolationsgehäuse 18 in die innere Isolationseinheit 20 zu dem inneren Fluidauslass 30 aus der inneren Isolationseinheit 20 heraus. Das innere Umlenkelement 40 lenkt das sauerstoffhaltige Fluid insbesondere auf einen inneren Strömungspfad 64 durch die innere Isolationseinheit 20, insbesondere durch das Untergehäuse 24. Das Untergehäuse 24 der inneren Isolationseinheit 20 bildet einen von dem inneren Zwischenraum 32 zwischen dem äußeren Isolationsgehäuse 18 und der inneren Isolationseinheit 20 separaten Strömungskanal 44 um zumindest eine der Versorgungseinheiten 14, insbesondere um den Reformer 48 und/oder den Nachbrenner 46, herum. Insbesondere führt der innere Strömungspfad 64 durch den Strömungskanal 44.
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3 zeigt die innere Isolationseinheit 20 zusammen mit dem außerhalb der inneren Isolationseinheit 20 angeordneten Wärmeübertrager 26 und dem außerhalb der inneren Isolationseinheit 20 angeordneten Rezirkulationsförderelement 58. Der äußere Strömungspfad 62 lässt das sauerstoffhaltige Fluid insbesondere von dem äußeren Fluideinlass 38 (hier nicht zu sehen) entlang der inneren Isolationseinheit 20 strömen, bevor es in den Wärmeübertrager 26 eintritt.
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4a und 4b zeigen einen Innenraum des Untergehäuses 24. Insbesondere umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10 als in dem Untergehäuse 24 angeordnete Versorgungseinheit 14 einen weiteren Nachbrenner 47. Der weitere Nachbrenner 47 und der Nachbrenner 46 sind insbesondere fluidtechnisch parallel an der Brennstoffzelleneinheit 12 und dem Wärmeübertrager 26 angeordnet. Der Nachbrenner 46 und/oder der weitere Nachbrenner 47 weisen insbesondere jeweils einen kombinierten Abgaseinlass auf, welcher an der Verteilerplatte angeschlossen ist, und zu einem Einlass eines Abgasgemischs aus dem brennstoffarmen Abgas und dem sauerstoffarmen Abgas vorgesehen ist. Eine jeweilige Längsachse des Nachbrenners 46, des weiteren Nachbrenners 47 und/oder des Reformers 48 ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Versorgungsplatte angeordnet. Der innere Fluideinlass 28 ist insbesondere als Auslassöffnung des Wärmeübertragers 26 ausgebildet, welche in den Innenraum des Untergehäuses 24 mündet. Die Verteilerplatte weist insbesondere eine Fluidsammelöffnung 68 auf, durch welche das sauerstoffhaltige Fluid aus dem Untergehäuse 24 heraus und in die Verteilerplatte hinein fließen kann. In dem Untergehäuse 24 ist insbesondere das innere Umlenkelement 40 und optional ein weiteres inneres Umlenkelement 42 der Brennstoffzellenvorrichtung 10 angeordnet. Das innere Umlenkelement 40 und/oder das weitere innere Umlenkelement 42 sind/ist insbesondere als Umlenkblech ausgebildet. Insbesondere ist eine Haupterstreckungsebene des inneren Umlenkelements 40 und/oder des weiteren inneren Umlenkelements 42 zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Nachbrenners 46, des weiteren Nachbrenners 47 und/oder des Reformers 48. Das innere Umlenkelement 42 ist beispielsweise zwischen dem Nachbrenner 46, dem weiteren Nachbrenner 47 und/oder dem Reformer 48 sowie dem inneren Fluideinlass 28 angeordnet. Das weitere innere Umlenkelement 42 ist beispielsweise zwischen dem Nachbrenner 46, dem weiteren Nachbrenner 47 und/oder dem Reformer 48 sowie der Fluidsammelöffnung 68 angeordnet. Insbesondere definiert das Umlenkelement 40 und das weitere Umlenkelement 42 das sauerstoffhaltige Fluid auf den inneren Strömungspfad 64, der insbesondere S-förmig durch das Untergehäuse 24 führt und insbesondere streckenweise zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Nachbrenners 46, des weiteren Nachbrenners 47 und/oder des Reformers 48 verläuft. Der, insbesondere durch das Untergehäuse 24 und das zumindest eine Umlenkelement 40, 42 gebildete, Strömungskanal 44 für das sauerstoffhaltige Fluid ist bezüglich einer vorgesehenen Durchflussrichtung der Abgase durch den Nachbrenner 46 und/oder durch den weiteren Nachbrenner 47 nach dem Gegenstromprinzip angeordnet. Der, insbesondere durch das Untergehäuse 24 und das zumindest eine Umlenkelement 40, 42 gebildete, Strömungskanal 44 für das sauerstoffhaltige Fluid ist bezüglich einer vorgesehenen Durchflussrichtung des Brennstoffs durch den Reformer 48 nach dem Gleichstromprinzip angeordnet.
