DE102022106825A1 - Modulbox, Verfahren zur Herstellung einer Modulbox, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellen-Fahrzeug - Google Patents

Modulbox, Verfahren zur Herstellung einer Modulbox, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellen-Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Modulbox (19) mit einer Mehrzahl paarweise zusammengefasster, spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeter Brennstoffzellenstapel (2), die symmetrisch zur einer Mittenebene (20) innerhalb eines Gehäuses (21) angeordnet sind und mindestens eine gemeinsame Medienführung für mindestens ein Prozessgas haben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Modulbox (19), eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) sowie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Modulbox mit einer Mehrzahl paarweise zusammengefasster, spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeter Brennstoffzellenstapel, die symmetrisch zur einer Mittenebene innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind und mindestens eine gemeinsame Medienführung für mindestens ein Prozessgas haben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Modulbox, eine Brennstoffzellenvorrichtung sowie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug.
  • Brennstoffzellen dienen dazu, in einer chemischen Reaktion zwischen einem wasserstoffhaltigen Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel, in der Regel Luft, elektrische Energie bereitzustellen. Bei einer Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell SOFC) besteht dabei eine Elektrolytschicht aus einem namensgebenden festen Werkstoff, z.B. keramischen yttriumdotierten Zirkoniumdioxid, der in der Lage ist, Sauerstoffionen zu leiten, während Elektronen nicht geleitet werden. Die Elektrolytschicht ist zwischen zwei Elektrodenschichten aufgenommen, nämlich der Kathodenschicht, der die Luft als Kathodenfrischgas zugeführt wird, und der Anodenschicht, die mit dem Brennstoff als Anodenfrischgas versorgt wird, der durch H2, CO, CH4 oder ähnliche Kohlenwasserstoffe gebildet sein kann. Wird die Luft durch die Kathodenschicht zu der Elektrolytschicht geführt, nimmt der Sauerstoff zwei Elektronen auf und die gebildeten Sauerstoffionen O2- bewegen sich durch die Elektrolytschicht zu der Anodenschicht, wobei die Sauerstoffionen dort mit dem Brennstoff reagieren unter Bildung von Wasser und CO2. Kathodenseitig findet die folgende Reaktion statt: ½ O2 + 2e- → 2O2- (Reduktion/Elektronenaufnahme). An der Anode erfolgen die folgende Reaktionen: H2 + O2- --> H2O + 2 e- sowie CO + O2- → CO2 + 2e- (Oxidation/Elektronenabgabe).
  • Festoxid-Brennstoffzellen benötigen hohe Temperaturen über 700°C, bei denen sie betrieben werden, so dass auch die Verwendung der Bezeichnung Hochtemperatur-Brennstoffzelle üblich ist. Allerdings bedingt die für eine ausreichende Leitfähigkeit der Elektrolytschicht erforderliche hohe Temperatur, dass im Startfall eine Erwärmung erforderlich ist, die bei mobilen Anwendungen dieser Festoxid-Brennstoffzelle in Brennstoffzellen-Fahrzeugen in kurzen Zeiträumen, vorzugsweise in weniger als 3 Minuten erfolgen muss, um eine entsprechende Nutzerakzeptanz zu erzielen, also die thermische Masse nicht zu groß werden darf. Bei mobilen Anwendungen ist die Nutzung von CH4 als Brennstoff vorteilhaft, da dieser einfacher gespeichert werden kann und so höhere Reichweiten als bei der Nutzung von Wasserstoff in Drucktanks zulässt. Im Falle von CH4 wird der Brennstoff aus dem Brennstofftank einem Reformer für die Aufspaltung in Wasserstoff zugeführt, wobei auch dieser Reformer eine ausreichende Betriebstemperatur aufweisen muss.
  • Eine Festoxid-Brennstoffzelle muss nicht planar gestaltet sein, sondern kann auch tubular als Mikrotube ausgeführt sein; auch besteht zur Leistungssteigerung die Möglichkeit, mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel zusammen zu fassen. Die dabei generierbare Leistung ist insbesondere bei der Nutzung von tubularen Brennstoffzellen durch verschiedene Faktoren begrenzt, da die Länge der Mikrotubes fertigungstechnisch begrenzt ist und damit die maximale Höhe vorgegeben ist. Die Tiefe ist im Hinblick auf eine Gleichverteilung der Reaktanten begrenzt, die oberhalb einer gegebenen Tiefe nicht mehr gewährleistet ist. Die Breite des Brennstoffzellenstapels mit einer Mehrzahl von tubularen Brennstoffzellen kann am flexibelsten variiert werden, ist aber durch die Temperaturverteilung begrenzt, da der Reformer seine Wärme zum großen Teil über die Wände zugeführt bekommt. Weiterhin ist zu beachten, dass auch über die Zellverschaltungen und die Grenzspannungen und Grenzstromstärken die Anzahl der Brennstoffzellen innerhalb eines Brennstoffzellenstapels begrenzt wird.
  • Zur Leistungssteigerung ist in der EP 1 443 583 A2 vorgesehen, mehrere Brennstoffzellenstapel in einer ringförmigen Anordnung zu nutzen. Die Verwendung einer Mehrzahl von Brennstoffzellenstapel ist auch in der EP 2 390 950 A2 offenbart, die linear oder nach Art einer Matrix zueinander angeordnet werden können. In der WO 2019/173858 A1 ist ein modulares Brennstoffzellensystem beschrieben, das mehrere Module zur Bereitstellung elektrischer Energie umfasst, wobei jedes Modul eine Coldbox und eine Hotbox aufweist, eine Luftquelle und einer Luftzuführleitung sowie eine Brennstoffquelle und eine Brennstoffzuführleitung. Die Module sind über die Luftzuführleitung mit der Luftquelle und über die Brennstoffzuführleitung mit der Brennstoffquelle verbunden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Voraussetzungen für eine weitere Leistungssteigerung zu schaffen. Aufgabe ist weiterhin, eine verbesserte Brennstoffzellenvorrichtung und ein effizienteres Brennstoffzellen-Fahrzeug bereit zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Modulbox mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 7, durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Modulbox zeichnet sich dadurch aus, dass die Limitierungen hinsichtlich einer Vergrößerung der Breite überwunden werden, wobei ein kompakter Aufbau erhalten bleibt mit einer relativ geringen thermischen Masse, da eine gemeinsame Zufuhr und/oder Abfuhr eines oder mehrerer Prozessgase genutzt wird, so dass sich durch die gemeinsame Nutzung auch die Anzahl der Schnittstellen nicht entsprechend der Anzahl der Brennstoffzellenstapel erhöht.
  • Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Brennstoffzellenstapel durch Mikrotubes gebildete Brennstoffzellen und Medienführungen für die Reaktanten aufweisen und als Submodulboxen gebildet sind. Die Submodulboxen weisen damit die erforderlichen Strukturen und Bauteile auf und können in insgesamt den spiegelsymmetrischen Aufbau bereit stellen, so dass im einfachsten Fall für die meisten Anwendungen zwei spiegelsymmetrische Submodulboxen im Bereich der Mittenebene zusammengefügt werden. Es ist aber darauf hinzuweisen, dass auch mehr als zwei Submodulboxen genutzt werden können, wobei dann nur stets die Randbedingungen einzuhalten sind, dass zwei Submodulboxen paarweise zusammengefasst werden und die Bestandteile des Paares in der Modulbox symmetrisch zur Mittenebenen positioniert werden. Werden also beispielsweise drei Paare genutzt, wird das erste direkt an der Mittenebene positioniert, das zweite Paare um eine Position nach außen versetzt und das dritte Paar nochmals um eine Position nach außen versetzt liegt.
  • Für den einfachsten Anwendungsfall liegt demnach ein Paar der paarweisen zusammengefassten Brennstoffzellenstapel vor und die Submodulboxen sind im Bereich der Mittenebene durch Löten und/oder Schweißen miteinander verbunden sind.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform, die sich hinsichtlich der Einfachheit ihres Aufbaus und ihrer Fertigungsmöglichkeit auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens einen gemeinsamen Medienführung für das Kathodenfrischgas und/oder das Kathodenabgas gebildet ist. Dadurch kann die Anzahl der Anschlüsse an der Modulbox für die Medienführungen reduziert werden, dessen Kompaktheit wird gefördert und die thermische Masse begrenzt. Diese Vorteile gelten auch, wenn eine der mindestens einen gemeinsamen Medienführung für das Anodenfrischgas und/oder das Anodenabgas gebildet ist.
  • Besonders bevorzugt ist weiterhin, wenn mindestens eine der gemeinsamen Medienführungen im Bereich der Mittenebene an das Gehäuse angeschlossen ist. Dies kann beispielsweise die Medienführung für das Kathodenfrischgas sein oder auch die Medienführung für das Anodenabgas oder auch diese beiden Medienführungen in einer an dem Gehäuse gegenüberliegenden Anordnung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Modulbox mit einer Mehrzahl paarweise zusammengefasster, spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeter Brennstoffzellenstapel, die symmetrisch zur einer Mittenebene inner-halb eines Gehäuses angeordnet sind und mindestens eine gemeinsame Medienführung für mindestens ein Prozessgas haben, und die durch Mikrotubes gebildete Brennstoffzellen und Medienführungen für die Reaktanten aufweisen und als Submodulboxen gebildet sind, umfasst die Schritte:
    • • Anordnen der Submodulboxen symmetrisch zur Mittenebene,
    • • Ausbilden einer Verbindung durch Löten und/oder Schweißen im Bereich der Mittenebene für die dem Kathodenfrischgas und/oder dem Kathodenabgas zugeordnete Medienführung.
  • Zu beachten ist, dass bei der Erfindung nicht lediglich zwei identische Modulboxen kombiniert werden, sondern zwei paarweise zusammengefasste, spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildete Brennstoffzellenstapel beziehungsweise Submodulboxen zusammenwirken und mindestens eine gemeinsame Medienführung ermöglicht ist und ausgenutzt wird. Dabei muss aber neben der gemeinsamen Zufuhr und/oder Abfuhr in die beiden Submodulboxen auch die Dichtigkeit hergestellt werden für die gemeinsam genutzte Medienführung. Dies ist für das Kathodenfrischgas und das Kathodenabgas von außen in einfacher Weise möglich.
  • Dann besteht auch die Möglichkeit, dass nach der Herstellung der Verbindung für die dem Kathodenfrischgas und/oder dem Kathodenabgas zugeordnete Medienführung ein Blech mit einem Rohranschluss für die Medienführung des Anodenabgases an dem Gehäuse durch Löten und/oder Schweißen befestigt und dieses dadurch abgedichtet wird. Die Reihenfolge ist dabei bedeutsam, da bei der konventionellen Platzierung der Medienführungen das Anodenfrischgas und das Anodenabgas außenseitig an den Medienführungen für das Kathodenfrischgas und das Kathodenabgas vorbeigeführt wird.
  • Die vorstehend genannten Wirkungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer derartigen Modulbox und für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, für das sich aufgrund des kompakten Aufbaus Bauraumvorteile für eine gesteigerte Leistungsbereitstellung ergeben.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung,
    • 2 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Brennstoffzellenstapels mit mehreren als Mikrotubes ausgeführten Festoxid-Brennstoffzellen, in einer Seitenansicht (links) und einer Draufsicht (rechts),
    • 3 eine der 2 entsprechende Darstellung einer Modulbox mit zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Brennstoffzellenstapel, in einer Seitenansicht (unten) und einer Draufsicht (oben),
    • 4 eine dem unteren Teil der 3 entsprechende Darstellung einer Modulbox nach einem ersten Fertigungsschritt,
    • 5 eine der 4 entsprechende Darstellung nach einem zweiten Fertigungsschritt,
    • 6 eine der 4 entsprechende Darstellung nach einem alternativen Fertigungsverfahren,
    • 7 eine der 5 entsprechende Darstellung für den zweiten Fertigungsschritt des alternativen Fertigungsverfahrens,
    • 8 eine der 3 entsprechende Darstellung einer Ausführungsform, bei der eine getrennte Kathodengaszufuhr und eine gemeinsame Kathodengasabfuhr realisiert ist,
    • 9 eine der 4 entsprechende Darstellung nach dem ersten Fertigungsschritt für eine Modulbox mit einer gemeinsamen Anodengaszufuhr,
    • 10 eine der 5 entsprechende Darstellung für die Modulbox aus 9,
    • 11 eine dem oberen Teil der 3 entsprechende Darstellung einer Modulbox mit vier Brennstoffzellenstapel,
    • 12 eine dem unteren Teil der 3 entsprechende Darstellung der Modulbox aus 11, und
    • 13 eine der 12 entsprechende Darstellung einer Modulbox mit zusammen gefasster Anodengasabfuhr und Kathodengasabfuhr.
  • In der 1 ist der zur Erläuterung der Erfindung erforderliche Teil einer Brennstoffzellenvorrichtung 1 in der Ausgestaltung einer Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung gezeigt, die insbesondere in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug verwendet werden kann. Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 weist einen in 2 einzeln gezeigten Brennstoffzellenstapel 2 auf, der über eine Mehrzahl zwischen zwei Zellenhalter 4 angeordnete Brennstoffzellen 3 verfügt, die als tubulare Brennstoffzellen (Mikrotubes 5) gestaltet sind, bei denen auf der Innenseite die Anodenschicht angeordnet ist. Die Zellenhalter 4 fungieren auch als Teil von Medienführungen als Verteiler für die Zufuhr von dem Brennstoff und der Luft beziehungsweise der Ableitung der Abgase, also dem Transport der Prozessgase.
  • Der durch Methan gebildete Brennstoff ist in einem Brennstofftank 6 bereit gestellt, aus dem der Brennstoff über ein Regelventil 7 entnommen und einem Reformer 8 zugeführt wird, in dem aus dem Brennstoff über eine Dampfreformation der Wasserstoff als Anodenfrischgas 9 bereit gestellt wird zur nachfolgenden teilweisen Umsetzung in den Brennstoffzellen 3. Ein Teil des Anodenabgases 10 wird, beispielsweise durch ein Rezirkulationsgebläse 11 in einer Rezirkulationsleitung rezirkuliert und erneut dem Reformer 8 zugeführt, während der komplementäre Teil des Anodenabgases 10 zu einem Nachbrenner 13 geführt wird.
  • Kathodenseitig wird für die Bereitstellung des Kathodenfrischgases 14 die Luft mittels eines Verdichters 15 verdichtet und in einem Wärmeübertrager 16 erhitzt, dem die Abwärme des Nachbrenners 13 zugeführt wird, der auch das Kathodenabgas 17 zugeführt bekommt, das auf dem Weg dahin Wärmerippen 18 umströmt, die thermisch mit dem Reformer 8 in Kontakt stehen.
  • 2 zeigt links in einer Seitenansicht eine Modulbox 19 mit einem Brennstoffzellenstapel 2 mit tubularen Brennstoffzellen 3 und den Medienführungen für die vorstehend erwähnten Prozessgase. Die Längenerstreckung der tubularen Brennstoffzellen 3 bestimmt dabei die Höhe H der Modulbox 19 und die Anzahl der nebeneinander angeordneten Mikrotubes 5 deren Breite B. Rechts ist in 2 in einer Draufsicht die Modulbox 19 gezeigt zur Definition von deren Tiefe T. Pfeile sind für die Symbolisierung dieser Abmessungen genutzt.
  • Für eine Erhöhung der potentiellen Leistungsbereitstellung sind die aus den 3 bis 13 ersichtlichen Modulboxen 19 nutzbar. Diese sind gebildet mit einer Mehrzahl paarweise zusammengefasster, spiegel-symmetrisch zueinander ausgebildeter Brennstoffzellenstapel 3, die symmetrisch zur einer Mittenebene 20 innerhalb eines Gehäuses 21 angeordnet sind und mindestens eine gemeinsame Medienführung für mindestens ein Prozessgas haben. 3 zeigt dabei eine Ausführungsform mit genau einem Paar zusammengefasster Brennstoffzellenstapel 2, wobei Varianten dieser Ausführungsform mit einem Paar in den 4 bis 10 gezeigt sind. Prinzipiell besteht aber auch die in den 11 bis 13 gezeigte Möglichkeit, mehr als ein Paar zu verwenden, wobei die symmetrische Anordnung der beiden Paarteile symmetrisch zu der Mittenebene 20 eingehalten wird.
  • 3 zeigt als Konstituenten des Paares Submodulboxen 22, die die Brennstoffzellenstapel 2 mit durch Mikrotubes 5 gebildete Brennstoffzellen 3 und Medienführungen für die Reaktanten umfassen, wobei gegenüber der in 2 gezeigten Modulbox 19 die Wand beim Kathodeneintritt 23 entfällt und zwei spiegelsymmetrisch gestaltete Submodulboxen 22 vorliegen, die am Umfang im Bereich der Mittenebene 20 durch Löten und/oder Schweißen miteinander verbunden sind. Dadurch liegt für beide Submodulboxen 22 ein gemeinsamer, durch die Medienführung für das Kathodenfrischgas 14 gespeister Kathodeneintritt 23 vor, also eine der mindestens einen gemeinsamen Medienführung für das Kathodenfrischgas 14 und/oder das Kathodenabgas 17 gebildet ist, im gezeigten Ausführungsbeispiel nämlich für das Kathodenfrischgas 14.
  • Die 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform, bei der eine der mindestens einen gemeinsamen Medienführung für das Anodenfrischgas 9 und/oder das Anodenabgas 10 gebildet ist, nämlich für das Anodenabgas 10, das durch ein Element mit einem Rohr 24 aus der Submodulbox 22 geführt wird.
  • Bei den beiden in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen sind die gemeinsamen Medienführungen im Bereich der Mittenebene 20 an das Gehäuse 21 angeschlossen ist, während 6 eine Variante zeigt, bei der aus Fertigungsgründen das Rohr 24 für das Anodenabgas 10 aus der Mittenebene 20 verschoben ist.
  • Die Fertigung erfolgt durch ein Verfahren zur Herstellung einer Modulbox 19 mit einer Mehrzahl paarweise zusammengefasster, spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeter Brennstoffzellenstapel 2, die symmetrisch zur einer Mittenebene 20 innerhalb eines Gehäuses 21 angeordnet sind und mindestens eine gemeinsame Medienführung für mindestens ein Prozessgas haben, und die durch Mikrotubes 5 gebildete Brennstoffzellen 2 und Medienführungen für die Reaktanten aufweisen und als Submodulboxen 22 gebildet sind, umfassend die Schritte:
    • • Anordnen der Submodulboxen 22 symmetrisch zur Mittenebene 20,
    • • Ausbilden einer Verbindung 25 durch Löten und/oder Schweißen im Bereich der Mittenebene 20 für die dem Kathodenfrischgas 14 und/oder dem Kathodenabgas 17 zugeordnete Medienführung.
  • Dies führt zu der aus den 3 bis 5 ersichtlichen Modulboxen 19, bei denen im Bereich der Mittenebene 20 die Dichtigkeit des Kathodeneintritts 23 durch die beiden Verfahrensschritte hergestellt wird.
  • In der 3 ist der Anodenaustritt für das Anodenabgas 10 bei beiden Submodulboxen 22 nach außen gasdicht verschlossen, bevor die beiden Submodulboxen 22 zusammengefügt werden, sodass nur eine Schweißnaht notwendig ist, um die Kathode von der Umgebung zu trennen. Nach der Herstellung der Verbindung 25 für die dem Kathodenfrischgas 14 und/oder dem Kathodenabgas 17 zugeordnete Medienführung wird ein Blech mit einem Rohr 24 für die Medienführung des Anodenabgases 10 an dem Gehäuse 21 durch Löten und/oder Schweißen befestigt und dieses dadurch abgedichtet wird. Die 4 und 5 zeigen eine Modulbox 15 mit gemeinsamer Anodengasabfuhr beider Submodulboxen 22. Die Fertigung erfolgt in einer Abfolge, bei der innenliegende Dichtnähte/Verbindungen 25 zuerst und nachfolgend dann die außenliegende Verbindung 25 gesetzt wird.
  • Die 8 zeigt eine Variante, bei der eine getrennte Zufuhr des Kathodenfrischgases 14 erfolgt und das Kathodenabgas 17 gemeinsam abgeführt wird. Der Anodeneintritt für das Anodenfrischgas 9 ist bei der Fertigung vor dem Zusammenfügen der Submodulboxen 22 geschlossen, sodass nur eine Schweißnaht erforderlich ist. Gemeinsam wird auch das Anodenfrischgas 9 durch die Reformer 8 zugeführt; das Anodenabgas 10 verlässt die Modulbox 19 durch getrennte Medienführungen.
  • Die 9 und 10 zeigen die Abfolge der Fertigungsschritte mit dem Setzen der Verbindung 25 im Bereich der Zellenhalter 4 und nachfolgend nach außen versetzt für das Rohr 24 für das Anodenfrischgas 9. Es gibt eine gemeinsame Zuführung für das Anodenfrischgas 9 für beide Submodulboxen 22, die gemäß der Schritte aus den 9 und 10 hergestellt werden.
  • 12 verweist auf die Möglichkeit, mehr als ein Paar Submodulboxen 22 zu nutzen, wobei die Medienführungen für das Kathodenfrischgas 14 und das Kathodenabgas 17 zusammengefasst sind. Für das Anodenfrischgas 9 und das Anodenabgas 10 liegen separate Anschlüsse vor. In 13 ist eine Zusammenfassung der Medienführungen für das Anodenfrischgas 9 und das Anodenabgas 10 gezeigt für das innere Paar, wobei dies auch für das äußere Paar realisiert werden kann, wenn ein drittes Paar ergänzt wird.
  • BEZUGSZEICHENLISTE:
    • 1
    Brennstoffzellenvorrichtung
    2
    Brennstoffzellenstapel
    3
    Brennstoffzellen
    4
    Zellenhalter
    5
    Mikrotubes
    6
    Brennstofftank
    7
    Regelventil
    8
    Reformer
    9
    Anodenfrischgas
    10
    Anodenabgas
    11
    Rezirkulationsgebläse
    12
    Rezirkulationsleitung
    13
    Nachbrenner
    14
    Kathodenfrischgas
    15
    Verdichter
    16
    Wärmeübertrager
    17
    Kathodenabgas
    18
    Wärmerippen
    19
    Modulbox
    20
    Mittenebene
    21
    Gehäuse
    22
    Submodulbox
    23
    Kathodeneintritt
    24
    Rohr
    25
    Verbindung durch Löten/Schweißen
    H
    Höhe
    B
    Breite
    T
    Tiefe
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1443583 A2 [0005]
    • EP 2390950 A2 [0005]
    • WO 2019173858 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Modulbox (19) mit einer Mehrzahl paarweise zusammengefasster, spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeter Brennstoffzellenstapel (2), die symmetrisch zur einer Mittenebene (20) innerhalb eines Gehäuses (21) angeordnet sind und mindestens eine gemeinsame Medienführung für mindestens ein Prozessgas haben.
  2. Modulbox (19) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenstapel (2) durch Mikrotubes (5) gebildete Brennstoffzellen (3) und Medienführungen für die Reaktanten aufweisen und als Submodulboxen (22) gebildet sind.
  3. Modulbox (19) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar der paarweisen zusammengefaßten Brennstoffzellenstapel (2) vorliegt und die Submodulboxen (19) im Bereich der Mittenebene (20) durch Löten und/oder Schweißen miteinander verbunden sind.
  4. Modulbox (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens einen gemeinsamen Medienführung für das Kathodenfrischgas (14) und/oder das Kathodenabgas (17) gebildet ist.
  5. Modulbox (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens einen gemeinsamen Medienführung für das Anodenfrischgas (9) und/oder das Anodenabgas (10) gebildet ist.
  6. Modulbox (19) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der gemeinsamen Medienführungen im Bereich der Mittenebene (20) an das Gehäuse (21) angeschlossen ist.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Modulbox (19) mit einer Mehrzahl paarweise zusammengefasster, spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildeter Brennstoffzellenstapel (2), die symmetrisch zur einer Mittenebene (20) innerhalb eines Gehäuses (21) angeordnet sind und mindestens eine gemeinsame Medienführung für mindestens ein Prozessgas haben, und die durch Mikrotubes (5) gebildete Brennstoffzellen (3) und Medienführungen für die Reaktanten aufweisen und als Submodulboxen (22) gebildet sind, umfassend die Schritte: • Anordnen der Submodulboxen (22) symmetrisch zur Mittenebene (20), • Ausbilden einer Verbindung (25) durch Löten und/oder Schweißen im Bereich der Mittenebene (20) für die dem Kathodenfrischgas (14) und/oder dem Kathodenabgas (17) zugeordnete Medienführung.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung der Verbindung für die dem Kathodenfrischgas (14) und/oder dem Kathodenabgas (17) zugeordnete Medienführung ein Blech mit einem Rohr (24) für die Medienführung des Anodenabgases (10) an dem Gehäuse (21) durch Löten und/oder Schweißen befestigt und dieses dadurch abgedichtet wird.
  9. Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einer Modulbox (19) nach einem der Ansprüch 1 bis 6.
  10. Brennstoffzellen-Fahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 9.
DE102022106825.0A 2022-03-23 2022-03-23 Modulbox, Verfahren zur Herstellung einer Modulbox, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellen-Fahrzeug Pending DE102022106825A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1443583A2 (de) 2002-08-27 2004-08-04 General Electric Company Brennstoffzellenstapel und -modul
EP2390950A2 (de) 2010-05-27 2011-11-30 Delphi Technologies, Inc. Mehrfach-Brennstoffzellenstapelsystem
WO2019173858A1 (de) 2018-03-15 2019-09-19 Avl List Gmbh Modulares brennstoffzellensystem und verfahren zum aufheizen eines brennstoffzellensystems mit mehreren modulen

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