DE102022208114A1

DE102022208114A1 - Humidification device for a fuel cell unit

Info

Publication number: DE102022208114A1
Application number: DE102022208114.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Katz; Jochen Wessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-08-04
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-02-15
Also published as: WO2024027985A1

Abstract

Befeuchtungsvorrichtung (59) für eine Brennstoffzelleneinheit (1) zur Übertragung von Wasser von dem aus einem Brennstoffzellenstapel (40) ausgeleiteten Oxidationsmittel als sekundäres Oxidationsmittel zu dem in den Brennstoffzellenstapel (40) eingeleiteten Oxidationsmittel als primäres Oxidationsmittel, umfassend ein Gehäuse (60), welches einen Innenraum begrenzt, mit einer primären Einlassöffnung (64) zur Einleitung des primären Oxidationsmittel in die Befeuchtungsvorrichtung (59), mit einer primären Auslassöffnung (65) zur Ausleitung des primären Oxidationsmittels aus der Befeuchtungsvorrichtung (59), mit einer sekundären Einlassöffnung (66) zur Einleitung des sekundären Oxidationsmittel in die Befeuchtungsvorrichtung (59), mit einer sekundären Auslassöffnung (67) zur Ausleitung des sekundären Oxidationsmittels aus der Befeuchtungsvorrichtung (59), gestapelt angeordnete Rohre (75) mit Membranwandungen (77) zur Übertragung des Wassers von dem sekundären Oxidationsmittel zu dem primären Oxidationsmittel durch die Membranwandungen (77), wenigstens ein Fixierungsmittel (68) zum Fixieren der Rohre (75) in dem Innenraum, wenigstens ein Dichtungsmittel (69), welches den Innenraum in wenigstens einen Rohrinnenteilraum (82) zum Durchleiten des Oxidationsmittels durch die Rohre (75) und in einen Umspülungsinnenteilraum (83) zum Umspülen der Außenflächen (77) der Rohre (75) mit Oxidationsmittel unterteilt, wobei das wenigstens eine Fixierungsmittel (68) und/oder das wenigstens eine Dichtungsmittel (69) mehrteilig aus Stapelungselementen (70, 90) ausgebildet sind und die Stapelungselemente (70, 90) gestapelt in dem Innenraum angeordnet sind.Humidification device (59) for a fuel cell unit (1) for transferring water from the oxidizing agent discharged from a fuel cell stack (40) as a secondary oxidizing agent to the oxidizing agent introduced into the fuel cell stack (40) as a primary oxidizing agent, comprising a housing (60) which has a Interior limited, with a primary inlet opening (64) for introducing the primary oxidizing agent into the humidifying device (59), with a primary outlet opening (65) for discharging the primary oxidizing agent from the humidifying device (59), with a secondary inlet opening (66) for introducing it of the secondary oxidizing agent into the humidifying device (59), with a secondary outlet opening (67) for discharging the secondary oxidizing agent from the humidifying device (59), stacked tubes (75) with membrane walls (77) for transferring the water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent through the membrane walls (77), at least one fixing means (68) for fixing the tubes (75) in the interior, at least one sealing agent (69) which divides the interior into at least one inner tube subspace (82) for passing the oxidizing agent through the tubes (75) and divided into a flushing inner part space (83) for flushing the outer surfaces (77) of the pipes (75) with oxidizing agent, the at least one fixing means (68) and/or the at least one sealing means (69) consisting of several parts of stacking elements (70, 90) are formed and the stacking elements (70, 90) are arranged stacked in the interior.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befeuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8 und eine Brennstoffzelleneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 15.The present invention relates to a humidification device according to the preamble of claim 1, a method for producing a humidification device according to the preamble of claim 8 and a fuel cell unit according to the preamble of claim 15.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittel in elektrische Energie und Wasser um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In Brennstoffzelleneinheiten sind eine Vielzahl von Brennstoffzellen in einem Stapel als Stack angeordnet.Fuel cell units as galvanic cells convert continuously supplied fuel and oxidant into electrical energy and water using redox reactions at an anode and cathode. Fuel cells are used in a wide variety of stationary and mobile applications, for example in houses without a connection to a power grid or in motor vehicles, in rail transport, in aviation, in space travel and in shipping. In fuel cell units, a large number of fuel cells are arranged in a stack as a stack.

In Brennstoffzelleneinheiten sind eine große Anzahl von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel angeordnet. Innerhalb der Brennstoffzellen ist jeweils ein Gasraum für Oxidationsmittel vorhanden, das heißt ein Strömungsraum zum Durchleiten von Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft aus der Umgebung mit Sauerstoff. Der Gasraum für Oxidationsmittel ist von Kanälen an der Bipolarplatte und von einer Gasdiffusionsschicht für eine Kathode gebildet. Die Kanäle sind somit von einer entsprechenden Kanalstruktur einer Bipolarplatte gebildet und durch die Gasdiffusionsschicht gelangt das Oxidationsmittel, nämlich Sauerstoff, zu der Kathode der Brennstoffzellen. In analoger Weise ist ein Gasraum für Brennstoff vorhanden. Während der Herstellung einer Brennstoffzelleneinheit werden einzelne Brennstoffzellen zu einem Stack als der Brennstoffzellenstapel gestapelt.In fuel cell units, a large number of fuel cells are arranged in a fuel cell stack. Within each fuel cell there is a gas space for oxidizing agents, i.e. a flow space for passing oxidizing agents through, such as air from the environment with oxygen. The gas space for oxidizing agents is formed by channels on the bipolar plate and by a gas diffusion layer for a cathode. The channels are thus formed by a corresponding channel structure of a bipolar plate and the oxidizing agent, namely oxygen, reaches the cathode of the fuel cells through the gas diffusion layer. In an analogous manner, there is a gas space for fuel. During the manufacture of a fuel cell unit, individual fuel cells are stacked into a stack as the fuel cell stack.

In den Brennstoffzelleneinheiten sind Kanäle für Oxidationsmittel ausgebildet. Eine Gasfördereinrichtung, insbesondere ein Gebläse, fördert Luft aus der Umgebung als primäres Oxidationsmittel in die Kanäle für Oxidationsmittel. Nach dem Durchleiten des primären Oxidationsmittels durch die Kanäle für Oxidationsmittel in dem Brennstoffzellenstapel wird dieses als sekundäres Oxidationsmittel in die Umgebung abgeleitet. Bei der elektrochemischen Reaktion wird Wasser, insbesondere in Form von Feuchtigkeit oder Wasserdampf, von dem sekundären Oxidationsmittel aufgenommen. Für den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit ist es erwünscht, dass das in den Brennstoffzellenstapel eingeleitete primäre Oxidationsmittel einen hohen Feuchtigkeits- oder Wassergehalt aufweist. Hierzu wird das sekundäre Oxidationsmittel nach dem Ausleiten aus dem Brennstoffzellenstapel und vor dem Ableiten in die Umgebung durch eine Befeuchtungsvorrichtung geleitet. Ferner wird das primäre Oxidationsmittel vor dem Einleiten in dem Brennstoffzellenstapel ebenfalls durch die Befeuchtungsvorrichtung geleitet. In der Befeuchtungsvorrichtung wird das Wasser von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel übertragen.Channels for oxidizing agents are formed in the fuel cell units. A gas conveying device, in particular a blower, conveys air from the environment as the primary oxidizing agent into the channels for oxidizing agents. After passing the primary oxidant through the oxidant channels in the fuel cell stack, it is discharged into the environment as a secondary oxidant. During the electrochemical reaction, water, particularly in the form of moisture or water vapor, is absorbed by the secondary oxidizing agent. For the operation of the fuel cell unit, it is desirable that the primary oxidizing agent introduced into the fuel cell stack has a high moisture or water content. For this purpose, the secondary oxidizing agent is passed through a humidification device after being discharged from the fuel cell stack and before being discharged into the environment. Furthermore, the primary oxidizing agent is also passed through the humidification device before being introduced into the fuel cell stack. In the humidification device, the water is transferred from the secondary oxidant to the primary oxidant.

In der Befeuchtungsvorrichtung mit einem Gehäuse sind eine Vielzahl von Rohren mit Membranwirkung angeordnet. Das Gehäuse begrenzt einen Innenraum und dieser ist in zwei Rohrinnenteilräume und einen Umspülungsinnenteilraum mit Fixierungsmittel und Dichtungsmittel unterteilt. Das Fixierungsmittel und das Dichtungsmittel sind von einem erhärteten Harz oder Klebstoff gebildet. Die Rohre münden in die 2 Rohrinnenteilräume. Das primäre Oxidationsmittel wird zunächst durch eine Einlassöffnung für das primäre Oxidationsmittel in einen ersten Rohrinnenteilraum geleitet und von diesem in die Strömungsräume der Rohre. Nach dem Durchleiten des primären Oxidationsmittels durch die Rohre, d. h. durch die Strömungsräume der Rohre, strömt dieses in einen zweiten Rohrinnenteilraum ein und wird von diesen durch eine Auslassöffnung für das primäre Oxidationsmittel aus der Befeuchtungsvorrichtung abgeleitet. In den Umspülungsinnenteilraum mündet eine Einlassöffnung und Auslassöffnung für das sekundäre Oxidationsmittel. Der Umspülungsinnenteilraum ist in keine Strömungsteilräume unterteilt, sodass in dem Umspülungsinnenteilraum mit nur einem Strömungsraum eine kleinere Strömungsgeschwindigkeit des sekundären Oxidationsmittels auftritt, weil der Umspülungsinnenteilraum eine große Strömungsquerschnittsfläche aufweist. Die Rohre sind dabei ungeordnet und beliebig gestapelt angeordnet mit einem kleinen oder keinem Abstand zueinander, sodass Außenflächen der Rohre in einem größeren Umfang aufeinanderliegen. Dieser Kontakt zwischen den Außenflächen der Rohre reduziert die Übertragung von Wasser von der Außenfläche der Rohre an dem Umspülungsinnenteilraum mit dem sekundären Oxidationsmittel auf das durch die Rohre strömende primäre Oxidationsmittel. Der kleine Durchmesser der Strömungsräume der Rohre verursacht einen großen Druckabfall des primären Oxidationsmittels in den Rohren. Damit wird in nachteiliger Weise eine große mechanische Antriebsenergie für die Gasfördereinrichtung benötigt.A large number of tubes with a membrane effect are arranged in the humidification device with a housing. The housing delimits an interior space and this is divided into two inner pipe compartments and a flushing inner compartment with fixing means and sealant. The fixing agent and the sealing agent are formed of a hardened resin or adhesive. The pipes flow into the 2 inner pipe compartments. The primary oxidizing agent is first passed through an inlet opening for the primary oxidizing agent into a first inner tube space and from there into the flow spaces of the tubes. After passing the primary oxidizer through the pipes, i.e. H. Through the flow spaces of the pipes, it flows into a second inner pipe space and is drained from the humidification device through an outlet opening for the primary oxidizing agent. An inlet opening and an outlet opening for the secondary oxidizing agent open into the inner flushing space. The internal flushing subspace is not divided into any flow subspaces, so that in the internal flushing subspace with only one flow space, a smaller flow velocity of the secondary oxidizing agent occurs because the internal flushing subspace has a large flow cross-sectional area. The pipes are arranged in a disordered manner and stacked in any way with little or no distance between them, so that the outer surfaces of the pipes lie on top of each other to a greater extent. This contact between the outer surfaces of the tubes reduces the transfer of water from the outer surface of the tubes at the wash interior compartment containing the secondary oxidant to the primary oxidant flowing through the tubes. The small diameter of the flow spaces of the tubes causes a large pressure drop of the primary oxidant in the tubes. This disadvantageously requires a large amount of mechanical drive energy for the gas delivery device.

Die EP 1 261 992 B1 offenbart eine Festpolymer-Brennstoffzellensystem, das eine Festpolymer-Brennstoffzelle und eine Vorrichtung zum Befeuchten eines Reaktionsgas-Zuführstromes umfasst, wobei die Brennstoffzelle einen Reaktionsgas-Einlassanschluss und einen Reaktionsgas-Abgasanschluss hat und die Befeuchtungsvorrichtung einen Membran-Austauschbefeuchter aufweist.The EP 1 261 992 B1 discloses a solid polymer fuel cell system comprising a solid polymer fuel cell and a device for humidifying a reaction gas feed stream, the fuel cell having a reaction gas inlet port and a reaction gas exhaust port, and the humidification device having a membrane replacement humidifier.

Die CN 211088409 U offenbart eine Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelle. Ein Membranrohrbündel ist in einem von einem Gehäuse begrenzten Innenraum angeordnet und besteht aus mehreren Membranrohren. Die Membranrohre weisen Mikroporen auf. An dem Gehäuse sind Ein- und Auslassöffnungen für Luft ausgebildet. Klebstoff fungiert als Fixierungs- und Dichtungsmittel zur Fixierung der Membranrohre in dem Gehäuse, zur Abdichtung und zur Unterteilung des Innenraumes.The CN 211088409 U discloses a humidification device for a fuel cell. A membrane tube bundle is arranged in an interior space delimited by a housing and consists of several membrane tubes. The membrane tubes have micropores. Inlet and outlet openings for air are formed on the housing. Adhesive acts as a fixing and sealing agent to fix the membrane tubes in the housing, to seal and to divide the interior.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Erfindungsgemäße Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelleneinheit zur Übertragung von Wasser von dem aus einem Brennstoffzellenstapel ausgeleiteten Oxidationsmittel als sekundäres Oxidationsmittel zu dem in den Brennstoffzellenstapel eingeleiteten Oxidationsmittel als primäres Oxidationsmittel, umfassend ein Gehäuse, welches einen Innenraum begrenzt, mit einer primären Einlassöffnung zur Einleitung des primären Oxidationsmittel in die Befeuchtungsvorrichtung, mit einer primären Auslassöffnung zur Ausleitung des primären Oxidationsmittels aus der Befeuchtungsvorrichtung, mit einer sekundären Einlassöffnung zur Einleitung des sekundären Oxidationsmittel in die Befeuchtungsvorrichtung, mit einer sekundären Auslassöffnung zur Ausleitung des sekundären Oxidationsmittels aus der Befeuchtungsvorrichtung, gestapelt angeordnete Rohre mit Membranwandungen zur Übertragung des Wassers von dem sekundären Oxidationsmittel zu dem primären Oxidationsmittel durch die Membranwandungen, wenigstens ein Fixierungsmittel zum Fixieren der Rohre in dem Innenraum, wenigstens ein Dichtungsmittel, welches den Innenraum in wenigstens einen Rohrinnenteilraum zum Durchleiten des Oxidationsmittels durch die Rohre und in einen Umspülungsinnenteilraum zum Umspülen der Außenflächen der Rohre mit Oxidationsmittel unterteilt, wobei das wenigstens eine Fixierungsmittel und/oder das wenigstens eine Dichtungsmittel mehrteilig aus Stapelungselementen ausgebildet ist und/oder sind und die Stapelungselemente gestapelt in dem Innenraum angeordnet sind.Humidification device according to the invention for a fuel cell unit for transferring water from the oxidizing agent discharged from a fuel cell stack as a secondary oxidizing agent to the oxidizing agent introduced into the fuel cell stack as the primary oxidizing agent, comprising a housing which delimits an interior space, with a primary inlet opening for introducing the primary oxidizing agent into the Humidifying device, with a primary outlet opening for discharging the primary oxidizing agent from the humidifying device, with a secondary inlet opening for introducing the secondary oxidizing agent into the humidifying device, with a secondary outlet opening for discharging the secondary oxidizing agent from the humidifying device, stacked tubes with membrane walls for transferring the water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent through the membrane walls, at least one fixing means for fixing the tubes in the interior, at least one sealing agent which divides the interior into at least one inner tube subspace for passing the oxidizing agent through the tubes and into a flushing inner subspace for flushing around the outer surfaces of the Tubes are divided with oxidizing agent, wherein the at least one fixing means and/or the at least one sealing means is and/or is formed in several parts from stacking elements and the stacking elements are arranged stacked in the interior.

In einer weiteren Ausführungsform liegen an den Stapelungselementen ausgebildete Kontaktflächen, insbesondere lösbar ohne stoffschlüssige Verbindung, auf den Rohren auf.In a further embodiment, contact surfaces formed on the stacking elements, in particular releasably without a material connection, rest on the pipes.

In einer zusätzlichen Variante ist die Geometrie der Kontaktflächen der Stapelungselemente im Wesentlichen komplementär zu der Geometrie der Außenflächen der Rohre ausgebildet.In an additional variant, the geometry of the contact surfaces of the stacking elements is designed to be essentially complementary to the geometry of the outer surfaces of the tubes.

In einer ergänzenden Ausgestaltung sind die Stapelungselemente als zusätzliche Bauteile in Ergänzung zu den Rohren ausgebildet.In a supplementary embodiment, the stacking elements are designed as additional components in addition to the tubes.

Vorzugsweise sind die Stapelungselemente plattenförmig, insbesondere streifenförmig, ausgebildet und zwischen je zwei unmittelbar benachbarten gestapelten Stapelungselementen die Rohre, insbesondere sämtliche Rohre, zwischen den je zwei unmittelbar benachbarten gestapelten Stapelungselementen von einer gemeinsamen fiktiven Stapelebene geschnitten sind.Preferably, the stacking elements are plate-shaped, in particular strip-shaped, and the tubes, in particular all tubes, are cut by a common fictitious stacking plane between each two immediately adjacent stacked stacking elements.

In einer weiteren Ausführungsform liegen an den Stapelungselementen ausgebildete Stapelungsflächen, insbesondere lösbar ohne stoffschlüssige Verbindung, aufeinander.In a further embodiment, stacking surfaces formed on the stacking elements lie on top of one another, in particular releasably without a material connection.

In einer zusätzlichen Variante sind die Stapelungselemente einteilig mit den Rohren ausgebildet.In an additional variant, the stacking elements are formed in one piece with the tubes.

Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Befeuchtungsvorrichtung für eine Brennstoffzelleneinheit zur Übertragung von Wasser von dem aus einem Brennstoffzellenstapel ausgeleiteten Oxidationsmittel als sekundäres Oxidationsmittel zu dem in den Brennstoffzellenstapel eingeleiteten Oxidationsmittel als primäres Oxidationsmittel mit den Schritten: zur Verfügung stellen eines Gehäuses, welches einen Innenraum begrenzt, mit einer primären Einlassöffnung zur Einleitung des primären Oxidationsmittel in die Befeuchtungsvorrichtung, mit einer primären Auslassöffnung zur Ausleitung des primären Oxidationsmittels aus der Befeuchtungsvorrichtung, mit einer sekundären Einlassöffnung zur Einleitung des sekundären Oxidationsmittel in die Befeuchtungsvorrichtung, mit einer sekundären Auslassöffnung zur Ausleitung des sekundären Oxidationsmittels aus der Befeuchtungsvorrichtung, zur Verfügung stellen von Rohren mit Membranwandungen zur Übertragung des Wassers von dem sekundären Oxidationsmittel zu dem primären Oxidationsmittel durch die Membranwandungen, zur Verfügung stellen wenigstens eines Fixierungsmittels zum Fixieren der Rohre in dem Innenraum, zur Verfügung stellen wenigstens eines Dichtungsmittels, welches den Innenraum in wenigstens einen Rohrinnenteilraum zum Durchleiten des Oxidationsmittels durch die Rohre und in einen Umspülungsinnenteilraum zum Umspülen der Außenflächen der Rohre mit Oxidationsmittel unterteilt, Montieren der zur Verfügung gestellten Komponenten der Befeuchtungsvorrichtung zu der Befeuchtungsvorrichtung indem die Rohre in dem Innenraum angerordnet werden, Fixieren der Rohre mit dem wenigstens Fixierungsmittel in dem Innenraum und Unterteilen des Innenraumes mit dem wenigstens einen Dichtungsmittel in den wenigstens einen Rohrinnenteilraum und in einen Umspülungsinnenteilraum, wobei das wenigstens Fixierungsmittel und/oder das wenigstens eine Dichtungsmittel mehrteilig aus Stapelungselementen zur Verfügung gestellt wird.Method according to the invention for producing a humidification device for a fuel cell unit for transferring water from the oxidizing agent discharged from a fuel cell stack as a secondary oxidizing agent to the oxidizing agent introduced into the fuel cell stack as the primary oxidizing agent, with the steps: providing a housing which delimits an interior space, with a primary inlet opening for introducing the primary oxidizing agent into the humidifying device, with a primary outlet opening for discharging the primary oxidizing agent from the humidifying device, with a secondary inlet opening for introducing the secondary oxidizing agent into the humidifying device, with a secondary outlet opening for discharging the secondary oxidizing agent from the humidifying device, providing pipes with membrane walls for transferring the water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent through the membrane walls, providing at least one fixing means for fixing the pipes in the interior, providing at least one sealing agent which divides the interior into at least one Pipe inner subspace for passing the oxidizing agent through the pipes and divided into a flushing inner subspace for flushing the outer surfaces of the pipes with oxidizing agent, assembling the provided components of the humidification device to the humidification device by arranging the pipes in the interior, fixing the pipes with the at least fixing agent in the interior and dividing the interior with the at least one sealant into the at least one inner tube space and into a flushing inner space, whereby the at least Fixing means and/or the at least one sealing means is provided in several parts from stacking elements.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Fixieren der Rohre mit dem wenigstens Fixierungsmittel und/oder das Unterteilen des Innenraumes mit dem wenigstens Dichtungsmittel in den wenigstens einen Rohrinnenteilraum und in den Umspülungsinnenteilraum ausgeführt indem, insbesondere streifenförmige, Stapelungselemente gestapelt werden und zwischen je zwei Stapelungselementen die Rohre angeordnet werden.In a further embodiment, the fixing of the pipes with the at least fixing means and/or the dividing of the interior space with the at least sealing means into the at least one inner pipe subspace and into the flushing inner subspace is carried out by stacking, in particular strip-shaped, stacking elements and arranging the pipes between two stacking elements become.

In einer zusätzlichen Ausführungsform werden die Stapelungselemente mittels Spritzgießen und/oder Extrusion zur Verfügung gestellt, insbesondere als getrennte Bauteile in Ergänzung zu den Rohren.In an additional embodiment, the stacking elements are provided by injection molding and/or extrusion, in particular as separate components in addition to the tubes.

In einer ergänzenden Variante werden die Stapelungselemente einteilig mit den Rohren zur Verfügung gestellt, insbesondere indem die Rohre und die Stapelungselemente mit Extrusion hergestellt werden.In a supplementary variant, the stacking elements are provided in one piece with the tubes, in particular by producing the tubes and the stacking elements using extrusion.

Zweckmäßig weisen die Rohre mit wenigstens einem Stapelungselement an wenigstens einem ersten Abschnitt in Längsrichtung der Rohre einen ersten Außendurchmesser auf und weisen an wenigstens einem zweiten Abschnitt in Längsrichtung der Rohre einen zweiten Außendurchmesser auf und der zweite Außendurchmesser größer ist als der erste Außendurchmesser und an dem wenigstens einen ersten Abschnitt die Membranwandung gebildet ist und an dem wenigstens einen zweiten Abschnitt je ein Stapelungselement ausgebildet ist.The tubes with at least one stacking element expediently have a first outside diameter on at least a first section in the longitudinal direction of the tubes and have a second outside diameter on at least a second section in the longitudinal direction of the tubes and the second outside diameter is larger than the first outside diameter and at least the membrane wall is formed in a first section and a stacking element is formed on at least one second section.

In einer ergänzenden Ausführungsform wird der Werkstoff für die Herstellung der Rohre und Stapelungselemente durch eine Blende mit einem veränderlichen Durchmesser durchgeführt und während der Herstellung der Rohre an einem Abschnitt in Längsrichtung der Rohre ohne den Stapelungselementen die Blende einen ersten Durchmesser aufweist und während der Herstellung der Rohre an einem Abschnitt in Längsrichtung der Rohre mit den Stapelungselementen die Blende einen zweiten Durchmesser aufweist und der zweite Durchmesser der Blende größer ist als der erste Durchmesser der Blende. Der Durchmesser der Blende entspricht im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 10% oder 5%, dem Außendurchmesser der Rohre mit dem wenigstens einen Stapelungselement.In a supplementary embodiment, the material for the production of the pipes and stacking elements is passed through a diaphragm with a variable diameter and during the production of the pipes on a section in the longitudinal direction of the pipes without the stacking elements the diaphragm has a first diameter and during the production of the pipes at a section in the longitudinal direction of the tubes with the stacking elements, the aperture has a second diameter and the second diameter of the aperture is larger than the first diameter of the aperture. The diameter of the aperture essentially corresponds, in particular with a deviation of less than 10% or 5%, to the outer diameter of the tubes with the at least one stacking element.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Fixieren der Rohre mit dem wenigstens einen Fixierungsmittel und/oder das Unterteilen des Innenraumes mit dem wenigstens einen Dichtungsmittel ausgeführt indem die Stapelungsflächen, insbesondere umlaufenden radialen Außenseiten, der Stapelungselemente an Stapelungsflächen aufeinander gelegt werden. Vorzugsweise weisen die einteilig mit je einem Rohr ausgebildeten, vorzugsweise ringförmigen, Stapelungselemente die umlaufende radiale Außenseite als Stapelungsfläche auf.In a further embodiment, the fixing of the pipes with the at least one fixing means and/or the dividing of the interior with the at least one sealing means is carried out by placing the stacking surfaces, in particular circumferential radial outer sides, of the stacking elements on stacking surfaces one on top of the other. The preferably ring-shaped stacking elements, each formed in one piece with a tube, preferably have the circumferential radial outside as a stacking surface.

Erfindungsgemäße Brennstoffzelleneinheit zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie, umfassend gestapelt angeordnete Brennstoffzellen, so dass die gestapelten Brennstoffzellen einen Brennstoffzellenstapel bilden, in den Brennstoffzellenstapel integrierte Kanäle für Oxidationsmittel, eine Befeuchtungsvorrichtung zur Übertragung von Wasser von dem aus dem Brennstoffzellenstapel ausgeleiteten Oxidationsmittel als sekundäres Oxidationsmittel zu dem in den Brennstoffzellenstapel eingeleiteten Oxidationsmittel als primäres Oxidationsmittel, wobei die Befeuchtungsvorrichtung als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Befeuchtungsvorrichtung ausgebildet ist und/oder die Befeuchtungsvorrichtung mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt ist.Fuel cell unit according to the invention for the electrochemical generation of electrical energy, comprising stacked fuel cells so that the stacked fuel cells form a fuel cell stack, channels for oxidizing agents integrated into the fuel cell stack, a humidification device for transferring water from the oxidizing agent discharged from the fuel cell stack as a secondary oxidizing agent to the in the oxidizing agent introduced into the fuel cell stack as the primary oxidizing agent, wherein the humidification device is designed as a humidification device described in this patent application and / or the humidification device is produced using a method described in this patent application.

In einer weiteren Ausführungsform münden die Rohre, insbesondere Enden der Rohre, in den wenigstens einen Rohrinnenteilraum.In a further embodiment, the tubes, in particular ends of the tubes, open into the at least one inner tube subspace.

In einer weiteren Variante ist der Umspülungsinnenteilraum in wenigstens zwei Strömungsteilräume mit wenigstens einem Dichtungsmittel zur Ausbildung von Strömungsteilräumen unterteilt.In a further variant, the inner flushing subspace is divided into at least two flow subspaces with at least one sealant to form flow subspaces.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Dichtungsmittel zur Ausbildung von Strömungseilräumen im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°, senkrecht zu Längsachsen der Rohre ausgerichtet ist.In a further embodiment, the sealing means for forming flow spaces is essentially aligned perpendicular to the longitudinal axes of the pipes, in particular with a deviation of less than 30°, 20° or 10°.

In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel in einer Richtung Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°, senkrecht zu Längsachsen der Rohre durch die Strömungsteilräume durchleitbar.In a supplementary variant, the oxidizing agent can be passed through the flow subspaces in a direction essentially, in particular with a deviation of less than 30°, 20° or 10°, perpendicular to the longitudinal axes of the pipes.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist in der Befeuchtungsvorrichtung wenigstens eine Strömungsöffnung zum Leiten von Oxidationsmittel von einem Strömungsteilraum in einen anderen Strömungsteilraum ausgebildet.In an additional embodiment, at least one flow opening is formed in the humidification device for guiding oxidizing agent from one flow subspace into another flow subspace.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine Strömungsöffnung als eine Unterbrechung eines Befestigungsvorsprunges an dem Gehäuse ausgebildet.Preferably, the at least one flow opening is designed as an interruption of a fastening projection on the housing.

In einer weiteren Variante ist die wenigstens eine Strömungsöffnung als eine Unterbrechung an dem wenigstens einem Dichtungsmittel zur Ausbildung der Strömungsteilräume ausgebildet. Die Unterbrechung an dem wenigstens einem Dichtungsmittel zur Ausbildung der Strömungsteilräume ist beispielsweise als eine Durchgangsbohrung im Bereich eines Endes des wenigstens einen Dichtungsmittels ausgebildet.In a further variant, the at least one flow opening is in the form of an interruption the at least one sealant for forming the flow subspaces. The interruption on the at least one sealing means for forming the flow subspaces is designed, for example, as a through hole in the region of one end of the at least one sealing means.

Vorzugsweise münden in je eine Strömungsteilraum zwei Strömungsöffnungen.Preferably, two flow openings each open into a flow subspace.

In einer weiteren Ausführungsform münden in je einen Strömungsteilraum eine Strömungsöffnung und die Einlassöffnung für das Oxidationsmittel oder die Auslassöffnung für das Oxidationsmittel. Vorzugsweise mündet in Strömungsrichtung des Oxidationsmittels in den ersten Strömungsteilraum die Einlassöffnung für das Oxidationsmittel und in den letzten Strömungsteilraum die Auslassöffnung für das Oxidationsmittel.In a further embodiment, a flow opening and the inlet opening for the oxidizing agent or the outlet opening for the oxidizing agent each open into a flow subspace. Preferably, in the flow direction of the oxidizing agent, the inlet opening for the oxidizing agent opens into the first flow subspace and the outlet opening for the oxidizing agent opens into the last flow subspace.

In einer weiteren Ausführungsform münden die zwei Strömungsöffnungen an zwei gegenüberliegenden Endbereichen, insbesondere Endbereiche in einer Richtung senkrecht zu den Längsachsen der Rohre, in den je einen Strömungsteilraum. Vorzugsweise ist die Ausdehnung je eines Endbereiches kleiner als 20% oder 10% der, vorzugsweise maximalen, Ausdehnung des je einen Strömungsteilraumes.In a further embodiment, the two flow openings open at two opposite end regions, in particular end regions in a direction perpendicular to the longitudinal axes of the tubes, into each one flow subspace. Preferably, the extent of each end region is less than 20% or 10% of the, preferably maximum, extent of the respective flow subspace.

In einer zusätzlichen Variante münden die Strömungsöffnung einerseits und die Einlassöffnung für das Oxidationsmittel oder die Auslassöffnung für das Oxidationsmittel andererseits an zwei gegenüberliegenden Endbereichen, insbesondere Endbereiche in einer Richtung senkrecht zu den Längsachsen der Rohre, in den je einen Strömungsteilraum.In an additional variant, the flow opening on the one hand and the inlet opening for the oxidizing agent or the outlet opening for the oxidizing agent on the other hand open into the respective flow subspace at two opposite end regions, in particular end regions in a direction perpendicular to the longitudinal axes of the tubes.

Vorzugsweise ist das wenigstens eine Dichtungsmittel zur Ausbildung von Strömungsteilräumen mehrteilig aus Stapelungselementen ausgebildet und die Stapelungselemente sind gestapelt in dem Innenraum angeordnet.Preferably, the at least one sealing means for forming partial flow spaces is formed in several parts from stacking elements and the stacking elements are arranged stacked in the interior.

In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens ein Dichtungsmittel zur Ausbildung von Strömungsteilräumen zur Verfügung gestellt und der Umspülungsinnenteilraum wird in wenigstens zwei Strömungsteilräume mit wenigstens einem Dichtungsmittel zur Ausbildung von Strömungsteilräumen unterteilt.In a further embodiment, at least one sealant for forming flow subspaces is provided and the flushing inner subspace is divided into at least two flow subspaces with at least one sealant for forming flow subspaces.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Unterteilen des Umspülungsinnenteilraumes in wenigstens zwei Strömungsteilräume mit dem wenigstens einen Dichtungsmittel zur Ausbildung der Strömungsteilräume ausgeführt wird indem, insbesondere streifenförmige oder ringförmige, Stapelungselemente gestapelt werden.In a further embodiment, the subdivision of the inner subspace for flushing is carried out into at least two flow subspaces with the at least one sealing means for forming the flow subspaces by stacking, in particular strip-shaped or ring-shaped, stacking elements.

In einer zusätzlichen Variante wird das wenigstens eine Dichtungsmittel zur Ausbildung der Strömungsteilräume mehrteilig aus Stapelungselementen zur Verfügung gestellt.In an additional variant, the at least one sealing means for forming the flow subspaces is made available in several parts from stacking elements.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Strömungsquerschnittsfläche einer Strömungsöffnung oder die Summe der Strömungsquerschnittsflächen von einem Strömungsteilraum in einen anderen benachbarten Strömungsteilraum kleiner als 30%, 20% oder 10% der Strömungsquerschnittfläche des Strömungsteilraumes in den die wenigstens eine Strömungsöffnung mündet.In a further embodiment, the flow cross-sectional area of a flow opening or the sum of the flow cross-sectional areas from one flow subspace into another adjacent flow subspace is less than 30%, 20% or 10% of the flow cross-sectional area of the flow subspace into which the at least one flow opening opens.

In einer weiteren Variante wird das Unterteilen des Umspülungsinnenteilraumes in wenigstens zwei Strömungsteilräume mit dem wenigstens einen Dichtungsmittel zur Ausbildung der Strömungsteilräume ausgeführt wie das Unterteilen des Innenraumes mit dem wenigstens einen Dichtungsmittel in den wenigstens einen Rohrinnenteilraum und in den Umspülungsinnenteilraum.In a further variant, the subdivision of the flushing inner subspace into at least two flow subspaces with the at least one sealant to form the flow subspaces is carried out like the subdivision of the interior with the at least one sealant into the at least one pipe inner subspace and in the flushing inner subspace.

In einer weiteren Variante ist das wenigstens einen Dichtungsmittel zur Ausbildung der Strömungsteilräume ausgebildet wie das wenigstens eine Dichtungsmittel zum Unterteilen des Innenraumes in den wenigstens einen Rohrinnenteilraum und in den Umspülungsinnenteilraum.In a further variant, the at least one sealing means for forming the flow subspaces is designed like the at least one sealing means for dividing the interior into the at least one pipe inner subspace and the flushing inner subspace.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Umspülungsinnenteilraum in Richtung der Längsachsen der Rohre mit dem wenigstens einen Dichtmittel zur Ausbildung der Strömungsteilräume in die wenigstens zwei Strömungsteilräume unterteilt.In an additional embodiment, the inner flushing subspace is divided into the at least two flow subspaces in the direction of the longitudinal axes of the pipes with the at least one sealing means for forming the flow subspaces.

Vorzugsweise strömt das Oxidationsmittel durch benachbarte Strömungsteilräume des Umspülungsinnenteilraumes in entgegengesetzter Richtung, vorzugsweise senkrecht zu der Längsachse der Rohre.Preferably, the oxidizing agent flows through adjacent flow subspaces of the inner flushing subspace in the opposite direction, preferably perpendicular to the longitudinal axis of the pipes.

In einer ergänzenden Variante sind die Stapelungselemente im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet.In a supplementary variant, the stacking elements are essentially rectangular in shape.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung liegen die Stapelungselemente mit einer Vorspannkraft aufeinander, sodass die Stapelungsflächen der Stapelungselemente mit einer Druckkraft aufeinanderliegen und/oder die Kontaktflächen der Stapelungselemente mit einer Druckkraft auf den Außenflächen der Rohre aufliegen. Die Vorspannkraft wird aktiv auf die Stapelungselemente aufgebracht und umfasst nicht die Schwerkraft der Stapelungselemente.In an additional embodiment, the stacking elements lie on one another with a prestressing force, so that the stacking surfaces of the stacking elements lie on one another with a compressive force and/or the contact surfaces of the stacking elements rest on the outer surfaces of the tubes with a compressive force. The prestressing force is actively applied to the stacking elements and does not include the gravity of the stacking elements.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Vorspannkraft auf die gestapelten Stapelungselemente von dem Gehäuse auf die Stapelungselemente aufgebracht.In an additional embodiment, the prestressing force is on the stacked stacking elements elements applied from the housing to the stacking elements.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Querschnittsform der Rohre kreisförmig, rechteckig, insbesondere quadratisch, und/oder ellipsenförmig. Die Rohre weisen eine beliebige Querschnittsform auf.In a further embodiment, the cross-sectional shape of the tubes is circular, rectangular, in particular square, and/or elliptical. The pipes have any cross-sectional shape.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Stapelungselemente wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Kunststoff, insbesondere thermoplastischen Kunststoff, ausgebildet.In a further embodiment, the stacking elements are at least partially, in particular completely, made of plastic, in particular thermoplastic.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung weisen die Membranwandungen der Rohre Mikroporen und/oder Mikroöffnungen auf. Durch die Mikroporen und/oder Mikroöffnungen kann das Wasser, insbesondere in Form von Wasserdampf oder Feuchtigkeit, durch die Membranwandungen von dem sekundären Oxidationsmittel zu dem primären Oxidationsmittel gelangen.In an additional embodiment, the membrane walls of the tubes have micropores and/or microopenings. Through the micropores and/or microopenings, the water, in particular in the form of water vapor or moisture, can pass through the membrane walls from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Stapelungselemente, insbesondere die Stapelungselemente als ergänzende Bauteile zu den Rohren, eben und/oder scheibenförmig und/oder plattenförmig und/oder streifenförmig ausgebildet.In a further embodiment, the stacking elements, in particular the stacking elements as complementary components to the tubes, are flat and/or disk-shaped and/or plate-shaped and/or strip-shaped.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Stapelungselemente, insbesondere die einteilig mit den Rohren ausgebildeten Stapelungselemente, im Wesentlichen ringförmig ausgebildet.In a further embodiment, the stacking elements, in particular the stacking elements formed in one piece with the tubes, are essentially ring-shaped.

Zweckmäßig sind die Membranwandungen aus Kunststoff, insbesondere Polysulfonen, ausgebildet.The membrane walls are expediently made of plastic, in particular polysulfones.

Vorzugsweise liegen Stapelungsflächen der Stapelungselemente aufeinander.Preferably, stacking surfaces of the stacking elements lie on top of each other.

In einer weiteren Variante sind die Kontaktflächen der Stapelungselemente im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°, parallel zu den Außenflächen der Rohre ausgebildet sind.In a further variant, the contact surfaces of the stacking elements are essentially formed parallel to the outer surfaces of the tubes, in particular with a deviation of less than 30°, 20° or 10°.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktflächen der Stapelungselemente konkav gekrümmt ausgebildet, insbesondere entspricht der Krümmungsradius der Kontaktflächen im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%, dem Krümmungsradius der Außenflächen der Rohre.In a further embodiment, the contact surfaces of the stacking elements are concavely curved, in particular the radius of curvature of the contact surfaces essentially corresponds, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%, to the radius of curvature of the outer surfaces of the tubes.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Anzahl der Stapelungselemente größer oder kleiner als die Anzahl der Rohre, insbesondere ist die Anzahl der Stapelungselemente größer als das 2-Fache-, 3-Fache, 5-Fache oder 7-Fache der Anzahl der Rohre.In a further embodiment, the number of stacking elements is larger or smaller than the number of tubes, in particular the number of stacking elements is larger than 2 times, 3 times, 5 times or 7 times the number of tubes.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Stapelungselemente größer als 10, 30, 50, 100, 300, 500, 1000 oder 1500.Preferably the number of stacking elements is greater than 10, 30, 50, 100, 300, 500, 1000 or 1500.

Zweckmäßig sind wenigstens 50%, 70% oder 90% der Summe der Flächen der Außenflächen der Rohre in dem wenigstens einen Umspülungsinnenteilraum angeordnet.At least 50%, 70% or 90% of the sum of the areas of the outer surfaces of the pipes are expediently arranged in the at least one inner flushing space.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung weisen die Rohre einen Innendurchmesser an dem Strömungsraum größer als 0,4 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm oder 1 mm auf.In an additional embodiment, the tubes have an inner diameter of the flow space greater than 0.4 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm or 1 mm.

Zweckmäßig umfasst die Befeuchtungsvorrichtung wenigstens 10, 30, 50, 100, 300, 500, 1000 oder 2000 Rohre.The humidification device expediently comprises at least 10, 30, 50, 100, 300, 500, 1000 or 2000 tubes.

In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Abstand, insbesondere minimale Abstand, senkrecht zu der Längsachse der Rohre im Wesentlichen identisch, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30%, 20% oder 10%.In a supplementary embodiment, the distance, in particular the minimum distance, perpendicular to the longitudinal axis of the tubes is essentially identical, in particular with a deviation of less than 30%, 20% or 10%.

Vorzugsweise ist die Länge der Rohre größer als das 5-Fache, 10-Fache, 50-Fache, 100-Fache, 200-Fache oder 300-Fache des Außendurchmessers der Rohre.Preferably, the length of the tubes is greater than 5 times, 10 times, 50 times, 100 times, 200 times or 300 times the outside diameter of the tubes.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Rohre in dem von dem Gehäuse begrenzten Innenraum im Wesentlichen gerade angeordnet. Im Wesentlichen gerade Rohre bedeutet vorzugsweise, dass der Krümmungsradius der Rohre größer ist als der, insbesondere kleinste oder größte, Abstand zwischen zwei Fixierungsmitteln in Richtung der Längsachse der Rohre.In a further embodiment, the tubes are arranged essentially straight in the interior space delimited by the housing. Substantially straight tubes preferably means that the radius of curvature of the tubes is larger than the, in particular the smallest or largest, distance between two fixing means in the direction of the longitudinal axis of the tubes.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Rohre mittels der Stapelungselemente formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Die Stapelungselemente liegen an den Stapelungsflächen aufeinander und die Stapelungselemente sind an den Stapelungsflächen formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, so dass die Rohre mittels der Stapelungselemente formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.In an additional embodiment, the tubes are connected to one another in a form-fitting and/or force-fitting manner by means of the stacking elements. The stacking elements lie on top of each other on the stacking surfaces and the stacking elements are connected to one another in a form-fitting and/or force-fitting manner on the stacking surfaces, so that the tubes are connected to one another in a form-fitting and/or force-fitting manner by means of the stacking elements.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das primäre Oxidationsmittel durch die Strömungsräume der Rohre und den wenigstens einen Rohrinnenteilraum leitbar und das sekundäre Oxidationsmittel ist durch den Umspülungsinnenteilraum leitbar.In an additional embodiment, the primary oxidizing agent can be conducted through the flow spaces of the pipes and the at least one inner pipe subspace and the secondary oxidizing agent can be conducted through the flushing inner subspace.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das sekundäre Oxidationsmittel durch die Strömungsräume der Rohre und den wenigstens einen Rohrinnenteilraum leitbar und das primäre Oxidationsmittel ist durch den Umspülungsinnenteilraum leitbar.In an additional embodiment, the secondary oxidant is through the flow spaces of the tubes and the at least one Pipe inner part space can be conducted and the primary oxidizing agent can be conducted through the flushing inner part space.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind die Stapelungselemente bei der einteiligen Ausbildung der Stapelungselemente zusammen mit den Rohren mehrteilig ausgebildet indem die Rohre einzelne Bauteile sind, sodass das an den Rohren ausgebildete je wenigstens eine Stapelungselement unterschiedliche mehrteilige Bauteile sind an den unterschiedlichen Rohren.In an additional embodiment, in the one-piece design of the stacking elements together with the tubes, the stacking elements are designed in several parts in that the tubes are individual components, so that the at least one stacking element formed on the tubes are different multi-part components on the different tubes.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung sind bei einer einteiligen Ausbildung der Stapelungselemente an den Rohren die Stapelungselemente stoffschlüssig mit den Rohren verbunden.In an additional embodiment, with a one-piece design of the stacking elements on the tubes, the stacking elements are cohesively connected to the tubes.

In einer weiteren Variante sind bei einer Ausbildung der Stapelungselemente als ergänzende Bauteile zu den Rohren die Stapelungselemente formschlüssig und/oder kraftschlüssig, jedoch vorzugsweise nicht stoffschlüssig, mit den Rohren verbunden.In a further variant, when the stacking elements are designed as complementary components to the tubes, the stacking elements are connected to the tubes in a form-fitting and/or force-fitting manner, but preferably not in a material-locking manner.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Abstände L_x in Richtung der Längsachsen der Rohre zwischen den Dichtmitteln und/oder zwischen den Fixierungsmitteln und/oder zwischen den Stapeln der Stapelungselemente unterschiedlich, insbesondere unterscheiden sich diese um wenigstens 30%, 20% oder 10 %. In vorteilhafter Weise weisen damit die Abschnitte der Rohre zwischen den Stapeln der Stapelungselemente eine unterschiedliche Eigenfrequenz auf, sodass die Abschnitte der Rohre zwischen den Stapeln der Stapelungselemente keine identischen Resonanzfrequenzen aufweisen.In a further embodiment, the distances L _x in the direction of the longitudinal axes of the tubes between the sealing means and/or between the fixing means and/or between the stacks of stacking elements are different, in particular these differ by at least 30%, 20% or 10%. Advantageously, the sections of the tubes between the stacks of stacking elements have a different natural frequency, so that the sections of the tubes between the stacks of stacking elements do not have identical resonance frequencies.

In einer weiteren Variante ist die Gasfördereinrichtung als ein Gebläse oder ein Kompressor ausgebildet.In a further variant, the gas delivery device is designed as a blower or a compressor.

Insbesondere umfasst die Brennstoffzelleneinheit wenigstens 3, 4, 5 oder 6 Verbindungsvorrichtungen.In particular, the fuel cell unit comprises at least 3, 4, 5 or 6 connection devices.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Spannelemente plattenförmig und/oder scheibenförmig und/oder eben ausgebildet und/oder als ein Gitter ausgebildet.In a further embodiment, the clamping elements are plate-shaped and/or disk-shaped and/or flat and/or designed as a grid.

Vorzugsweise ist der Brennstoff Wasserstoff, wasserstoffreiches Gas, Reformatgas oder Erdgas.Preferably the fuel is hydrogen, hydrogen-rich gas, reformate gas or natural gas.

Zweckmäßig sind die Brennstoffzellen und/oder Komponenten im Wesentlichen eben und/oder scheibenförmig ausgebildet.The fuel cells and/or components are expediently designed to be essentially flat and/or disk-shaped.

In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel Luft, Luft mit einem erhöhten oder reduzierten Sauerstoffanteil im Vergleich zu Luft oder reiner Sauerstoff.In a complementary variant, the oxidizing agent is air, air with an increased or reduced oxygen content compared to air or pure oxygen.

Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit eine PEM-Brennstoffzelleneinheit mit PEM-Brennstoffzellen (Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzelle).Preferably, the fuel cell unit is a PEM fuel cell unit with PEM fuel cells (polymer electrolyte membrane fuel cell).

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine stark vereinfachte Explosionsdarstellung eines Brennstoffzellensystems mit Komponenten einer Brennstoffzelle,
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennstoffzelle,
3 einen Längsschnitt durch eine Brennstoffzelle,
4 eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapel ohne Gehäuse,
5 einen Schnitt durch eine Brennstoffzelleneinheit mit Gehäuse,
6 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht einer Bipolarplatte,
7 einen Längsschnitt durch eine Befeuchtungsvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
8 einen Schnitt A-A durch ein Fixierungs- und Dichtungsmittel und von Rohren der Befeuchtungsvorrichtung gemäß 7,
9 eine Explosionsdarstellung des Fixierungs- und Dichtungsmittels gemäß 8 mit Rohren,
10 eine Draufsicht eines ersten Stapelungselementes des Fixierungs- und Dichtungsmittels gemäß 8,
11 einen Längsschnitt durch die Befeuchtungsvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
12 einen Längsschnitt durch die Befeuchtungsvorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel,
13 einen Querschnitt durch das Fixierungs- und Dichtungsmittel und des Rohres der Befeuchtungsvorrichtung gemäß 12,
14 einen Schnitt B-B durch ein Fixierungs- und Dichtungsmittel und von Rohren der Befeuchtungsvorrichtung gemäß 12,
15 einen Querschnitt durch das Fixierungs- und Dichtungsmittel und des Rohres in einem weiteren Ausführungsbeispiel,
16 einen Längsschnitt des Rohres mit Fixierungs- und Dichtungsmittel gemäß 14 und 15.

Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 a greatly simplified exploded view of a fuel cell system with components of a fuel cell,
2 a perspective view of part of a fuel cell,
3 a longitudinal section through a fuel cell,
4 a perspective view of a fuel cell stack without a housing,
5 a section through a fuel cell unit with housing,
6 a greatly simplified perspective view of a bipolar plate,
7 a longitudinal section through a humidification device in a first exemplary embodiment,
8th a section AA through a fixing and sealing agent and pipes of the humidification device 7 ,
9 an exploded view of the fixing and sealing means according to 8th with pipes,
10 a top view of a first stacking element of the fixing and sealing means according to 8th ,
11 a longitudinal section through the humidification device in a second exemplary embodiment,
12 a longitudinal section through the humidification device in a third exemplary embodiment,
13 a cross section through the fixing and sealing means and the tube of the humidification device 12 ,
14 a section BB through a fixing and sealing agent and pipes of the humidification device 12 ,
15 a cross section through the fixing and sealing means and the pipe in a further exemplary embodiment,
16 a longitudinal section of the pipe with fixing and sealing means 14 and 15 .

In den 1 bis 3 ist der grundlegende Aufbau einer Brennstoffzelle 2 als einer PEM-Brennstoffzelle 3 (Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle 3) dargestellt. Das Prinzip von Brennstoffzellen 2 besteht darin, dass mittels einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie bzw. elektrischer Strom erzeugt wird. An eine Anode 7 wird Wasserstoff H₂ als gasförmiger Brennstoff geleitet und die Anode 7 bildet den Minuspol. An eine Kathode 8 wird ein gasförmiges Oxidationsmittel, nämlich Luft mit Sauerstoff, geleitet, d. h. der Sauerstoff in der Luft stellt das notwendige gasförmige Oxidationsmittel zur Verfügung. An der Kathode 8 findet eine Reduktion (Elektronenaufnahme) statt. Die Oxidation als Elektronenabgabe wird an der Anode 7 ausgeführt.In the 1 to 3 the basic structure of a fuel cell 2 is shown as a PEM fuel cell 3 (polymer electrolyte fuel cell 3). The principle of fuel cells 2 is that electrical energy or electrical current is generated by means of an electrochemical reaction. Hydrogen H ₂ is passed to an anode 7 as gaseous fuel and the anode 7 forms the negative pole. A gaseous oxidizing agent, namely air with oxygen, is passed to a cathode 8, ie the oxygen in the air provides the necessary gaseous oxidizing agent. A reduction (electron absorption) takes place at the cathode 8. The oxidation as electron release is carried out at the anode 7.

Die Redoxgleichungen der elektrochemischen Vorgänge lauten: O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- --» 2 H₂O Kathode: 2 H₂ --» 4 H⁺ + 4 e^- Anode: The redox equations for electrochemical processes are: O ₂ + 4 H ⁺ + 4 e ^- --» 2 H ₂ O cathode: 2 H ₂ --» 4 H ⁺ + 4 e ^- anode:

Summenreaktionsgleichung von Kathode und Anode: 2 H₂ + O₂ --» 2 H₂O Cumulative reaction equation of cathode and anode: 2 H ₂ + O ₂ --» 2 H ₂ O

Die Differenz der Normalpotentiale der Elektrodenpaare unter Standardbedingungen als reversible Brennstoffzellenspannung oder Leerlaufspannung der unbelasteten Brennstoffzelle 2 beträgt 1,23 V. Diese theoretische Spannung von 1,23 V wird in der Praxis nicht erreicht. Im Ruhezustand und bei kleinen Strömen können Spannungen über 1,0 V erreicht werden und im Betrieb mit größeren Strömen werden Spannungen zwischen 0,5 V und 1,0 V erreicht. Die Reihenschaltung von mehreren Brennstoffzellen 2, insbesondere eine Brennstoffzelleneinheit 1 mit einem Brennstoffzellenstapel 40 von mehreren übereinander angeordneten Brennstoffzellen 2, weist eine höhere Spannung auf, welche der Zahl der Brennstoffzellen 2 multipliziert mit der Einzelspannung je einer Brennstoffzelle 2 entspricht.The difference in the normal potentials of the electrode pairs under standard conditions as the reversible fuel cell voltage or no-load voltage of the unloaded fuel cell 2 is 1.23 V. This theoretical voltage of 1.23 V is not achieved in practice. In idle mode and with small currents, voltages of over 1.0 V can be achieved and in operation with larger currents, voltages between 0.5 V and 1.0 V can be achieved. The series connection of several fuel cells 2, in particular a fuel cell unit 1 with a fuel cell stack 40 of several fuel cells 2 arranged one above the other, has a higher voltage, which corresponds to the number of fuel cells 2 multiplied by the individual voltage of each fuel cell 2.

Die Brennstoffzelle 2 umfasst außerdem eine Protonenaustauschermembran 5 (Proton Exchange Membrane, PEM), welche zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 angeordnet ist. Die Anode 7 und Kathode 8 sind schichtförmig bzw. scheibenförmig ausgebildet. Die PEM 5 fungiert als Elektrolyt, Katalysatorträger und Separator für die Reaktionsgase. Die PEM 5 fungiert außerdem als elektrischer Isolator und verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anode 7 und Kathode 8. Im Allgemeinen werden 12 µm bis 150 µm dicke, protonenleitende Folien aus perfluorierten und sulfonierten Polymeren eingesetzt. Die PEM 5 leitet die Protonen H⁺ und sperrt andere Ionen als Protonen H⁺ im Wesentlichen, so dass aufgrund der Durchlässigkeit der PEM 5 für die Protonen H⁺ der Ladungstransport erfolgen kann. Die PEM 5 ist für die Reaktionsgase Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ im Wesentlichen undurchlässig, d. h. sperrt die Strömung von Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ zwischen einem Gasraum 31 an der Anode 7 mit Brennstoff Wasserstoff H₂ und dem Gasraum 32 an der Kathode 8 mit Luft bzw. Sauerstoff O₂ als Oxidationsmittel. Die Protonenleitfähigkeit der PEM 5 vergrößert sich mit steigender Temperatur und steigenden Wassergehalt.The fuel cell 2 also includes a proton exchange membrane 5 (Proton Exchange Membrane, PEM), which is arranged between the anode 7 and the cathode 8. The anode 7 and cathode 8 are layer-shaped or disk-shaped. The PEM 5 acts as an electrolyte, catalyst support and separator for the reaction gases. The PEM 5 also acts as an electrical insulator and prevents an electrical short circuit between the anode 7 and cathode 8. In general, 12 µm to 150 µm thick, proton-conducting films made of perfluorinated and sulfonated polymers are used. The PEM 5 conducts the protons H ⁺ and essentially blocks ions other than protons H ⁺ so that charge transport can take place due to the permeability of the PEM 5 to the protons H ⁺ . The PEM 5 is essentially impermeable to the reaction gases oxygen O ₂ and hydrogen H ₂ , that is, it blocks the flow of oxygen O ₂ and hydrogen H ₂ between a gas space 31 on the anode 7 with fuel hydrogen H ₂ and the gas space 32 on the cathode 8 with air or oxygen O ₂ as an oxidizing agent. The proton conductivity of PEM 5 increases with increasing temperature and increasing water content.

Auf den beiden Seiten der PEM 5, jeweils zugewandt zu den Gasräumen 31, 32, liegen die Elektroden 7, 8 als die Anode 7 und Kathode 8 auf. Eine Einheit aus der PEM 5 und Anode 7 sowie Kathode 8 wird als Membranelektrodenanordnung 6 (Membran Electrode Assembly, MEA) bezeichnet. Die Elektroden 7, 8 sind mit der PEM 5 verpresst. Die Elektroden 7, 8 sind platinhaltige Kohlenstoffpartikel, die an PTFE (Polytetrafluorethylen), FEP (Fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer), PFA (Perfluoralkoxy), PVDF (Polyvinylidenfluorid) und/oder PVA (Polyvinylalkohol) gebunden sind und in mikroporösen Kohlefaser-, Glasfaser- oder Kunststoffmatten heißverpresst sind. An den Elektroden 7, 8 sind auf der Seite zu den Gasräumen 31, 32 hin normalerweise jeweils eine Katalysatorschicht 30 aufgebracht (nicht dargestellt). Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 31 mit Brennstoff an der Anode 7 umfasst nanodisperses Platin-Ruthenium auf graphitierten Rußpartikeln, die an einem Bindemittel gebunden sind. Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 32 mit Oxidationsmittel an der Kathode 8 umfasst analog nanodisperses Platin. Als Bindemittel werden beispielsweise Nation®, eine PTFE-Emulsion oder Polyvinylalkohol eingesetzt.The electrodes 7, 8 lie on the two sides of the PEM 5, each facing the gas spaces 31, 32, as the anode 7 and cathode 8. A unit consisting of the PEM 5 and anode 7 and cathode 8 is referred to as a membrane electrode assembly 6 (membrane electrode assembly, MEA). The electrodes 7, 8 are pressed with the PEM 5. The electrodes 7, 8 are platinum-containing carbon particles that are bound to PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (fluorinated ethylene-propylene copolymer), PFA (perfluoroalkoxy), PVDF (polyvinylidene fluoride) and / or PVA (polyvinyl alcohol) and in microporous carbon fiber, Fiberglass or plastic mats are hot-pressed. A catalyst layer 30 is normally applied to the electrodes 7, 8 on the side facing the gas spaces 31, 32 (not shown). The catalyst layer 30 on the gas space 31 with fuel on the anode 7 comprises nanodispersed platinum-ruthenium on graphitized soot particles that are bound to a binder. The catalyst layer 30 on the gas space 32 with oxidizing agent on the cathode 8 analogously comprises nanodisperse platinum. Nation®, a PTFE emulsion or polyvinyl alcohol, for example, are used as binders.

Abweichend hiervon sind die Elektroden 7, 8 aus einem lonomer, beispielsweise Nation®, platinhaltigen Kohlenstoffpartikeln und Zusatzstoffen aufgebaut. Diese Elektroden 7, 8 mit dem lonomer sind aufgrund der Kohlenstoffpartikel elektrisch leitfähig und leiten auch die Protonen H⁺ und fungieren zusätzlich auch als Katalysatorschicht 30 wegen der platinhaltigen Kohlenstoffpartikel (2 und 3). Membranelektrodenanordnungen 6 mit diesen Elektroden 7, 8 umfassend das lonomer bilden Membranelektrodenanordnungen 6 als CCM (catalyst coated membran).Deviating from this, the electrodes 7, 8 are made up of an ionomer, for example Nation®, platinum-containing carbon particles and additives. These electrodes 7, 8 with the ionomer are electrically conductive due to the carbon particles and also conduct the protons H ⁺ and also function as a catalyst layer 30 due to the platinum-containing carbon particles ( 2 and 3 ). Membrane electrode arrangements 6 with these electrodes 7, 8 comprising the ionomer form membrane electrode arrangements 6 as CCM (catalyst coated membrane).

Auf der Anode 7 und der Kathode 8 liegt eine Gasdiffusionsschicht 9 (Gas Diffusion Layer, GDL) auf. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Anode 7 verteilt den Brennstoff aus Kanälen 12 für Brennstoff gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Anode 7. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Kathode 8 verteilt das Oxidationsmittel aus Kanälen 13 für Oxidationsmittel gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Kathode 8. Die GDL 9 zieht außerdem Reaktionswasser in umgekehrter Richtung zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase ab, d. h. in einer Richtung je von der Katalysatorschicht 30 zu den Kanälen 12, 13. Ferner hält die GDL 9 die PEM 5 feucht und leitet den Strom. Die GDL 9 ist beispielsweise aus einem hydrophobierten Kohlepapier und einer gebundenen Kohlepulverschicht aufgebaut.A gas diffusion layer 9 (Gas Diffusion Layer, GDL) lies on the anode 7 and the cathode 8. on. The gas diffusion layer 9 on the anode 7 distributes the fuel from channels 12 for fuel evenly onto the catalyst layer 30 on the anode 7. The gas diffusion layer 9 on the cathode 8 distributes the oxidant from channels 13 for oxidant evenly onto the catalyst layer 30 on the cathode 8. The GDL 9 also withdraws water of reaction in the opposite direction to the direction of flow of the reaction gases, ie in a direction from the catalyst layer 30 to the channels 12, 13. Furthermore, the GDL 9 keeps the PEM 5 moist and conducts the current. The GDL 9, for example, is made of hydrophobic carbon paper and a bonded carbon powder layer.

Auf der GDL 9 liegt eine Bipolarplatte 10 auf. Die elektrisch leitfähige Bipolarplatte 10 dient als Stromkollektor, zur Wasserableitung und zur Leitung der Reaktionsgase durch eine Kanalstruktur 29 und/oder ein Flussfeld 29 und zur Ableitung der Abwärme, welche insbesondere bei der exothermischen elektrochemischen Reaktion an der Kathode 8 auftritt. Zum Ableiten der Abwärme sind in die Bipolarplatte 10 Kanäle 14 zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels eingearbeitet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 31 für Brennstoff ist von Kanälen 12 gebildet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel ist von Kanälen 13 gebildet. Als Material für die Bipolarplatten 10 werden beispielsweise Metall, leitfähige Kunststoffe und Kompositwerkstoffe oder Graphit eingesetzt. Die Bipolarplatte 10 umfasst somit die drei Kanalstrukturen 29, gebildet von den Kanälen 12, 13 und 14, zur getrennten Durchleitung von Brennstoff, Oxidationsmittel und Kühlmittel. In einer Brennstoffzelleneinheit 1 mit Brennstoffzellenstapel 40 und/oder einem Brennstoffzellenstack 40 sind mehrere Brennstoffzellen 2 fluchtend gestapelt angeordnet (4). Die Brennstoffzellen 2 und die Komponenten 5, 6, 7, 8, 9, 10 der Brennstoffzellen 2 sind schichtförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet und spannen fiktive Ebenen 37 (3) auf. Die Komponenten 5, 6, 7, 8, 9, 10 der Brennstoffzellen 2 sind Protonenaustauschermembranen 5, Anoden 7, Kathoden 8, Gasdiffusionsschichten 9 und Bipolarplatten 10.A bipolar plate 10 rests on the GDL 9. The electrically conductive bipolar plate 10 serves as a current collector, for dissipating water and for guiding the reaction gases through a channel structure 29 and/or a flow field 29 and for dissipating the waste heat, which occurs in particular in the exothermic electrochemical reaction at the cathode 8. To dissipate the waste heat, channels 14 are incorporated into the bipolar plate 10 for the passage of a liquid or gaseous coolant. The channel structure 29 on the gas space 31 for fuel is formed by channels 12. The channel structure 29 on the gas space 32 for oxidizing agents is formed by channels 13. The materials used for the bipolar plates 10 are, for example, metal, conductive plastics and composite materials or graphite. The bipolar plate 10 thus comprises the three channel structures 29, formed by the channels 12, 13 and 14, for the separate passage of fuel, oxidizing agent and coolant. In a fuel cell unit 1 with fuel cell stack 40 and/or a fuel cell stack 40, a plurality of fuel cells 2 are arranged in an aligned stacked manner ( 4 ). The fuel cells 2 and the components 5, 6, 7, 8, 9, 10 of the fuel cells 2 are layered and/or disk-shaped and span fictitious planes 37 ( 3 ) on. The components 5, 6, 7, 8, 9, 10 of the fuel cells 2 are proton exchange membranes 5, anodes 7, cathodes 8, gas diffusion layers 9 and bipolar plates 10.

In 1 ist eine Explosionsdarstellung von zwei gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 2 abgebildet. Eine Dichtung 11 dichtet die Gasräume 31, 32 fluiddicht ab. In einem Druckgasspeicher 21 (1) ist Wasserstoff H₂ als Brennstoff mit einem Druck von beispielsweise 350 bar bis 800 bar gespeichert. Aus dem Druckgasspeicher 21 wird der Brennstoff durch eine Hochdruckleitung 18 zu einem Druckminderer 20 geleitet zur Reduzierung des Druckes des Brennstoffes in einer Mitteldruckleitung 17 von ungefähr 10 bar bis 20 bar. Aus der Mitteldruckleitung 17 wird der Brennstoff zu einem Injektor 19 geleitet. An dem Injektor 19 wird der Druck des Brennstoffes auf einen Einblasdruck zwischen 1 bar und 3 bar reduziert. Von dem Injektor 19 wird der Brennstoff einer Zufuhrleitung 16 für Brennstoff (1) zugeführt und von der Zufuhrleitung 16 den Kanälen 12 für Brennstoff, welche die Kanalstruktur 29 für Brennstoff bilden. Der Brennstoff durchströmt dadurch den Gasraum 31 für den Brennstoff. Der Gasraum 31 für den Brennstoff ist von den Kanälen 12 und der GDL 9 an der Anode 7 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 12 wird der nicht in der Redoxreaktion an der Anode 7 verbrauchte Brennstoff und gegebenenfalls Wasser aus einer kontrollieren Befeuchtung der Anode 7 durch eine Abfuhrleitung 15 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet.In 1 an exploded view of two stacked fuel cells 2 is shown. A seal 11 seals the gas spaces 31, 32 in a fluid-tight manner. In a compressed gas storage 21 ( 1 ), hydrogen H ₂ is stored as fuel with a pressure of, for example, 350 bar to 800 bar. From the compressed gas storage 21, the fuel is passed through a high-pressure line 18 to a pressure reducer 20 in order to reduce the pressure of the fuel in a medium-pressure line 17 from approximately 10 bar to 20 bar. The fuel is fed from the medium pressure line 17 to an injector 19. At the injector 19, the pressure of the fuel is reduced to an injection pressure between 1 bar and 3 bar. The fuel is supplied from the injector 19 to a fuel supply line 16 ( 1 ) and from the supply line 16 to the channels 12 for fuel, which form the channel structure 29 for fuel. The fuel thereby flows through the gas space 31 for the fuel. The gas space 31 for the fuel is formed by the channels 12 and the GDL 9 on the anode 7. After the flow through the channels 12, the fuel not used in the redox reaction at the anode 7 and, if necessary, water from a controlled humidification of the anode 7 are discharged from the fuel cells 2 through a discharge line 15.

Eine Gasfördereinrichtung 22, beispielsweise als ein Gebläse 23 oder ein Kompressor 24 ausgebildet, fördert Luft aus der Umgebung als Oxidationsmittel in eine Zufuhrleitung 25 für Oxidationsmittel. Aus der Zufuhrleitung 25 wird die Luft den Kanälen 13 für Oxidationsmittel, welche eine Kanalstruktur 29 an den Bipolarplatten 10 für Oxidationsmittel bilden, zugeführt, so dass das Oxidationsmittel den Gasraum 32 für das Oxidationsmittel durchströmt. Der Gasraum 32 für das Oxidationsmittel ist von den Kanälen 13 und der GDL 9 an der Kathode 8 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 13 bzw. des Gasraumes 32 für das Oxidationsmittel 32 wird das nicht an der Kathode 8 verbrauchte Oxidationsmittel und das an der Kathode 8 aufgrund der elektrochemischen Redoxreaktion entstehenden Reaktionswasser durch eine Abfuhrleitung 26 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet. Eine Zufuhrleitung 27 dient zur Zuführung von Kühlmittel in die Kanäle 14 für Kühlmittel und eine Abfuhrleitung 28 dient zur Ableitung des durch die Kanäle 14 geleiteten Kühlmittels. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 sind in 1 aus Vereinfachungsgründen als gesonderte Leitungen dargestellt und sind konstruktiv tatsächlich am Endbereich in der Nähe der Kanäle 12, 13, 14 im Brennstoffzellenstapel 40 der Brennstoffzelleneinheit 1 als fluchtende Fluidöffnungen 52 an Abdichtplatten 50 als Verlängerung am Endbereich 51 der aufeinander liegender Bipolarplatten 10 (6) und Membranelektrodenanordnungen 6 (nicht dargestellt) ausgebildet. Die Brennstoffzellen 2 und die Komponenten der Brennstoffzellen 2 sind scheibenförmig ausgebildet und spannen zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtete fiktive Ebenen 37 auf. Die fluchtenden Fluidöffnungen 52 und Dichtungen (nicht dargestellt) in einer Richtung senkrecht zu den fiktiven Ebenen 37 zwischen den Fluidöffnungen 52 bilden somit einen Zuführkanal 53 für Oxidationsmittel, einen Abführkanal 54 für Oxidationsmittel, einen Zuführkanal 55 für Brennstoff, einen Abführkanal 56 für Brennstoff, einen Zuführkanal 57 für Kühlmittel und einen Abführkanal 58 für Kühlmittel. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Brennstoffzellenstapels 40 der Brennstoffzelleneinheit 1 sind als Prozessfluidleitungen ausgebildet. Die Zufuhr- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Brennstoffzellenstapels 40 der Brennstoffzelleneinheit 1 münden in die Zuführ- und Abführkanäle 53, 54, 55, 56, 57, 58 innerhalb des Brennstoffzellenstapels 40 der Brennstoffzelleneinheit 1. Der Brennstoffzellenstack 40 als Brennstoffzelleneinheit 1 zusammen mit dem Druckgasspeicher 21 und der Gasfördereinrichtung 22 bildet ein Brennstoffzellensystem 4.A gas conveying device 22, for example designed as a blower 23 or a compressor 24, conveys air from the environment as oxidizing agent into a supply line 25 for oxidizing agent. From the supply line 25, the air is supplied to the channels 13 for oxidizing agents, which form a channel structure 29 on the bipolar plates 10 for oxidizing agents, so that the oxidizing agent flows through the gas space 32 for the oxidizing agent. The gas space 32 for the oxidizing agent is formed by the channels 13 and the GDL 9 on the cathode 8. After the oxidizing agent 32 has flowed through the channels 13 or the gas space 32, the oxidizing agent not consumed at the cathode 8 and the reaction water formed at the cathode 8 due to the electrochemical redox reaction are drained out of the fuel cells 2 through a discharge line 26. A supply line 27 serves to supply coolant into the channels 14 for coolant and a discharge line 28 serves to drain off the coolant passed through the channels 14. The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 are in 1 For reasons of simplification, they are shown as separate lines and are actually structurally located at the end region near the channels 12, 13, 14 in the fuel cell stack 40 of the fuel cell unit 1 as aligned fluid openings 52 on sealing plates 50 as an extension at the end region 51 of the bipolar plates 10 lying one on top of the other ( 6 ) and membrane electrode arrangements 6 (not shown). The fuel cells 2 and the components of the fuel cells 2 are disc-shaped and span fictitious planes 37 that are essentially parallel to one another. The aligned fluid openings 52 and seals (not shown) in a direction perpendicular to the fictitious planes 37 between the fluid openings 52 thus form an oxidant supply channel 53, an oxidant discharge channel 54, a fuel supply channel 55, a fuel discharge channel 56, etc Supply channel 57 for coolant and a discharge channel 58 for coolant. The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 outside the fuel cell stack 40 of the fuel cell unit 1 are as a process fluid lines formed. The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 outside the fuel cell stack 40 of the fuel cell unit 1 open into the supply and discharge channels 53, 54, 55, 56, 57, 58 within the fuel cell stack 40 of the fuel cell unit 1. The Fuel cell stack 40 as fuel cell unit 1 together with the compressed gas storage 21 and the gas delivery device 22 forms a fuel cell system 4.

In der Brennstoffzelleneinheit 1 sind die Brennstoffzellen 2 zwischen zwei Spannelementen 33 als Spannplatten 34 angeordnet. Eine obere Spannplatte 35 liegt auf der obersten Brennstoffzelle 2 auf und eine untere Spannplatte 36 liegt auf der untersten Brennstoffzelle 2 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 1 umfasst ungefähr 200 bis 400 Brennstoffzellen 2, die aus zeichnerischen Gründen nicht alle in 4 bis 5 dargestellt sind. Die Spannelemente 33 bringen auf die Brennstoffzellen 2 eine Druckkraft auf, d. h. die obere Spannplatte 35 liegt mit einer Druckkraft auf der obersten Brennstoffzelle 2 auf und die untere Spannplatte 36 liegt mit einer Druckkraft auf der untersten Brennstoffzelle 2 auf. Damit ist der Brennstoffzellenstapel 40 verspannt, um die Dichtheit für den Brennstoff, das Oxidationsmittel und das Kühlmittel, insbesondere aufgrund der elastischen Dichtung 11, zu gewährleisten und außerdem den elektrischen Kontaktwiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels 40 möglichst klein zu halten. Zur Verspannung der Brennstoffzellen 2 mit den Spannelementen 33 sind an der Brennstoffzelleneinheit 1 vier Verbindungsvorrichtungen 38 als Bolzen 39 ausgebildet, welche auf Zug beansprucht sind. Die vier Bolzen 39 sind mit den Spannplatten 34 fest verbunden.In the fuel cell unit 1, the fuel cells 2 are arranged between two clamping elements 33 as clamping plates 34. An upper clamping plate 35 rests on the top fuel cell 2 and a lower clamping plate 36 rests on the bottom fuel cell 2. The fuel cell unit 1 comprises approximately 200 to 400 fuel cells 2, not all of which are included for drawing reasons 4 to 5 are shown. The clamping elements 33 apply a compressive force to the fuel cells 2, ie the upper clamping plate 35 rests on the topmost fuel cell 2 with a compressive force and the lower clamping plate 36 rests on the lowest fuel cell 2 with a compressive force. The fuel cell stack 40 is thus braced in order to ensure the tightness for the fuel, the oxidizing agent and the coolant, in particular due to the elastic seal 11, and also to keep the electrical contact resistance within the fuel cell stack 40 as small as possible. To clamp the fuel cells 2 with the clamping elements 33, four connecting devices 38 are designed as bolts 39 on the fuel cell unit 1, which are subject to tension. The four bolts 39 are firmly connected to the clamping plates 34.

Der Brennstoffzellenstapel 40 ist in einem Gehäuse 42 (5) angeordnet. Das Gehäuse 42 weist eine Innenseite 43 und eine Außenseite 44 auf. Zwischen dem Brennstoffzellenstapel 40 und dem Gehäuse 42 ist ein Zwischenraum 41 ausgebildet. Das Gehäuse 42 ist außerdem von einer Anschlussplatte 47 aus Metall, insbesondere Stahl, gebildet. Das übrige Gehäuse 42 ohne der Anschlussplatte 47 ist mit Fixierungselementen 48 als Schrauben 49 an der Anschlussplatte 47 befestigt. In der Anschlussplatte 47 sowie in der unteren Spannplatte 36 ist eine Öffnung 45 zum Einleiten von Oxidationsmittel in die Kanäle 13 für Oxidationsmittel ausgebildet. Außerdem ist in der Anschlussplatte 47 sowie in der unteren Spannplatte 36 eine Öffnung 46 zum Ausleiten von Oxidationsmittel aus den Kanälen 13 für Oxidationsmittel ausgebildet. In der Anschlussplatte 47 und der unteren Spannplatte 36 als dem Spannelement 33 sind weitere, nicht dargestellte Öffnungen ausgebildet zum Einleiten von Brennstoff, zum Ausleiten von Brennstoff, zum Einleiten von Kühlmittel und zum Ausleiten von Kühlmittel. Damit sind in der Anschlussplatte 47 und der unteren Spannplatte 36 insgesamt 6 Öffnungen ausgebildet (nicht dargestellt).The fuel cell stack 40 is in a housing 42 ( 5 ) arranged. The housing 42 has an inside 43 and an outside 44. A space 41 is formed between the fuel cell stack 40 and the housing 42. The housing 42 is also formed by a connection plate 47 made of metal, in particular steel. The remaining housing 42 without the connection plate 47 is attached to the connection plate 47 with fixing elements 48 as screws 49. An opening 45 for introducing oxidizing agent into the channels 13 for oxidizing agent is formed in the connection plate 47 and in the lower clamping plate 36. In addition, an opening 46 for discharging oxidizing agent from the channels 13 for oxidizing agent is formed in the connection plate 47 and in the lower clamping plate 36. In the connection plate 47 and the lower clamping plate 36 as the clamping element 33, further openings, not shown, are formed for introducing fuel, for discharging fuel, for introducing coolant and for discharging coolant. This means that a total of 6 openings are formed in the connection plate 47 and the lower clamping plate 36 (not shown).

Das in die Brennstoffzellen 2 eingeleitete Oxidationsmittel ist primäres Oxidationsmittel und das aus den Brennstoffzellen 2 ausgeleiteten Oxidationsmittel ist sekundäres Oxidationsmittel. Die Brennstoffzellen 2 sind zu einem Brennstoffzellenstapel 40 gestapelt. Das primäre Oxidationsmittel wird von der Gasförderung 22 durch die Zufuhrleitung 25 in die Kanäle 13 für Oxidationsmittel eingeleitet und vor dem Einleiten in die Kanäle 13 für Oxidationsmittel durch eine Befeuchtungsvorrichtung 59 geleitet. Das sekundäre Oxidationsmittel wird nach dem Durchleiten durch die Öffnung 46 zum Ausleiten des Oxidationsmittels durch die Abfuhrleitung 26 für Oxidationsmittel und Wasser in die Umgebung abgeleitet und vor dem Ableiten in die Umgebung durch die Befeuchtungsvorrichtung 59 geleitet. In der Befeuchtungsvorrichtung 59 wird das Wasser, insbesondere in Form von Feuchtigkeit oder Wasserdampf, von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel übertragen.The oxidizing agent introduced into the fuel cells 2 is the primary oxidizing agent and the oxidizing agent discharged from the fuel cells 2 is the secondary oxidizing agent. The fuel cells 2 are stacked to form a fuel cell stack 40. The primary oxidizing agent is introduced from the gas conveyor 22 through the supply line 25 into the channels 13 for oxidizing agent and passed through a humidification device 59 before being introduced into the channels 13 for oxidizing agent. The secondary oxidant, after passing through the opening 46 for discharging the oxidant, is discharged into the environment through the oxidant and water discharge line 26 and is passed through the humidification device 59 before being discharged into the environment. In the humidification device 59, the water, in particular in the form of moisture or water vapor, is transferred from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent.

In 6 ist die Bipolarplatte 10 der Brennstoffzelle 2 stark vereinfacht und schematisierte dargestellt. Die Bipolarplatte 10 umfasst die Kanäle 12, 13 und 14 als drei getrennte Kanalstrukturen 29. Die Kanäle 12, 13 und 14 sind in 6 nicht gesondert dargestellt, sondern lediglich vereinfacht als Schicht einer Kanalstruktur 29. Die Fluidöffnungen 52 an den Abdichtplatten 50 der Bipolarplatten 10 und Membranelektrodenanordnungen 6 (nicht dargestellt) sind fluchtend gestapelt angeordnet innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 1, so dass sich Zuführ- und Abführkanäle 53, 54, 55, 56, 57, 58 ausbilden. Dabei sind zwischen den Abdichtplatten 50 der Bipolarplatte 10 nicht dargestellte Dichtungen angeordnet zur fluiddichten Abdichtung der von den Fluidöffnungen 52 gebildeten Zuführ- und Abführkanäle 53, 54, 55, 56, 57, 58. Die Kanäle 14 für das Kühlmittel sind tatsächlich zwischen einer ersten Platte und zweiten Platte (nicht dargestellt) der Bipolarplatte 10 ausgebildet.In 6 the bipolar plate 10 of the fuel cell 2 is shown in a very simplified and schematic manner. The bipolar plate 10 includes the channels 12, 13 and 14 as three separate channel structures 29. The channels 12, 13 and 14 are in 6 not shown separately, but merely simplified as a layer of a channel structure 29. The fluid openings 52 on the sealing plates 50 of the bipolar plates 10 and membrane electrode arrangements 6 (not shown) are stacked in alignment within the fuel cell unit 1, so that supply and discharge channels 53, 54, 55, 56, 57, 58. Seals (not shown) are arranged between the sealing plates 50 of the bipolar plate 10 for fluid-tight sealing of the supply and discharge channels 53, 54, 55, 56, 57, 58 formed by the fluid openings 52. The channels 14 for the coolant are actually between a first plate and second plate (not shown) of the bipolar plate 10 is formed.

In den 7 bis 10 ist ein erstes konstruktives Ausführungsbeispiel der Befeuchtungsvorrichtung 59 abgebildet. Die Befeuchtungsvorrichtung 59 umfasst ein Gehäuse 60 aus Metall oder Kunststoff. Das Gehäuse 60 umfasst eine Deckwandung 61 als einen, vorzugsweise abnehmbaren und/oder arretierbaren, Deckel, eine Bodenwandung 62 und Seitenwandungen 63. Das Gehäuse 60 begrenzt mit der Deckwandung 61, der Bodenwandung 62 und den Seitenwandungen 63 einen Innenraum und der Innenraum ist in zwei Rohrinnenteilräume 82 und einen Umspülungsinnenteilraum 83 unterteilt. An dem Gehäuse ist eine Einlassöffnung 64 für das primäre Oxidationsmittel, eine Auslassöffnung 65 für das primäre Oxidationsmittel, eine Einlassöffnung 66 für das sekundäre Oxidationsmittel und eine Auslassöffnung 67 für das sekundäre Oxidationsmittel ausgebildet. In dem von dem Gehäuse 60 begrenzten Innenraum sind eine große Anzahl an Rohre 75 gestapelt angeordnet. Die Rohre 75 weisen jeweils eine Längsachse 89 (16) auf und die Rohre 75 und damit auch die Längsachsen 89 der Rohre 75 sind dabei im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°. Die Rohre 75 weisen außenseitig eine Außenfläche 76 auf und sind aus einer im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Membranwandung 77 ausgebildet. Die Membranwandung 77 begrenzt innenseitig einen Strömungsraum 86 zum Durchleiten des primären Oxidationsmittels. Die Membranwandungen 77 weisen Mikroporen und Mikroöffnungen auf zum Durchleiten von Feuchtigkeit oder Wasser aus dem Umspülungsinnenteilraum 83 mit sekundären Oxidationsmittel in die Strömungsräume 86 der Rohre 75 mit primären Oxidationsmittel.In the 7 to 10 a first structural exemplary embodiment of the humidification device 59 is shown. The humidification device 59 includes a housing 60 made of metal or plastic. The housing 60 comprises a top wall 61 as a, preferably removable and/or lockable, cover, a bottom wall 62 and side walls 63. The housing 60 delimits an interior space with the top wall 61, the bottom wall 62 and the side walls 63 and the interior space is divided into two Pipe inner subspaces 82 and a flushing inner subspace 83 are divided. On the housing is an inlet port 64 for the primary oxidant, an outlet port 65 for the primary oxidant, an inlet port 66 for the secondary oxidant and an outlet outlet opening 67 is formed for the secondary oxidizing agent. A large number of tubes 75 are arranged stacked in the interior space delimited by the housing 60. The tubes 75 each have a longitudinal axis 89 ( 16 ) on and the tubes 75 and thus also the longitudinal axes 89 of the tubes 75 are aligned essentially parallel to one another, in particular with a deviation of less than 30°, 20° or 10°. The tubes 75 have an outer surface 76 on the outside and are formed from a membrane wall 77 which is essentially circular in cross section. The membrane wall 77 delimits a flow space 86 on the inside for the primary oxidizing agent to pass through. The membrane walls 77 have micropores and microopenings for the passage of moisture or water from the inner subspace 83 with secondary oxidizing agent into the flow spaces 86 of the tubes 75 with primary oxidizing agent.

Die Rohre 75 sind mit Stapelungselementen 70 untereinander und zu dem Gehäuse 60 fixiert. Die Stapelungselemente 70 sind im Wesentlichen streifenförmig und rechteckig ausgebildet. Erste Stapelungselemente 87 sind als Zwischenstapelungselemente 87 ausgebildet und sind zwischen Schichten von Rohren 75 angeordnet. Am Endbereich von gestapelten ersten Stapelungselementen 87 als Zwischenstapelungselementen 87 sind zweite Stapelungselemente 88 als Endstapelungselemente 88 angeordnet. Die Zwischenstapelungselemente 87 und die Endstapelungselemente 88 sind Stapelungselemente 70. Die Endbereiche der gestapelten Stapelungselemente 70 sind dabei in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse 89 der Rohre 75 ausgebildet. An den Zwischenstapelungselementen 87 sind an 2 gegenüberliegenden Seiten Kontaktflächen 71 und Stapelungsflächen 72 ausgebildet. An den Kontaktflächen 71 liegen die Außenflächen 76 der Rohre 75 auf zur formschlüssigen Fixierung der Rohre 75 an den Kontaktflächen 71. An den Stapelungsflächen 72 liegen die Zwischenstapelungselemente 87 aufeinander. Die Geometrie der Kontaktflächen 71 ist dabei komplementär zur Geometrie der Außenfläche 76 der Rohre 75 ausgebildet. Die Außenfläche 76 der Rohre 75 ist konvex gekrümmt ausgebildet und die Kontaktfläche 71 der Stapelungselemente 70 ist konkav gekrümmt ausgebildet. Dabei entspricht der Krümmungsradius der Außenfläche 76 der Rohre 75 dem Krümmungsradius der Kontaktfläche 71 der Stapelungselemente 70. Die gestapelten Stapelungselemente 70 dienen somit als Fixierungsmittel 68 zur formschlüssigen Fixierung der Rohre 75 in dem Innenraum des Gehäuses 60.The tubes 75 are fixed to one another and to the housing 60 with stacking elements 70. The stacking elements 70 are essentially strip-shaped and rectangular. First stacking elements 87 are designed as intermediate stacking elements 87 and are arranged between layers of tubes 75. At the end region of stacked first stacking elements 87 as intermediate stacking elements 87, second stacking elements 88 are arranged as end stacking elements 88. The intermediate stacking elements 87 and the end stacking elements 88 are stacking elements 70. The end regions of the stacked stacking elements 70 are formed in a direction perpendicular to the longitudinal axis 89 of the tubes 75. Contact surfaces 71 and stacking surfaces 72 are formed on two opposite sides of the intermediate stacking elements 87. The outer surfaces 76 of the tubes 75 lie on the contact surfaces 71 for the positive fixation of the tubes 75 on the contact surfaces 71. The intermediate stacking elements 87 lie on one another on the stacking surfaces 72. The geometry of the contact surfaces 71 is designed to be complementary to the geometry of the outer surface 76 of the tubes 75. The outer surface 76 of the tubes 75 is designed to be convexly curved and the contact surface 71 of the stacking elements 70 is designed to be concavely curved. The radius of curvature of the outer surface 76 of the tubes 75 corresponds to the radius of curvature of the contact surface 71 of the stacking elements 70. The stacked stacking elements 70 thus serve as fixing means 68 for positively fixing the tubes 75 in the interior of the housing 60.

Zusätzlich fungieren die Stapelungselemente 70 auch als Dichtungsmittel 69 zur im Wesentlichen fluiddichten Abtrennung des Innenraumes des Gehäuses 60 in den Umspülungsinnenteilraum 83 und die 2 Rohrinnenteilräume 82. Die in 7 links und rechts dargestellten gestapelten Stapelungselemente 70 dienen zur fluiddichten Abtrennung je eines Rohrinnenteilraumes 82 zu dem Umspülungsinnenteilraum 83. Das Endstapelungselement 88 unten ist in einer umlaufenden Befestigungsaussparung 85 der Bodenwandung 82 des Gehäuses 60 formschlüssig fixiert. Das Endstapelungselement 88 oben liegt auf einem umlaufenden Befestigungsvorsprung 84 an der Deckwandung 61 auf. Der Abstand zwischen dem Befestigungsvorsprung 84 und der Befestigungsaussparung 85 ist dahingehend gewählt, dass von dem Befestigungsvorsprung 84 und der Befestigungsaussparung 85 eine Vorspannkraft auf die gestapelten Stapelungselemente 70 aufgebracht wird. Die Stapelungsflächen 72 der Stapelungselemente 70 und die Außenflächen 76 der Rohre 75 sowie Kontaktflächen 71 der Stapelungselemente 70 liegen damit mit einer größeren Druckkraft aufeinander auf als sich aus der Schwerkraft der Stapelungselemente 70 und der Rohre 75 ergeben würde. Die Rohre 75 sind damit zusätzlich in einem erheblichen Umfang auch kraftschlüssig an den Außenflächen 76 an den Kontaktflächen 71 der Stapelungselemente 70 fixiert. Die Stapelungselemente 70 spannen eine fiktive Ebene 74 auf und diese fiktive Ebene 74 ist im Wesentlichen, insbesondere mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10°, parallel zu der Längsachse 89 der Rohre 75 ausgerichtet. Eine fiktive Stapelebene 73 der Rohre 75, welche parallel zu der fiktiven Ebene 74 ausgerichtet ist, schneidet sämtliche Rohre 75 zwischen 2 Zwischenstapelungselementen 87 als eine Schicht von Rohren 75. Die Rohre 75 sind somit zwischen je 2 Zwischenstapelungselementen 87 in Schichten angeordnet. Analog ist auch eine Schicht von Rohren 75 zwischen dem Zwischenstapelungselement 87 und dem Endstapelungselement 88 angeordnet.In addition, the stacking elements 70 also function as sealing means 69 for the essentially fluid-tight separation of the interior of the housing 60 into the flushing inner subspace 83 and the 2 inner pipe subspaces 82. The in 7 The stacked stacking elements 70 shown on the left and right serve for the fluid-tight separation of an inner pipe subspace 82 from the flushing inner subspace 83. The end stacking element 88 at the bottom is fixed in a form-fitting manner in a circumferential fastening recess 85 in the bottom wall 82 of the housing 60. The end stacking element 88 at the top rests on a circumferential fastening projection 84 on the top wall 61. The distance between the fastening projection 84 and the fastening recess 85 is selected such that a prestressing force is applied to the stacked stacking elements 70 by the fastening projection 84 and the fastening recess 85. The stacking surfaces 72 of the stacking elements 70 and the outer surfaces 76 of the tubes 75 as well as contact surfaces 71 of the stacking elements 70 thus rest on one another with a greater compressive force than would result from the gravity of the stacking elements 70 and the tubes 75. The tubes 75 are therefore also fixed to a considerable extent in a non-positive manner on the outer surfaces 76 on the contact surfaces 71 of the stacking elements 70. The stacking elements 70 span a fictitious plane 74 and this fictitious plane 74 is essentially aligned parallel to the longitudinal axis 89 of the tubes 75, in particular with a deviation of less than 30°, 20° or 10°. A fictitious stacking plane 73 of the tubes 75, which is aligned parallel to the fictitious plane 74, intersects all of the tubes 75 between 2 intermediate stacking elements 87 as a layer of tubes 75. The tubes 75 are thus arranged in layers between each 2 intermediate stacking elements 87. Analogously, a layer of tubes 75 is also arranged between the intermediate stacking element 87 and the end stacking element 88.

Der Umspülungsinnenteilraum 83 ist von einem zusätzlichen Stapel an Stapelungselementen 70 in 2 Strömungsteilräume 91 unterteilt und diese 2 Strömungsteilräume 91 des Umspülungsinnenteilraum 83 weisen in Richtung der Längsachse 89 der Rohre 75 ungefähr eine Länge L₁ und eine Länge L₂ auf. Der zusätzliche Stapel der Stapelungselemente 70 bildet somit ein Dichtungsmittel 69 zur Ausbildung der Strömungsteilräume 91. Der zusätzliche Stapel der Stapelungselemente 70 ist ungefähr mittig zwischen dem in 7 links und rechts dargestellten Stapel der Stapelungselemente 70 angeordnet. Diese mittig gestapelten Stapelungselemente 70 sind unten analog mit der Befestigungsaussparung 85 an der Bodenwandung 82 des Gehäuses 60 fixiert. An dem oberen Endstapelungselement 88 des mittleren Stapels der Stapelungselemente 70 liegt der Befestigungsvorsprung 84 mit Unterbrechungen als Strömungsöffnungen 92 an dem Endstapelungselement 88 auf, sodass das durch die Einlassöffnung 66 für sekundäres Oxidationsmittel eingeleitete sekundäre Oxidationsmittel zunächst nur den rechten Strömungsteilraum 91 gemäß 7 des Umspülungsinnenteilraum 83 zwischen dem mittleren und rechten Stapel der Stapelungselemente 70 die Rohre 75 umströmt und anschließend an den Unterbrechungen als Strömungsöffnungen 92 in linken Strömungsteilraum 91 des Umspülungsinnenteilraum 83 eingeleitet wird und zwischen dem mittleren und linken Stapel der Stapelungselemente 70 die Rohre 75 umströmt und anschließend durch die Auslassöffnung 67 aus der Befeuchtungsvorrichtung 59 ausgeleitet wird. Der jeweils in 7 links und rechts dargestellte Stapel der Stapelungselemente 70 als Dichtungsmittel 69 fungiert somit zur fluiddichten Abdichtung je eines Rohrinnenteilräume 82 zu dem Umspülungsinnenteilraum 83. Der in 7 mittig dargestellte Stapel der Stapelungselemente 70 fungiert als Dichtungsmittel 69 zur Abtrennung der Strömungsteilräume 91 des Umspülungsinnenteilraumes 83.The inner flushing subspace 83 is divided into 2 flow subspaces 91 by an additional stack of stacking elements 70 and these 2 flow subspaces 91 of the flushing inner subspace 83 have approximately a length L ₁ and a length L ₂ in the direction of the longitudinal axis 89 of the tubes 75. The additional stack of stacking elements 70 thus forms a sealing means 69 for forming the flow subspaces 91. The additional stack of stacking elements 70 is approximately in the middle between the in 7 Stack of stacking elements 70 shown on the left and right are arranged. These centrally stacked stacking elements 70 are fixed at the bottom in the same way as the fastening recess 85 on the bottom wall 82 of the housing 60. At the upper end stacking element 88 of the middle stack of stacking elements 70, the fastening projection 84 lies with interruptions as flow openings 92 at the end stacking element 88, so that the secondary oxidizing agent introduced through the inlet opening 66 for secondary oxidizing agent initially only corresponds to the right flow subspace 91 7 of the flushing inner subspace 83 between the middle and right stack of stacking elements 70 flows around the pipes 75 and is then introduced at the interruptions as flow openings 92 into the left flow subspace 91 of the flushing inner subspace 83 and flows around the pipes 75 between the middle and left stack of stacking elements 70 and then through the outlet opening 67 is discharged from the humidification device 59. The each in 7 Stacks of stacking elements 70 shown on the left and right thus act as sealing means 69 for the fluid-tight sealing of one of the inner pipe compartments 82 to the flushing inner compartment 83. The in 7 The stack of stacking elements 70 shown in the middle acts as a sealing means 69 for separating the flow subspaces 91 of the flushing inner subspace 83.

Das primäre Oxidationsmittel wird somit durch die Einlassöffnung 64 in den in 7 links dargestellten Rohrinnenteilraum 82 eingeleitet und wird von diesem Rohrinnenteilraum 82 in die Strömungsräume 86 der Rohre 75 eingeleitet. Nach dem Durchleiten des primären Oxidationsmittels durch die Strömungsräume 86 wird das primäre Oxidationsmittel wieder in dem in 7 rechts dargestellten Rohrinnenteilraum 82 gesammelt und durch die Auslassöffnung 65 aus der Befeuchtungsvorrichtung 59 ausgeleitet. Während des Durchleitens des primären Oxidationsmittels durch die Rohre 75 wird gleichzeitig das sekundäre Oxidationsmittel durch die Einlassöffnung 66 eingeleitet und durch die Auslassöffnung 67 ausgeleitet, sodass dadurch die Außenflächen 76 der Rohre 75 von dem sekundären Oxidationsmittel umspült werden und damit das Wasser von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel übertragen wird. Der mittig angeordnete Stapel der Stapelungselemente 70 dient nicht nur als Dichtungsmittel 69, sondern auch als Fixierungsmittel 68, sodass die Rohre 75 mit eine kleinen Abstand L₁ und L₂ in Richtung der Längsachse 89 an dem Fixierungsmittel 68 als den Stapeln der Stapelungselemente 70 fixiert sind und somit eine geringe Durchbiegung vorhanden ist, d. h. die Außenflächen 76 der Rohre 75 keinen Kontakt zueinander aufweisen und damit die gesamte Außenfläche 76 der Rohre 75 zur Übertragung von Wasser von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel fungieren kann. The primary oxidant is thus introduced into the inlet through the inlet opening 64 7 Pipe inner subspace 82 shown on the left and is introduced from this inner pipe subspace 82 into the flow spaces 86 of the pipes 75. After passing the primary oxidizing agent through the flow spaces 86, the primary oxidizing agent is returned to the in 7 The inner tube space 82 shown on the right is collected and discharged from the humidification device 59 through the outlet opening 65. While the primary oxidizing agent is passing through the tubes 75, the secondary oxidizing agent is simultaneously introduced through the inlet opening 66 and discharged through the outlet opening 67, so that the outer surfaces 76 of the tubes 75 are washed around by the secondary oxidizing agent and thus the water is absorbed by the secondary oxidizing agent the primary oxidizing agent is transferred. The centrally arranged stack of stacking elements 70 serves not only as a sealing means 69, but also as a fixing means 68, so that the tubes 75 are fixed with a small distance L ₁ and L ₂ in the direction of the longitudinal axis 89 on the fixing means 68 as the stacks of stacking elements 70 and therefore there is little deflection, ie the outer surfaces 76 of the tubes 75 have no contact with one another and so that the entire outer surface 76 of the tubes 75 can function to transfer water from the secondary oxidant to the primary oxidant.

Aufgrund der Unterteilung des Umspülungsinnenteilraumes 83 in zwei Strömungsteilräume 91 weist das sekundäre Oxidationsmittel eine große Strömungsgeschwindigkeit in dem Umspülungsinnenteilraum 83 auf, sodass die Übertragung des Wassers von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel wesentlich verbessert ist. Aufgrund der hohen Effektivität der Übertragung von Wasser von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel kann der Innendurchmesser des Strömungsraum 86 der Rohre 75 entsprechend groß ausgebildet werden, sodass ein geringer Druckabfall des primären Oxidationsmittels beim Durchleiten durch die Rohre 75 auftritt und dadurch in vorteilhafter Weise wenig mechanische Energie zum Betrieb der Gasfördereinrichtung 22 notwendig ist. Der kleinen Abstand L₁ und L₂ zwischen den Stapeln der Stapelungselemente 70 in Richtung der Längsachse 89 der Rohre 75 bedingt eine kleine Eigenfrequenz der Rohre 75, sodass bei einer Anregung mit mechanischen Schwingungen keine Resonanz auftritt und damit auch im Wesentlichen keine nachteiligen mechanischen Schwingungen der Rohre 75 zwischen den Stapeln der Stapelungselemente 70 auftreten.Due to the subdivision of the internal flushing subspace 83 into two flow subspaces 91, the secondary oxidizing agent has a high flow velocity in the internal flushing subspace 83, so that the transfer of water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent is significantly improved. Due to the high effectiveness of the transfer of water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent, the inner diameter of the flow space 86 of the tubes 75 can be made correspondingly large, so that a small pressure drop of the primary oxidizing agent occurs when it passes through the tubes 75 and therefore advantageously little mechanical energy is necessary to operate the gas delivery device 22. The small distance L ₁ and L ₂ between the stacks of stacking elements 70 in the direction of the longitudinal axis 89 of the tubes 75 causes a small natural frequency of the tubes 75, so that no resonance occurs when excited with mechanical vibrations and therefore essentially no disadvantageous mechanical vibrations Tubes 75 occur between the stacks of stacking elements 70.

In den 11 ist ein zweites konstruktives Ausführungsbeispiel der Befeuchtungsvorrichtung 59 abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 7 bis 10 beschrieben. In dem Innenraum des Gehäuses 60 sind 5 Stapel an Stapelungselementen 70 angeordnet. Die in 11 links und rechts angeordneten Stapel der Stapelungselemente 70 weisen die gleiche Funktion wie in dem ersten Ausführungsbeispiel auf, d. h. dienen als Fixierungsmittel 68 für die Rohre 75 und als Dichtungsmittel 69 zur fluiddichten Abdichtung des Umspülungsinnenteilraumes 83 von den 2 Rohrinnenteilräumen 82. In Längsrichtung der Rohre 75 sind zwischen diesen in 11 links und rechts angeordneten Stapel der Stapelungselemente 70 drei weitere Stapel der Stapelungselemente 70 ausgebildet. Der weiteren Stapel der Stapelungselemente 70 bildet somit Dichtungsmittel 69 zur Ausbildung der Strömungsteilräume 91. Diese unterteilen den Umspülungsinnenteilraum 83 in Richtung der Längsachse 89 der Rohre 75 in 4 Strömungsteilräume 91. Das durch die Einlassöffnung 66 eingeleitete sekundäre Oxidationsmittel wird von diesen 3 Stapeln in der Strömungsrichtung umgelenkt, sodass das sekundäre Oxidationsmittel in den 4 Strömungsteilräumen 91 im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 89 der Rohre 75 durch die Strömungsteilräume 91 strömt und dabei bei benachbarten Strömungsteilräumen 91 in entgegengesetzter Richtung strömt. Hierzu sind an je einem Befestigungsvorsprung 84 an der Deckwandung 61 und der Bodenwandung 62 entsprechende Unterbrechungen als Strömungsöffnungen 92 ausgebildet, sodass das sekundäre Oxidationsmittel von einem Strömungsteilraum 91 in den benachbarten Strömungsteilraum 91 umströmen kann. Aus dem letzten Strömungsteilraum 91 wird das sekundäre Oxidationsmittel durch die Auslassöffnung 67 aus der Befeuchtungsvorrichtung 59 ausgeleitet. Aufgrund der großen Anzahl der Stapel der Stapelungselemente 70 weisen die Strömungsteilräume 91 ein kleineres Volumen und eine kleine Strömungsquerschnittsfläche auf als in dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass das sekundäre Oxidationsmittel mit einer großen Strömungsgeschwindigkeit durch je einen Strömungsteilraum 91 zwischen den Stapeln der Stapelungselemente 70 geleitet wird. Diese große Strömungsgeschwindigkeit des sekundären Oxidationsmittels erhöht die Übertragbarkeit des Wassers von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel. Die Abstände L₁ bis L₄ in Richtung der Längsachse 89 zwischen den Stapeln der Stapelungselemente 70 der Rohre 75 sind sehr klein, sodass dadurch von den Rohren 75 nur kleine Biegemomente aufgenommen werden und damit auch die Biegungen der Rohre 75 in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse 89 der Rohre 75 sehr klein ist. Auch bei einem kleinen Abstand zwischen den Außenflächen 76 der Rohre 75 wird somit ein Kontakt zwischen den Außenflächen 76 der Rohre 75 ausgeschlossen und damit kann die gesamte Außenfläche 76 der Rohre 75 zur Übertragung der Feuchtigkeit von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel fungieren. Die kleinen und unterschiedlichen Abstände L₁ bis L₄ in Richtung der Längsachse 89 zwischen den Stapeln der Stapelungselemente 70 der Rohre 75 bewirken außerdem, dass die Rohre 75 bezüglich mechanischer Schwingungen eine sehr große Eigenfrequenz aufweisen, sodass bei einer Schwingungsanregung der Rohre 75 eine Resonanz im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann. Die unterschiedlichen Abstände L₁ bis L₄ bewirken somit, dass unterschiedliche Eigenfrequenz der Rohre 75 vorhanden sind und dadurch keine ausgeprägten und identische Resonanzfrequenzen für die Abschnitte der Rohre 75 zwischen den Stapeln der Stapelungselemente 70 auftreten.In the 11 a second structural exemplary embodiment of the humidification device 59 is shown. Essentially only the differences from the first exemplary embodiment are described below 7 to 10 described. Five stacks of stacking elements 70 are arranged in the interior of the housing 60. In the 11 The stacks of stacking elements 70 arranged on the left and right have the same function as in the first exemplary embodiment, ie serve as fixing means 68 for the tubes 75 and as sealing means 69 for fluid-tight sealing of the flushing inner subspace 83 from the 2 inner pipe subspaces 82. In the longitudinal direction of the pipes 75 are between these in 11 Left and right stacks of stacking elements 70 form three further stacks of stacking elements 70. The further stack of stacking elements 70 thus forms sealing means 69 for forming the flow subspaces 91. These divide the flushing inner subspace 83 in the direction of the longitudinal axis 89 of the pipes 75 into 4 flow subspaces 91. The secondary oxidizing agent introduced through the inlet opening 66 is from these 3 stacks in the flow direction deflected so that the secondary oxidizing agent in the 4 flow sub-spaces 91 flows through the flow sub-spaces 91 essentially perpendicular to the longitudinal axis 89 of the tubes 75 and flows in the opposite direction in adjacent flow sub-spaces 91. For this purpose, corresponding interruptions are formed as flow openings 92 on each fastening projection 84 on the top wall 61 and the bottom wall 62, so that the secondary oxidizing agent can flow from one flow subspace 91 into the adjacent flow subspace 91. From the last flow subspace 91, the secondary oxidizing agent is discharged from the humidification device through the outlet opening 67 tung 59 discharged. Due to the large number of stacks of stacking elements 70, the flow subspaces 91 have a smaller volume and a small flow cross-sectional area than in the first exemplary embodiment, so that the secondary oxidizing agent is passed at a high flow velocity through one flow subspace 91 between the stacks of stacking elements 70. This high flow rate of the secondary oxidant increases the transferability of the water from the secondary oxidant to the primary oxidant. The distances L ₁ to L ₄ in the direction of the longitudinal axis 89 between the stacks of the stacking elements 70 of the tubes 75 are very small, so that only small bending moments are absorbed by the tubes 75 and thus also the bends of the tubes 75 in a direction perpendicular to the Longitudinal axis 89 of the tubes 75 is very small. Even with a small distance between the outer surfaces 76 of the tubes 75, contact between the outer surfaces 76 of the tubes 75 is thus excluded and the entire outer surface 76 of the tubes 75 can therefore function to transfer moisture from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent. The small and different distances L ₁ to L ₄ in the direction of the longitudinal axis 89 between the stacks of the stacking elements 70 of the tubes 75 also cause the tubes 75 to have a very high natural frequency with regard to mechanical vibrations, so that when the tubes 75 are excited to vibrate, a resonance occurs in the tubes 75 can essentially be excluded. The different distances L ₁ to L ₄ thus cause different natural frequencies of the tubes 75 to be present and therefore no pronounced and identical resonance frequencies for the sections of the tubes 75 between the stacks of the stacking elements 70 occur.

In den 12 bis 16 ist ein drittes konstruktives Ausführungsbeispiel der Befeuchtungsvorrichtung 59 abgebildet. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 11 beschrieben. In diesem dritten Ausführungsbeispiel sind die Stapelungselemente 70, 90 einteilig mit den Rohren 75 ausgebildet. Die Herstellung der Rohre 75 mit integrierten Stapelungselementen 70, 90 erfolgt dabei mittels Extrusion. An einem Extrusionswerkzeug ist eine Blende (nicht dargestellt) ausgebildet. Der Durchmesser der Blende, welche kreisförmig ausgebildet ist, kann verändert werden. Das Rohr 75 zusammen mit den Stapelungselementen 70, 90 weist 2 unterschiedliche Außendurchmesser 80, 81 auf, nämlich einen ersten kleineren ersten Außendurchmesser 80 und einen zweiten, größeren Außendurchmesser 81. Der erste Außendurchmesser 80 ist an dem Rohr 75 ohne dem Stapelungselement 90 ausgebildet, d. h. an der Membranwandung 77 zur Übertragung und Durchleitung des Wassers. Der zweite Außendurchmesser 81 ist an dem Stapelungselement 90 vorhanden.In the 12 to 16 a third structural exemplary embodiment of the humidification device 59 is shown. Essentially only the differences to the second exemplary embodiment are described below 11 described. In this third exemplary embodiment, the stacking elements 70, 90 are formed in one piece with the tubes 75. The tubes 75 with integrated stacking elements 70, 90 are produced by extrusion. A diaphragm (not shown) is formed on an extrusion tool. The diameter of the aperture, which is circular, can be changed. The tube 75 together with the stacking elements 70, 90 has 2 different outer diameters 80, 81, namely a first smaller outer diameter 80 and a second, larger outer diameter 81. The first outer diameter 80 is formed on the tube 75 without the stacking element 90, ie on the membrane wall 77 for the transmission and passage of the water. The second outer diameter 81 is present on the stacking element 90.

Während der Herstellung des Rohres 75 mit den Stapelungselementen 90 wird der Werkstoff für das Rohr 75 mit den Stapelungselementen 90 durch die Blende gefördert und während des Förderns wird der Durchmesser der Blende verändert, sodass bei einem Durchmesser der Blende mit dem zweiten Außendurchmesser 81 das Rohr 75 zusammen mit dem Stapelungselement 90 extrudiert wird und bei einem Durchmesser der Blende mit dem ersten Durchmesser 80 das Rohr 75 ohne dem Stapelungselement 90 extrudiert wird. Das Rohr 75 ist somit in Richtung der Längsachse 89 des Rohres 75 in erste Abschnitte 78 mit dem kleinen ersten Außendurchmesser 80 und in zweite Abschnitte 79 mit dem großen zweiten Außendurchmesser 81 unterteilt. Der Werkstoff Kunststoff des Rohres 75 wird mit einer Förderschnecke (nicht dargestellt) durch die Blende des Extrudierwerkzeuges (nicht dargestellt) gefördert und während des Zeitraumes der Blende mit dem größeren zweiten Außendurchmesser 81 weist die Förderschnecke eine größere Fördergeschwindigkeit oder größeren Volumenstrom auf als während des Zeitraumes der Blende mit dem kleineren ersten Außendurchmesser 80. Mit dem Extrudierwerkzeug wird jeweils nur ein Rohr 75 hergestellt, d. h. das Extrudierwerkzeug weist nur eine im Durchmesser veränderliche Blende auf.During the production of the tube 75 with the stacking elements 90, the material for the tube 75 with the stacking elements 90 is conveyed through the aperture and during conveying the diameter of the aperture is changed so that with a diameter of the aperture with the second outer diameter 81, the tube 75 is extruded together with the stacking element 90 and with a diameter of the aperture with the first diameter 80, the tube 75 is extruded without the stacking element 90. The tube 75 is thus divided in the direction of the longitudinal axis 89 of the tube 75 into first sections 78 with the small first outside diameter 80 and into second sections 79 with the large second outside diameter 81. The plastic material of the pipe 75 is conveyed with a screw conveyor (not shown) through the aperture of the extrusion tool (not shown) and during the period of the aperture with the larger second outer diameter 81, the screw conveyor has a greater conveying speed or larger volume flow than during the period the aperture with the smaller first outside diameter 80. Only one tube 75 is produced with the extrusion tool, i.e. H. the extrusion tool only has a variable diameter aperture.

In 15 ist ein Ausführungsbeispiel für die Stapelungselemente 90 mit einer Stapelungsfläche 72 dargestellt, welche im Querschnitt kreisförmig ist. In dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stapelungsflächen 72 der Stapelungselemente 90 im Querschnitt 6-eckig ausgebildet. Beim Stapeln der in 13 dargestellten Stapelungselemente 90 treten im Wesentlichen zwischen den Stapelungsflächen 72 aufgrund der Geometrie der Stapelungsflächen 72 keine Hohlräume auf, sofern ausschließlich Stapelungselemente 90 mit der 6-eckigen Geometrie an der Stapelungsfläche 72 verwendet werden. Beim Stapeln der in 15 dargestellten Stapelungselemente 90 mit der kreisförmigen Stapelungsfläche 72 als der radialen Außenfläche der Stapelungselemente 90 treten jeweils Hohlräume zwischen den Stapelungsflächen 72 auf. In 12 ist die Befeuchtungsvorrichtung 59 mit den in 6 dargestellten Rohren 75 dargestellt. Lediglich der Stapel der Stapelungselemente 70 links ist mehrteilig in Ergänzung zu den Rohren 75 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die anderen Stapel der Stapelungselemente 90 sind von den Stapelungselementen 90 einteilig zusammen mit den Rohren 75 ausgebildet.In 15 An exemplary embodiment of the stacking elements 90 is shown with a stacking surface 72 which is circular in cross section. In the in 13 In the exemplary embodiment shown, the stacking surfaces 72 of the stacking elements 90 are hexagonal in cross section. When stacking the in 13 In the stacking elements 90 shown, there are essentially no cavities between the stacking surfaces 72 due to the geometry of the stacking surfaces 72, provided that only stacking elements 90 with the hexagonal geometry are used on the stacking surface 72. When stacking the in 15 Stacking elements 90 shown with the circular stacking surface 72 as the radial outer surface of the stacking elements 90 each have cavities between the stacking surfaces 72. In 12 is the humidification device 59 with the in 6 pipes 75 shown. Only the stack of stacking elements 70 on the left is designed in several parts in addition to the tubes 75 according to the first and second exemplary embodiments. The other stacks of the stacking elements 90 are formed in one piece by the stacking elements 90 together with the tubes 75.

Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Befeuchtungsvorrichtung 59, dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Befeuchtungsvorrichtung 59 und der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinheit 1 wesentliche Vorteile verbunden. Das Fixierungsmittel 68 und das Dichtmittel 69 ist mehrteilig von den Stapelungselementen 70, 90 gebildet. Die Rohre 75 können dadurch in vorteilhafter Weise in einem genau vorgegebenen, insbesondere konstanten, Abstand zueinander an den Außenflächen 76 in einfacher Weise in dem Innenraum des Gehäuses 60 angeordnet werden. Ein Kontakt zwischen den Außenflächen 76 der Rohre 75 kann dadurch im Wesentlichen vermieden werden, sodass damit die gesamte Außenfläche 76 der Rohre 75 für die Durchleitung bzw. die Diffusion des Wassers durch die Membranwandungen 77 genutzt werden kann. Damit kann der Innendurchmesser des Strömungsraum 86 der Rohre 75 entsprechend größer ausgebildet sein, sodass dadurch geringe Druckverluste beim Durchleiten des Oxidationsmittels durch Strömungsräume 86 der Rohre 75 auftreten. Die zusätzlichen Stapel der Stapelungselemente 70, 90 unterteilen den Umspülungsinnenteilraum 83 in Längsrichtung der Längsachse 89 der Rohre 75 in Strömungsteilräume 91. Diese Unterteilung in die Strömungsteilräume 91 erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Oxidationsmittels in den Strömungsteilräumen 91 und die Eigenfrequenz der Rohre 75. Damit kann die Übertragung des Wassers von dem sekundären Oxidationsmittel auf das primäre Oxidationsmittel verbessert und die Anfälligkeit der Befeuchtungsvorrichtung 59 für Resonanz bei mechanischen Schwingungen reduziert werden.Overall, with the humidification device 59 according to the invention, the invention There are significant advantages associated with the method according to the invention for producing the humidification device 59 and the fuel cell unit 1 according to the invention. The fixing means 68 and the sealing means 69 are formed in several parts by the stacking elements 70, 90. The tubes 75 can thereby advantageously be arranged in a simple manner in the interior of the housing 60 at a precisely predetermined, in particular constant, distance from one another on the outer surfaces 76. Contact between the outer surfaces 76 of the tubes 75 can thereby essentially be avoided, so that the entire outer surface 76 of the tubes 75 can be used for the passage or diffusion of the water through the membrane walls 77. This means that the inner diameter of the flow space 86 of the tubes 75 can be made correspondingly larger, so that small pressure losses occur when the oxidizing agent is passed through the flow spaces 86 of the tubes 75. The additional stacks of stacking elements 70, 90 divide the inner flushing subspace 83 in the longitudinal direction of the longitudinal axis 89 of the pipes 75 into flow subspaces 91. This subdivision into the flow subspaces 91 increases the flow velocity of the oxidizing agent in the flow subspaces 91 and the natural frequency of the pipes 75. This allows the transmission of the water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent can be improved and the susceptibility of the humidifying device 59 to resonance in the event of mechanical vibrations can be reduced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1261992 B1 [0006]
CN 211088409 U [0007]

Claims

Humidifying device (59) for a fuel cell unit (1) for transferring water from the oxidizing agent discharged from a fuel cell stack (40) as a secondary oxidizing agent to the oxidizing agent introduced into the fuel cell stack (40) as a primary oxidizing agent, comprising - a housing (60), which an interior, with a primary inlet opening (64) for introducing the primary oxidizing agent into the humidifying device (59), with a primary outlet opening (65) for discharging the primary oxidizing agent from the humidifying device (59), with a secondary inlet opening (66). Introduction of the secondary oxidizing agent into the humidifying device (59), with a secondary outlet opening (67) for discharging the secondary oxidizing agent from the humidifying device (59), - stacked tubes (75) with membrane walls (77) for transferring the water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent through the membrane walls (77), - at least one fixing means (68) for fixing the tubes (75) in the interior, - at least one sealing agent (69), which divides the interior into at least one inner tube subspace (82) for the passage of the Oxidizing agent through the pipes (75) and divided into a flushing inner subspace (83) for flushing the outer surfaces (77) of the pipes (75) with oxidizing agent, characterized in that the at least one fixing means (68) and / or the at least one sealing means (69 ) are formed in several parts from stacking elements (70, 90) and the stacking elements (70, 90) are arranged stacked in the interior.

humidification device Claim 1 , characterized in that contact surfaces (71) formed on the stacking elements (70), in particular releasably without a cohesive connection, rest on the tubes (75).

humidification device Claim 1 or 2 , characterized in that the geometry of the contact surfaces (71) of the stacking elements (70) is designed to be essentially complementary to the geometry of the outer surfaces (76) of the tubes (75).

Humidification device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the stacking elements (70) are designed as additional components in addition to the tubes (75).

Humidification device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the stacking elements (70) are plate-shaped, in particular strip-shaped, and the tubes (75), in particular all tubes (75), between each two immediately adjacent stacked stacking elements (70). two immediately adjacent stacked stacking elements (70) are cut by a common fictitious stacking plane (73).

Humidification device according to one or more of the preceding claims, characterized in that stacking surfaces (72) formed on the stacking elements (70, 90), in particular releasably without a material connection, lie on one another.

Humidification device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the stacking elements (90) are formed in one piece with the tubes (75).

Method for producing a humidification device (59) for a fuel cell unit (1) for transferring water from the oxidizing agent discharged from a fuel cell stack (40) as a secondary oxidizing agent to the oxidizing agent introduced into the fuel cell stack (40) as a primary oxidizing agent with the steps: - to Providing a housing (60), which delimits an interior space, with a primary inlet opening (64) for introducing the primary oxidizing agent into the humidifying device (59), with a primary outlet opening (65) for discharging the primary oxidizing agent from the humidifying device (59) , with a secondary inlet opening (66) for introducing the secondary oxidizing agent into the humidifying device (59), with a secondary outlet opening (67) for discharging the secondary oxidizing agent from the humidifying device (59), - providing tubes (75) with membrane walls (77) for transferring the water from the secondary oxidizing agent to the primary oxidizing agent through the membrane walls (77), - providing at least one fixing means (68) for fixing the pipes (75) in the interior, - providing at least one sealing means (69), which divides the interior into at least one inner pipe subspace (82) for passing the oxidizing agent through the pipes (75) and into a flushing inner subspace (83) for flushing the outer surfaces (76) of the pipes (75) with oxidizing agent, - mounting the provided components connecting the humidifying device (59) to the humidifying device (59) by arranging the tubes (75) in the interior, fixing the tubes (75) with the at least one fixing means (68) in the interior and dividing the interior with the at least one sealing agent (69) into the at least one inner pipe subspace (82) and into a flushing inner subspace (83), characterized in that the at least fixing means (68) and/or the at least one sealing means (69) is provided in several parts from stacking elements.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that the fixing of the pipes (75) with the at least fixing means (68) and/or the dividing of the interior space with the at least sealing means (69) into the at least one inner pipe subspace (82) and into the flushing inner subspace (83) is carried out in that, in particular strip-shaped, stacking elements (70) are stacked and the tubes (75) are arranged between two stacking elements (70).

Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the stacking elements (70, 90) are provided by means of injection molding and/or extrusion, in particular as separate components in addition to the tubes (75).

Method according to one or more of the Claims 8 until 10 , characterized in that the stacking elements (90) are provided in one piece with the tubes (75), in particular by producing the tubes (75) and the stacking elements (90) using extrusion.

Procedure according to Claim 11 , characterized in that the tubes (75) with at least one stacking element (90) have a first outside diameter (80) on at least a first section (78) in the longitudinal direction of the tubes (75) and on at least a second section (79) in the longitudinal direction the pipes (75) have a second outside diameter (81) and the second outside diameter (81) is larger than the first outside diameter (80) and on which at least one first section (78) the membrane wall (77) is formed and on which at least one A stacking element (90) is formed in the second section (79).

Procedure according to Claim 11 or 12 , characterized in that the material for the production of the tubes (75) and stacking elements (90) is passed through a diaphragm with a variable diameter and during the production of the tubes (75) on a section (78) in the longitudinal direction of the tubes (75 ) without the stacking elements (90), the aperture has a first diameter (80) and during the production of the tubes (75) on a section (79) in the longitudinal direction of the tubes (75) with the stacking elements (90), the aperture has a second diameter ( 81) and the second diameter (81) of the aperture is larger than the first diameter (80) of the aperture.

Method according to one or more of the Claims 8 until 13 , characterized in that the fixing of the tubes (75) with the at least one fixing means (68) and / or the dividing of the interior with the at least one sealing means (69) is carried out by the stacking surfaces (72), in particular the circumferential radial outer sides Stacking elements (70, 90) are placed on top of each other on stacking surfaces (72).

Fuel cell unit (1) for the electrochemical generation of electrical energy, comprising - stacked fuel cells (2), so that the stacked fuel cells form a fuel cell stack, - channels (13) integrated into the fuel cell stack for oxidizing agents, - a humidification device (59) for the transmission of Water from the oxidizing agent discharged from the fuel cell stack as the secondary oxidizing agent to the oxidizing agent introduced into the fuel cell stack as the primary oxidizing agent, characterized in that the humidification device (59) according to one or more of Claims 1 until 7 is designed and / or the humidification device (59) with a method according to one or more of Claims 8 until 14 is manufactured.