DE10232331B4

DE10232331B4 - A fuel cell assembly

Info

Publication number: DE10232331B4
Application number: DE10232331A
Authority: DE
Inventors: Marc Dipl.-Chem. Bednarz; Marc Dr. Steinfort; Uwe Dipl.-Ing. Burmeister
Original assignee: MTU CFC Solutions GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: DE10232331A1

Abstract

Brennstoffzellenanordnung mit in Form eines Brennstoffzellenstapels (10) angeordneten Brennstoffzellen (12), die jeweils eine Anode (1), eine Kathode (2) und eine dazwischen angeordnete Elektrolytmatrix (3) enthalten und durch Bipolarbleche (4) voneinander getrennt sind, mit einem Anodeneingang (13) zur Zuführung von frischem Brenngas (B) zu den Anoden (1) und einem Anodenausgang (14) zum Abführen von verbrauchtem Brenngas (B) von den Anoden (1), mit einem Kathodeneingang (15) zur Zuführung von frischem Kathodengas (O) zu den Kathoden (2) und einem Kathodenausgang (16) zum Abführen von verbrauchtem Kathodengas (O) von den Kathoden (2), wobei innerhalb der Brennstoffzellen (12) Gasströmungswege vorgesehen sind, um das Brenngas an den Anoden (1) vorbeizuführen, und um das Kathodengas an den Kathoden (2) vorbeizuführen, und wobei das Brenngas (B) in einer gegebenen Hauptströmungsrichtung an den Anoden (1) vorbeiführbar ist und das Kathodengas (O) in einer gegebenen Hauptströmungsrichtung an den Kathoden (2) vorbeiführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmungswege für das Kathodengas...A fuel cell assembly with in the form of a fuel cell stack (10) arranged fuel cells (12), each having an anode (1), a cathode (2) and an intermediate one arranged electrolyte matrix (3) and by Bipolarbleche (4) are separated from each other, with an anode inlet (13) for feed from fresh fuel gas (B) to the anodes (1) and an anode outlet (14) for discharging spent fuel gas (B) from the anodes (1), with a cathode inlet (15) for feeding from fresh cathode gas (O) to the cathodes (2) and a cathode output (16) for discharging of spent cathode gas (O) from the cathodes (2), being inside the fuel cells (12) gas flow paths are provided to pass the fuel gas to the anodes (1), and to pass the cathode gas past the cathodes (2) and the fuel gas (B) in a given main flow direction the anodes (1) can be moved past and the cathode gas (O) in a given main flow direction past the cathodes (2) is characterized in that the gas flow paths for the cathode gas ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a fuel cell assembly according to the preamble of claim 1.

Herkömmliche Brennstoffzellenanordnungen, insbesondere Schmelzkarbonatbrennstoffzellen, enthalten in Form eines Brennstoffzellenstapels angeordnete Brennstoffzellen, die jeweils eine Anode, eine Kathode und eine dazwischen angeordnete Elektrolytmatrix enthalten und durch Bipolarbleche voneinander getrennt sind. Ein Anodeneingang ist zur Zuführung von frischem Brenngas zu den Anoden und ein Anodenausgang ist zum Abführen von verbrauchtem Brenngas von den Anoden vorgesehen. Ein Kathodeneingang ist zur Zuführung von frischem Kathodengas zu den Kathoden und ein Kathodenausgang ist zum Abführen von verbrauchtem Kathodengas von den Kathoden vorgesehen. Innerhalb der Brennstoffzellen sind Gasströmungswege vorgesehen, um das Brenngas an den Anoden vorbeizuführen und um das Kathodengas an den Kathoden vorbeizuführen, wobei das Brenngas in einer gegebenen Hauptströmungsrichtung an den Anoden vorbeigeführt wird und das Kathodengas in einer gegebenen Hauptströmungsrichtung an den Kathoden vorbeigeführt wird.conventional Fuel cell arrangements, in particular molten carbonate fuel cells, contain fuel cells arranged in the form of a fuel cell stack, each an anode, a cathode and an electrolyte matrix arranged therebetween contained and separated by Bipolarbleche. One Anode entrance is to the feeder from fresh fuel gas to the anodes and an anode outlet is to lead away provided by spent fuel gas from the anodes. A cathode entrance is to the feeder from fresh cathode gas to the cathodes and a cathode output is for removal of spent cathode gas provided by the cathodes. Within The fuel cells are gas flow paths provided to pass the fuel gas to the anodes and to pass the cathode gas past the cathodes, with the fuel gas in a given main flow direction passed the anodes and the cathode gas in a given main flow direction passed the cathodes becomes.

Beim Betrieb der Brennstoffzellen entsteht durch die elektrochemische Reaktion elektrische Energie und Wärme. Diese Wärme erzeugt eine Temperaturdifferenz bzw. einen Temperaturgradienten in Richtung quer zum Brennstoffzellenstapel, im Wesentlichen in der Weise, dass in fortschreitenden Hauptströmungsrichtung von Brenngas bzw. Kathodengas eine Erhöhung der Temperatur erfolgt. Bei Brennstoffzellenanordnungen mit rechteckigen oder quadratischen Brennstoffzellen, welche im Kreuzstrom von Brenngas und Kathodengas durchströmt werden, ist somit die vom Anodeneingang und vom Kathodeneingang eingeschlossene Ecke typischerweise die kälteste Stelle, während die vom Anodenausgang und vom Kathodenausgang eingeschlossene Ecke typischerweise die heißeste Stelle der Brennstoffzellen ist. Bei den heute üblichen Brennstoffzellenanordnungen mit Schmelzkarbonatbrennstoffzellen hat die Zelle am Kathodenausgang typischerweise eine Temperatur von ca. 650°C, was als ein oberer Grenzwert anzusehen ist, wogegen die Temperatur des Kathodengases am Kathodeneingang, die niedriger sein muss, um die entstehende Wärme aufnehmen zu können und einer Überhitzung des Brennstoffzellenstapels entgegenzuwirken, Temperaturen von typischerweise 570 bis 580°C nicht unterschreiten soll, weil unterhalb dieser Temperatur die elektrochemische Reaktion in den Brennstoffzellen nur mit vermindertem Wirkungsgrad möglich ist. Aus der gegebenen Temperaturdifferenz und der damit aus dem Brennstoffzellenstapel abführbaren Wärme ergibt sich eine maximale Stromdichte, mit der der Zellstapel betrieben werden kann. Um unter Beibehaltung der Grenztemperaturen die Stromdichte steigern zu können, muss daher entstehende Wärme zusätzlich gezielt abgeführt werden, oder es muss eine Vergleichmäßigung des Temperaturfeldes innerhalb des Brennstoffzellenstapels, d.h. in der Ebene der Brennstoffzellen quer zum Brennstoffzellenstapel erfolgen.At the Operation of the fuel cells is caused by the electrochemical Reaction electrical energy and heat. This heat generates a temperature difference or a temperature gradient in the direction across the fuel cell stack, essentially in such a way that in progressive main flow direction of fuel gas or cathode gas, an increase in the temperature takes place. In fuel cell assemblies with rectangular or square Fuel cells, which in the cross-flow of fuel gas and cathode gas be flowed through, is thus enclosed by the anode inlet and the cathode entrance Corner typically the coldest Place while the corner enclosed by the anode output and the cathode output typically the hottest Location of the fuel cell is. In today's conventional fuel cell arrangements with molten carbonate fuel cells, the cell has at the cathode output typically a temperature of about 650 ° C, which is considered an upper limit whereas the temperature of the cathode gas at the cathode entrance, which must be lower in order to absorb the resulting heat and overheating of the Counteract fuel cell stack, temperatures of typically 570 to 580 ° C should not fall below, because below this temperature the electrochemical reaction in the fuel cells only with reduced Efficiency possible is. From the given temperature difference and thus from the Fuel cell stack dissipates heat a maximum current density with which the cell stack operated can be. To maintain the limit temperatures, the current density to be able to increase must therefore heat generated additionally deliberately dissipated be, or it must be a homogenization of the temperature field within of the fuel cell stack, i. in the plane of fuel cells take place transversely to the fuel cell stack.

Aus der DE 41 00 579 C2 geht eine Brennstoffzellenanordnung als bekannt hervor, bei der das Oxidationsgas im Reformierungsreaktionsbereich im Gegenstrom zur Strömungsrichtung des Rohbrennstoffgases geführt wird. Durch eine Kombination aus endothermer Reformierungsreaktion und endothermer Oxidationswirkung wird eine Kühlwirkung auf die Brennstoffzelle ausgeübt.From the DE 41 00 579 C2 discloses a fuel cell assembly as known, in which the oxidizing gas is conducted in the reforming reaction region in countercurrent to the flow direction of the raw fuel gas. By a combination of endothermic reforming reaction and endothermic oxidation effect, a cooling effect is exerted on the fuel cell.

In der DE 41 13 049 A1 ist eine Vorrichtung mit in Form eines Stapels angeordneten Hochtemperaturbrennstoffzellen dargestellt, bei der das sauerstoffhaltige Gas im Mittelfeld der Brennstoffzelle im Gleichstrom oder im Gegenstrom zum Brenngas strömt. Dadurch findet eine Kühlung der Brennstoffzelle statt.In the DE 41 13 049 A1 a device is shown with arranged in the form of a stack high-temperature fuel cells, in which the oxygen-containing gas flows in the middle of the fuel cell in cocurrent or countercurrent to the fuel gas. As a result, a cooling of the fuel cell takes place.

Bei einer Brennstoffzellenanlage nach der US 6,120,614 werden die Brennstoffzellen mit in entgegengesetzten Richtungen strömendem Brenngas und Kathodengas versorgt. Kühlungseffekte entstehen durch Einstellen hoher Massenstromraten in den Anodenpassagen und durch endotherme Reformierungsreaktion.In a fuel cell system after the US 6,120,614 the fuel cells are supplied with fuel gas and cathode gas flowing in opposite directions. Cooling effects arise by setting high mass flow rates in the anode passages and by endothermic reforming reaction.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennstoffzellenanordnung anzugeben, welche mit einer erhöhten Stromdichte betreibbar ist.The The object of the invention is to provide a fuel cell assembly, which with an increased Current density is operable.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Brennstoffzellenanordnung gelöst.These The object is achieved by the fuel cell arrangement specified in claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the fuel cell assembly according to the invention are in the subclaims specified.

Durch die Erfindung wird eine Brennstoffzellenanordnung mit in Form eines Brennstoffzellenstapels angeordneten Brennstoffzellen geschaffen, die jeweils eine Anode, eine Kathode und eine dazwischen angeordnete Elektrolytmatrix enthalten und durch Bipolarbleche voneinander getrennt sind. Ein Anodeneingang ist zur Zuführung von frischem Brenngas zu den Anoden und ein Anodenausgang ist zum Abführen von verbrauchtem Brenngas von den Anoden vorgesehen. Ein Kathodeneingang ist zur Zuführung von frischem Kathodengas zu den Kathoden und ein Kathodenausgang ist zum Abführen von verbrauchtem Kathodengas von den Kathoden vorgesehen. Innerhalb der Brennstoffzellen sind Gasströmungswege vorgesehen, um das Brenngas an den Anoden vorbeizuführen und um das Kathodengas an den Kathoden vorbeizuführen, wobei das Brenngas in einer gegebenen Hauptströmungsrichtung an den Anoden vorbeigeführt wird und das Kathodengas in einer gegebenen Hauptströmungsrichtung an den Kathoden vorbeigeführt wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Gasströmungswege für das Kathodengas innerhalb der Brennstoffzellen teilweise entgegen der Hauptströmungsrichtung des Kathodengases verlaufende Teile aufweisen, die innerhalb der Brennstoffzellen oder zwischen benachbarten Brennstoffzellen angeordnet sind, und dass den entgegen der Hauptströmungsrichtung des Kathodengases verlaufenden Teilen der Gasströmungswege Kathodengas mit einer im Sinne einer Kühlung der Brennstoffzellen entsprechend niedrigen Temperatur zuführbar ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung ist eine Steigerung der Leistungsdichte, mit der die Brennstoffzellen, insbesondere Schmelzkarbonatbrennstoffzellen, betreibbar sind. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Kühlung zur Senkung der Temperaturdifferenz innerhalb des Zellstapels auf eine einfache Weise.The invention provides a fuel cell arrangement with fuel cells arranged in the form of a fuel cell stack, each of which contains an anode, a cathode and an electrolyte matrix arranged therebetween and which are separated from one another by bipolar plates. An anode inlet is for supplying fresh fuel gas to the anodes, and an anode outlet is for discharging spent fuel gas from the anodes. A cathode entrance is for supplying fresh cathode gas to the Katho and a cathode output is provided for discharging spent cathode gas from the cathodes. Within the fuel cells, gas flow paths are provided to bypass the fuel gas past the anodes and bypass the cathode gas past the anodes in a given main flow direction and bypass the cathodes in a given main flow direction to the cathodes. According to the invention, it is provided that the gas flow paths for the cathode gas within the fuel cells partially counter to the main flow direction of the cathode gas extending parts which are disposed within the fuel cell or between adjacent fuel cells, and in that opposite to the main flow direction of the cathode gas extending parts of the gas flow paths with a cathode gas in the sense of cooling the fuel cell correspondingly low temperature can be fed. An advantage of the fuel cell arrangement according to the invention is an increase in the power density with which the fuel cells, in particular molten carbonate fuel cells, can be operated. Another advantage is the possibility of economic cooling to reduce the temperature difference within the cell stack in a simple manner.

Vorzugsweise sind die entgegen der Hauptströmungsrichtung des Kathodengases verlaufenden Teile der Gasströmungswege für das Kathodengas durch Kühltaschen gebildet, die zumindest teilweise gegen die das Kathodengas an den Kathoden vorbeiführenden Gasströmungswege abgedichtet sind.Preferably are the opposite to the main flow direction the cathode gas extending parts of the gas flow paths for the cathode gas through cooling pockets formed at least partially against the cathode gas to the Cathodes passing by Gas flow paths are sealed.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung sind die Kühltaschen den Bipolarblechen benachbart angeordnet, wobei der durch die Kühltaschen führende Strömungsweg teilweise durch die Bipolarbleche begrenzt ist.According to preferred embodiments the fuel cell assembly according to the invention are the coolers arranged adjacent to the Bipolarblechen, which through the cooling pockets leading flow path is partially bounded by the Bipolarbleche.

Die Kühltaschen können von einem Teil des Kathodengasstroms durchströmbar sein.The Cooler Bags can be flowed through by a portion of the cathode gas stream.

Bei bevorzugten Ausführungsformen, bei denen die Kühltaschen von einem Teil des Kathodengasstroms durchströmbar sind, öffnet sich der Ausgang des Gasströmungswegs der Kühltaschen zum Kathodengaseingang der Brennstoffzellen hin, so dass der die Kühltaschen verlassende Strom des Kathodengases dem in den Kathodengaseingang eintretenden Strom des Kathodengases beimischbar ist.at preferred embodiments, where the coolers can be flowed through by a part of the cathode gas flow, the output of the opens Gas flow path the cool bags to the cathode gas inlet of the fuel cell, so that the Cooler Bags leaving stream of the cathode gas into the cathode gas inlet incoming stream of the cathode gas is admixed.

Vorzugsweise wird das den Kühltaschen zugeführte Kathodengas über einen oder mehrere Gaszuführungskanäle zugeführt, welche im Bereich der Eingänge oder Ausgänge von Brenngas oder Kathodengas vorgesehen sind.Preferably that will be the cool bags supplied Cathode gas over fed to one or more gas supply channels, which in the area of the entrances or outputs are provided by fuel gas or cathode gas.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Gaszuführungskanäle als Bestandteil einer kombinierten Gashaube vorgesehen, welche einen ersten Gasführungsweg zur Zuführung von Brenngas zum Anodeneingang oder Kathodengas zum Kathodeneingang oder zur Ableitung der jeweiligen verbrauchten Gase vom Anodenausgang oder Kathodenausgang und, gegen vorgenannten ersten Gasführungsweg (13a; 14a) abgedichtet, die besagten Gaszuführungskanäle enthält.According to preferred embodiments of the invention, the gas supply channels are provided as part of a combined gas hood, which comprises a first gas guide path for supplying fuel gas to the anode inlet or cathode gas to the cathode inlet or for discharging the respective spent gases from the anode outlet or cathode outlet and, against the aforementioned first Gasführungsweg ( 13a ; 14a ) containing said gas supply channels.

Die zuletzt genannte Ausführungsform kann vorteilhafterweise dadurch weitergebildet sein, dass am Anodenausgang eine kombinierte Gashaube vorgesehen ist, welche einen ersten Gasführungsweg zum Abführen des verbrauchten Brenngases vom Anodenausgang und, gegen diesen abgedichtet, einen Gasführungskanal oder mehrere Gasführungskanäle zur Zuführung von Kathodengas zu den Kühltaschen enthält.The latter embodiment can advantageously be developed by the fact that at the anode output a combined gas hood is provided which a first Gasführungsweg to lead away of the spent fuel gas from the anode outlet and, against this sealed, a gas duct or more gas ducts for the supply of Cathode gas to the coolers contains.

Alternativ kann die genannte Ausführungsform dadurch weitergebildet sein, dass am Anodeneingang eine kombinierte Gashaube vorgesehen ist, welche einen ersten Gasführungsweg zur Zuführung von frischem Brenngas zum Anodeneingang und, gegen diesen abgedichtet, einen Gaszuführungskanal oder mehrere Gaszuführungskanäle zur Zuführung von Kathodengas zu den Kühltaschen enthält.alternative can the mentioned embodiment be further developed in that at the anode entrance a combined Gas hood is provided which a first Gasführungsweg for the supply of fresh fuel gas to the anode entrance and, sealed against it, a gas supply duct or several gas supply channels for the supply of Cathode gas to the coolers contains.

Vorzugsweise sind Mittel zum internen Ablenken des über den oder die Gaszuführungskanäle zugeführten Kathodengases in die Richtung entgegen der Hauptströmungsrichtung vorgesehen.Preferably are means for internally deflecting the cathode gas supplied via the gas supply channel (s) provided in the direction opposite to the main flow direction.

Diese Mittel zum internen Ablenken des über den oder die Gaszuführungskanäle zugeführten Kathodengases können vorteilhafterweise durch die Bipolarbleche und/oder durch innerhalb der Kühltaschen angeordnete U-förmige Randtaschen gebildet sein.These Means for internally deflecting the cathode gas supplied via the gas supply channel (s) can advantageously by the Bipolarbleche and / or by within the cool bags arranged U-shaped Be formed edge pockets.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung enthalten die Kühltaschen eine poröse Schaumstruktur, welche den Gasströmungsweg für das die Kühltasche durchströmende Kathodengas bildet.According to preferred embodiments the fuel cell assembly according to the invention contain the cool bags a porous one Foam structure, which the gas flow path for the cooling gas flowing through the cathode gas forms.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung sind die Kühltaschen flächenhaft ausgedehnt und weisen eine Fläche auf, die im Wesentlichen der Fläche der Brennstoffzellen entspricht.According to preferred embodiments the fuel cell assembly according to the invention are the coolers areal extended and have an area on, which is essentially the area the fuel cell corresponds.

Vorzugsweise ist pro Brennstoffzelle eine Kühltasche in dem Brennstoffzellenstapel vorgesehen.Preferably is a cooling bag per fuel cell provided in the fuel cell stack.

Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:in the The following are currently preferred embodiments of the fuel cell assembly according to the invention explained with reference to the drawing. It shows:

1 eine schematisierte perspektivische Teilansicht einer Brennstoffzellenanordnung mit in Form eines Brennstoffzellenstapels angeordneten Brennstoffzellen zur Erläuterung des prinzipiellen Flusses der Gase durch den Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausführungsform; 1 a schematic perspective partial view of a fuel cell assembly arranged in the form of a fuel cell stack fuel cell for explaining the basic flow of gases through the fuel cell stack according to an embodiment;

2 eine schematisierte perspektivische Teilansicht einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 2 a schematic perspective partial view of a fuel cell assembly according to a first embodiment of the invention;

2a) und 2b) eine schematisierte Schnittansicht bzw. eine schematisierte perspektivische Teilansicht der in 2 gezeigten Brennstoffzellenanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der internen Führung der Gasströme; 2a ) and 2 B ) is a schematic sectional view and a schematic perspective partial view of the in 2 shown fuel cell assembly according to the first embodiment for explaining the internal guidance of the gas streams;

3 eine schematisierte perspektivische Teilansicht einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches zur Erläuterung von mehreren grundsätzlichen Möglichkeiten der Art der Gaszuführung dient; 3 a schematic perspective partial view of a fuel cell assembly according to a second embodiment of the invention, which serves to explain several basic ways of the type of gas supply;

3a) eine Schnittansicht der Brennstoffzellenanordnung gemäß dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der internen Gasführung; 3a ) is a sectional view of the fuel cell assembly according to the in 3 shown second embodiment for explaining the internal gas flow;

4 eine schematisierte perspektivische Teilansicht einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; 4 a schematic perspective partial view of a fuel cell assembly according to a third embodiment of the invention;

5 eine schematisierte perspektivische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform; 5 a schematic perspective view of a fuel cell assembly according to another embodiment;

6 eine schematisierte perspektivische Darstellung einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einer weiter Ausführungsform; 6 a schematic perspective view of a fuel cell assembly according to a further embodiment;

7 eine schematisierte vergrößerte Schnittdarstellung durch eine Brennstoffzelle, wie sie beispielsweise Bestandteil der in 5 dargestellten Brennstoffzellenanordnung sein kann; und 7 a schematic enlarged sectional view through a fuel cell, as for example, part of in 5 can be shown fuel cell assembly; and

8 eine schematisierte vergrößerte Schnittdarstellung einer Brennstoffzelle wie sie beispielsweise Bestandteil der in 6 gezeigten Brennstoffzellenanordnung sein kann. 8th a schematic enlarged sectional view of a fuel cell as for example, part of in 6 may be shown fuel cell assembly.

In 1 ist schematisiert in einer teilweisen perspektivischen Ansicht eine Brennstoffzellenanordnung mit einem Brennstoffzellenstapel 10 dargestellt, der eine Anzahl von Brennstoffzellen 12 enthält. Die Brennstoffzellen 12 enthalten jeweils, wie in den vergrößerten Schnittansichten der in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, eine Anode 1, eine Kathode 2 und eine dazwischen angeordnete Elektrolytmatrix 3 und sind innerhalb des Brennstoffzellenstapels 10 durch Bipolarbleche 4 voneinander getrennt. Die Bipolarbleche 4 dienen dazu, die Ströme eines Brenngases B und eines Kathodengases oder Oxidationsgases O voneinander getrennt über die Anode 1 bzw. über die Kathode 2 benachbarter Brennstoffzellen zu führen. Die Anode 1 und die Kathode 2 benachbarter Brennstoffzellen 12 sind somit durch die Bipolarbleche 4 gastechnisch voneinander getrennt, gleichzeitig jedoch über diese elektrisch kontaktiert. Der elektrische Kontakt zur Anode 1 und zur Kathode 2 wird durch jeweilige an diesen Elektroden angeordnete Stromkollektoren 5a, 5b hergestellt.In 1 1 is a schematic perspective view of a fuel cell assembly including a fuel cell stack 10 showing a number of fuel cells 12 contains. The fuel cells 12 respectively, as in the enlarged sectional views of FIG 7 and 8th illustrated embodiments can be seen, an anode 1 , a cathode 2 and an electrolyte matrix disposed therebetween 3 and are inside the fuel cell stack 10 through bipolar plates 4 separated from each other. The bipolar plates 4 serve to separate the streams of a fuel gas B and a cathode gas or oxidant gas O separated from each other via the anode 1 or over the cathode 2 lead adjacent fuel cells. The anode 1 and the cathode 2 neighboring fuel cells 12 are thus by the Bipolarbleche 4 Gas technically separated, but at the same time contacted via this electrically. The electrical contact to the anode 1 and to the cathode 2 is provided by respective current collectors disposed on these electrodes 5a . 5b produced.

Wiederum zurückkehrend zu 1 ist ersichtlich, dass bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Strom des Brenngases B und des Kathodengases O den Brennstoffzellenstapel 10 quer zueinander, d.h. nach Art eines Kreuzstroms durchsetzen. Ein Anodeneingang 13 dient zur Zuführung von frischem Brenngas B zu den Anoden 1 und ein Anodenausgang 14 zum Abführen von verbrauchtem Brenngas B von denselben, ein Kathodeneingang 15 dient zur Zuführung von frischem Kathodengas O zu den Kathoden 2 und ein Kathodenausgang 16 zum Abführen von verbrauchtem Kathodengas O von denselben.Again returning to 1 It can be seen that in the embodiment shown here, the flow of the fuel gas B and the cathode gas O the fuel cell stack 10 transverse to each other, ie enforce in the manner of a cross-flow. An anode entrance 13 serves to supply fresh fuel gas B to the anodes 1 and an anode output 14 for discharging spent fuel gas B therefrom, a cathode entrance 15 serves to supply fresh cathode gas O to the cathodes 2 and a cathode output 16 for discharging spent cathode gas O therefrom.

Innerhalb der Brennstoffzellen 12 sind Gasströmungswege vorgesehen, welche es ermöglichen, das Brenngas B an den Anoden 1 vorbeizuführen und das Kathodengas O an den Kathoden 2 vorbeizuführen. Diese Gasströmungswege sind durch die vorher genannten Stromkollektoren 5a bzw. 5b gebildet, die aus einer porösen Schaumstruktur, insbesondere aus einem geschäumten Nickel-Sintermaterial, wie es bereits in verschiedenen anderen Anmeldungen der Anmelderin beansprucht worden ist, oder aus einer dreidimensionalen gasdurchlässigen Struktur, insbesondere aus Nickelmaterial, hergestellt sein können. Das Brenngas B wird somit in einer Hauptströmungsrichtung, wie sie durch die Pfeile angegeben ist, an den Anoden 1 der Brennstoffzellen 12 vorbeigeführt und das Kathodengas O wird in einer Hauptströmungsrichtung, wie sie durch die Pfeile angegeben ist, an den Kathoden 2 vorbeigeführt.Inside the fuel cell 12 Gas flow paths are provided which allow the fuel gas B at the anodes 1 pass and the cathode gas O at the cathodes 2 passing out. These gas flow paths are through the aforementioned current collectors 5a respectively. 5b formed from a porous foam structure, in particular from a foamed nickel sintered material, as has already been claimed in various other applications of the applicant, or from a three-dimensional gas-permeable structure, in particular made of nickel material. The fuel gas B is thus at the anodes in a main flow direction, as indicated by the arrows 1 the fuel cells 12 passed and the cathode gas O is in a main flow direction, as indicated by the arrows, at the cathode 2 past.

Nunmehr zunächst allgemein bezugnehmend auf die 2 bis 6 sind in den Brennstoffzellen 12 Gasströmungswege für das Brenngas B und/oder für das Kathodengas O vorgesehen, welche zumindest teilweise entgegen der Hauptströmungsrichtung von Brenngas B bzw. Kathodengas O verlaufende Teile aufweisen, wie sie in den Figuren durch die jeweiligen Pfeile dargestellt sind. Diesen entgegen der Hauptströmungsrichtung verlaufenden Teilen der Gasströmungswege ist Brenngas B bzw. Kathodengas O zuführbar, welches eine relativ niedrige Temperatur im Sinne einer Kühlung der Brennstoffzelle 12 aufweist.Now first referring generally to the 2 to 6 are in the fuel cells 12 Gas flow paths for the fuel gas B and / or provided for the cathode gas O, which at least partially against the Hauptströ Mung direction of fuel gas B and cathode gas O have running parts, as shown in the figures by the respective arrows. This opposite to the main flow direction extending parts of the gas flow paths fuel gas B and cathode gas O can be fed, which is a relatively low temperature in terms of cooling the fuel cell 12 having.

Die entgegen der Hauptströmungsrichtung von Brenngas B bzw. Kathodengas O verlaufenden Teile der Gasströmungswege sind durch Kühltaschen 111; 211; 311; 411; 511 gebildet, die zumindest teilweise gegen die das Brenngas B an den Anoden 1 bzw. gegen die das Kathodengas O an den Kathoden 2 vorbeiführenden Gasströmungswege abgedichtet sind.The opposite to the main flow direction of fuel gas B and cathode gas O extending parts of the gas flow paths are through cooling pockets 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 formed, at least partially against the fuel gas B to the anodes 1 or against the cathode gas O at the cathode 2 are sealed past passing gas flow paths.

Wie aus den vergrößert im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispielen der 7 und 8 ersichtlich ist, ist (gegebenenfalls abgesehen von den Enden des Brennstoffzellenstapels 10) bei den dargestellten Ausführungsbeispielen für jede Brennstoffzelle 12 eine solche Kühltasche 411; 511 vorgesehen. Bei anderen, aufwendigeren Ausführungsbeispielen könnten jedoch auch zwei oder mehr Kühltaschen 111; 211; 311; 411; 511 pro einer Brennstoffzelle 12 vorgesehen sein, oder es könnte eine Kühltasche 111; 211; 311; 411; 511 für zwei oder mehr Brennstoffzellen 12 vorgesehen sein. Bei den in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen ist für jede Brennstoffzelle 12 eine Kühltasche 411; 511 vorgesehen, wobei die Kühltaschen 411; 511 einerseits jeweils innerhalb der Brennstoffzelle 12, gleichzeitig jedoch auch zwischen benachbarten Brennstoffzellen 12 eines Brennstoffzellenstapels 10 angeordnet sind, indem die Kühltaschen 411; 511 nämlich den Bipolarblechen 4 benachbart sind und der durch die Kühltaschen 411; 511 führende Strömungsweg teilweise, nämlich auf der Seite zur benachbarten Brennstoffzelle 12 durch das Bipolarblech 4 begrenzt ist.As from the enlarged in section illustrated embodiments of 7 and 8th is apparent (if appropriate apart from the ends of the fuel cell stack 10 ) in the illustrated embodiments for each fuel cell 12 such a cooler 411 ; 511 intended. However, in other, more elaborate embodiments, two or more coolers could also be used 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 per one fuel cell 12 be provided, or it could be a cooler 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 for two or more fuel cells 12 be provided. In the in the 7 and 8th Illustrated embodiments is for each fuel cell 12 a cooler 411 ; 511 provided, with the coolers 411 ; 511 on the one hand inside the fuel cell 12 , but at the same time between adjacent fuel cells 12 a fuel cell stack 10 are arranged by the coolers 411 ; 511 namely the Bipolarblechen 4 are adjacent and the through the cool bags 411 ; 511 leading flow path partially, namely on the side to the adjacent fuel cell 12 through the bipolar plate 4 is limited.

Bei den in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Kühltaschen 111; 211; 311 von einem Teil des Kathodengasstroms O durchströmbar, der über einen oder mehrere Gaszuführungskanäle (2, 2a und 2b) oder mehrere Gaszuführungskanäle 41, 42, 31, 32 (3 und 3a) oder 51, 61 (4) zuführbar ist.In the in the 2 to 4 Illustrated embodiments are the coolers 111 ; 211 ; 311 flowed through by a part of the cathode gas flow O, which via one or more gas supply channels ( 2 . 2a and 2 B ) or multiple gas supply channels 41 . 42 . 31 . 32 ( 3 and 3a ) or 51 . 61 ( 4 ) can be fed.

Bei den in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen öffnet sich der Strömungsweg der Kühltaschen 111; 211; 311 zum Kathodengaseingang 15 der Brennstoffzellen 12 hin, so dass der die Kühltaschen 111; 211; 311 verlassende Strom des Kathodengases O den in den Kathodeneingang 15 eintretenden Hauptstrom des Kathodengases O beimischbar ist.In the in the 2 to 4 illustrated embodiments, the flow path of the cooling pockets opens 111 ; 211 ; 311 to the cathode gas entrance 15 the fuel cells 12 out, so that's the coolers 111 ; 211 ; 311 leaving stream of the cathode gas O in the cathode input 15 incoming main stream of the cathode gas O is admixed.

Bei den in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Kühltaschen 411; 511 von einem Teil des Brenngasstroms B durchströmbar. Der Ausgang des Gasströmungswegs der Kühltaschen 411; 511 öffnet sich zum Anodengaseingang 13 der Brennstoffzellen 12 hin, so dass der die Kühltaschen 411; 511 verlassende Strom des Brenngases B dem in den Anodeneingang 13 eintretenden Strom des Brenngases B beimischbar ist.In the in the 5 and 6 Illustrated embodiments are the coolers 411 ; 511 can be flowed through by a part of the fuel gas stream B. The exit of the gas flow path of the coolers 411 ; 511 opens to the anode gas inlet 13 the fuel cells 12 out, so that's the coolers 411 ; 511 leaving stream of fuel gas B to the anode entrance 13 incoming stream of the fuel gas B can be mixed.

Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Brenngas B bzw. das Kathodengas O den Kühltaschen 111; 211; 311; 411; 511 über einen oder mehreren Gaszuführungskanäle 31; 32; 41; 42; 51; 61 zugeführt. Diese sind bei den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils im Bereich der Eingänge oder Ausgänge 13, 14, 15, 16 von Brenngas B bzw. Kathodengas O am Brennstoffzellenstapel 10 vorgesehen.In all the illustrated embodiments, the fuel gas B and the cathode gas O the cooling pockets 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 via one or more gas supply channels 31 ; 32 ; 41 ; 42 ; 51 ; 61 fed. These are in the illustrated embodiments, respectively in the range of inputs or outputs 13 . 14 . 15 . 16 fuel gas B or cathode gas O at the fuel cell stack 10 intended.

Bei den Ausführungsbeispielen von 2, 2a, 2b, 3, 3a sowie 5 und 6 sind die Gaszuführungskanäle 31; 32; 41; 42 als Bestandteil einer kombinierten Gashaube 123; 223; 124; 224 vorgesehen, welche zum einen einen ersten Gasführungsweg 13a; 14a zur Zuführung oder Abführung von Brenngas oder Kathodengas zum Anodeneingang 13 oder Kathodengang 15 bzw. vom Anodenausgang 14 oder Kathodenausgang 16 und andererseits, gegen diesen abgedichtet, die besagten Gaszuführungskanäle 31; 32; 41; 42 enthält.In the embodiments of 2 . 2a . 2 B . 3 . 3a such as 5 and 6 are the gas supply channels 31 ; 32 ; 41 ; 42 as part of a combined gas hood 123 ; 223 ; 124 ; 224 provided, which on the one hand a first Gasführungsweg 13a ; 14a for supplying or discharging fuel gas or cathode gas to the anode entrance 13 or cathode passage 15 or from the anode output 14 or cathode output 16 and on the other hand, sealed against it, said gas supply channels 31 ; 32 ; 41 ; 42 contains.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 2, 2a und 2b enthält eine am Anodenausgang 14 vorgesehene kombinierte Gashaube 124 einen ersten Gasführungsweg 14a zur Abführung des verbrauchten Brenngases vom Anodenausgang 14 der in dem Brennstoffzellenstapel 10 enthaltenen Brennstoffzellen 12 und, gegen diesen abgedichtet, einen Gaszuführungskanal 41, über den frisches Kathodengas den Kühltaschen 111 zugeführt wird. Die Kühltaschen 111 öffnen sich zum Kathodeneingang 15 hin, so daß das über den Gaszuführungskanal 41 zugeführte Kathodengas nach dem Durchströmen der Kühltaschen 111 zusammen mit den am Kathodeneingang 15 zugeführten Hauptstrom des Kathodengases kathodenseitig in die Brennstoffzellen 12 eintritt und nach dem Durchströmen derselben diese am Kathodenausgang 16 verläßt.In the embodiment of 2 . 2a and 2 B contains one at the anode output 14 provided combined gas hood 124 a first gas routing path 14a for discharging the spent fuel gas from the anode outlet 14 in the fuel cell stack 10 contained fuel cells 12 and, sealed against this, a gas supply passage 41 , over the fresh cathode gas the cool bags 111 is supplied. The coolbags 111 open to the cathode entrance 15 so that through the gas supply channel 41 supplied cathode gas after flowing through the coolers 111 along with the at the cathode entrance 15 supplied main flow of the cathode gas on the cathode side in the fuel cell 12 enters and after flowing through the same at the cathode output 16 leaves.

Wie 2a zeigt, sind die Kühltaschen 111 gegen den Anodeneingang 13, gegen den Anodenausgang 14 und gegen den Kathodenausgang 16 durch jeweilige seitliche Dichtungen 73, 74 und 76 abgedichtet, so daß das über den Gaszuführungskanal 41 eintretende frische Kathodengas nur an der Seite des Kathodenausgangs 16 aus den Kühltaschen 111 austreten kann, wie in 2b gezeigt ist.As 2a shows are the coolers 111 against the anode entrance 13 , against the anode output 14 and against the cathode output 16 by respective lateral seals 73 . 74 and 76 sealed so that via the gas supply channel 41 incoming fresh cathode gas only at the side of the cathode outlet 16 from the coolers 111 can escape, as in 2 B is shown.

3 zeigt ein verallgemeinertes Ausführungsbeispiel, bei welchem wiederum von frischem Kathodengas durchströmte Kühltaschen 211 vorgesehen sind, die sich mit ihrem Ausgang zum Kathodeneingang 15 der in dem Brennstoffzellenstapel 10 vorgesehenen Brennstoffzellen 12 hin öffnen. In einer am Anodenausgang 14 vorgesehenen kombinierten Gashaube 224 sind Gaszuführungskanäle 41, 42 vorgesehen, in einer am Anodeneingang 13 vorgesehenen kombinierten Gashaube 223 sind Gaszuführungskanäle 31, 32 vorgesehen. Von diesen Gaszuführungskanälen 41, 42, 31, 32 können alle oder nur einzelne, z.B. die Gaszuführungskanäle 41 und 31 vorgesehen sein. 3 shows a generalized version Example, in which again flows through fresh cathode gas cooler bags 211 are provided, which are with their output to the cathode input 15 in the fuel cell stack 10 provided fuel cells 12 open. In one at the anode output 14 provided combined gas hood 224 are gas supply channels 41 . 42 provided, in one at the anode entrance 13 provided combined gas hood 223 are gas supply channels 31 . 32 intended. From these gas supply channels 41 . 42 . 31 . 32 can all or only individual, eg the gas supply channels 41 and 31 be provided.

Die kombinierten Gashauben 224, 223 werden einerseits an einem ersten Gasführungsweg 14a, 13a von dem am Anodenausgang 14 austretenden verbrauchten bzw. von dem am Anodeneingang 13 eintretenden frischen Brenngas durchströmt und andererseits an den Gaszuführungskanälen 41, 42, 31, 32 von dem den Kühltaschen 211 zugeführten frischen Kathodengas. Nach dem Durchströmen der Kühltaschen 211 tritt das Kathodengas an der Seite des Kathodenausgangs 16 aus den Kühltaschen 211 aus und wird dort zusammen mit den Hauptstrom des Kathodengases kathodenseitig den Brennstoffzellen 12 zugeführt und verlässt nach dem Durchströmen derselben diese am Kathodenausgang 16.The combined gas hoods 224 . 223 be on the one hand at a first Gasführungsweg 14a . 13a from the anode output 14 exiting spent or from the anode at the entrance 13 incoming fresh fuel gas flows through and on the other hand to the gas supply channels 41 . 42 . 31 . 32 from the coolers 211 fed fresh cathode gas. After flowing through the coolers 211 The cathode gas occurs at the side of the cathode outlet 16 from the coolers 211 and there, along with the main flow of the cathode gas on the cathode side, the fuel cells 12 supplied and leaves after flowing through the same at the cathode output 16 ,

Wie 3a zeigt, sind die Kühltaschen 211 gegen den Anodenausgang 14, den Anodeneingang 13 und den Kathodenausgang 16 durch jeweilige seitliche Dichtungen 84, 83 und 86 abgedichtet, so dass das die Kühltaschen 211 durchströmende Kathodengas nur an der Seite des Kathodeneingangs 15 aus den Kühltaschen 211 austreten kann.As 3a shows are the coolers 211 against the anode output 14 , the anode entrance 13 and the cathode output 16 by respective lateral seals 84 . 83 and 86 sealed, so that's the cool bags 211 flowing through cathode gas only on the side of the cathode input 15 from the coolers 211 can escape.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind wiederum von frischem Kathodengas durchströmte Kühltaschen 311 vorgesehen, denen das Kathodengas über einen auf der Seite des Kathodeneingangs 15 vorgesehenen Gaszuführungskanal 51 und über einen an der Seite des Kathodenausgangs 16 vorgesehenen Gaszuführungskanal 61 zugeführt wird. Nach dem Durchströmen der Kühltaschen 311 tritt das Kathodengas wiederum an der Seite des Kathodeneingangs 15 aus den Kühltaschen 311 aus, um zusammen mit dem dort zugeführten Hauptstrom des Kathodengases kathodenseitig den Brennstoffzellen 12 zugeführt zu werden und am Kathodenausgang 16 wieder auszutreten. Auch hier sind die Kühltaschen 311 durch jedoch nicht eigens dargestellte seitliche Dichtungen gegen den Anodeneingang 13, den Anodenausgang 14 und den Kathodenausgang 16 abgedichtet, so dass das Kathodengas nach dem Durchströmen der Kühltaschen 311 nur an der Seite des Kathodeneingangs 15 aus den Kühltaschen 311 austreten kann.At the in 4 illustrated embodiment are again flowed through fresh cathode gas coolers 311 provided to the cathode gas via a on the side of the cathode input 15 provided gas supply channel 51 and one on the side of the cathode output 16 provided gas supply channel 61 is supplied. After flowing through the coolers 311 the cathode gas again occurs at the side of the cathode entrance 15 from the coolers 311 from, together with the main flow of the cathode gas supplied there cathode-side fuel cells 12 to be supplied and at the cathode output 16 resign. Again, the coolers are 311 by not specifically shown side seals against the anode entrance 13 , the anode output 14 and the cathode output 16 sealed so that the cathode gas after flowing through the coolers 311 only on the side of the cathode entrance 15 from the coolers 311 can escape.

Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kühltaschen 411 vorgesehen, die in 7 in vergrößertem Maßstab schematisiert näher dargestellt sind, welche zum Zwecke der Kühlung von frischem Brenngas durchströmt werden. Hierzu ist an der Seite des Anodenausgangs 14 eine kombinierte Gashaube 224 vorgesehen, die einerseits einen ersten Gasführungsweg 14a zur Abführung von verbrauchtem Brenngas vom Anodenausgang 14 der in dem Brennstoffzellenstapel 10 enthaltenen Brennstoffzellen 12 und andererseits Gaszuführungskanäle 41, 42 enthält, über die das kühlende frische Brenngas den Kühltaschen 411 zugeführt wird. Wie durch die Pfeile in 5 angedeutet ist, öffnen sich die Kühltaschen 411 zum Anodeneingang 13 hin, so dass das Brenngas, welches die Kühltaschen 411 durchströmt hat, zusammen mit dem am Anodeneingang zugeführten Hauptstrom des Brenngases anodenseitig durch die Brennstoffzellen 12 des Brennstoffzellenstapels 10 geführt wird und diese am Anodenausgang 14 über den genannten ersten Gasführungsweg 14a wieder verlässt.At the in 5 illustrated embodiment are cool bags 411 provided in 7 Shown in greater detail on an enlarged scale, which are traversed for the purpose of cooling of fresh fuel gas. This is on the side of the anode output 14 a combined gas hood 224 provided, on the one hand, a first Gasführungsweg 14a for the removal of spent fuel gas from the anode outlet 14 in the fuel cell stack 10 contained fuel cells 12 and on the other hand, gas supply channels 41 . 42 Contains, about which cooling fresh fuel gas coolers 411 is supplied. As indicated by the arrows in 5 is indicated, open the coolers 411 to the anode entrance 13 out, so the fuel gas, which is the coolers 411 has flowed through, along with the main anode of the fuel gas supplied at the anode side anode side through the fuel cell 12 of the fuel cell stack 10 is guided and this at the anode output 14 over said first gas routing path 14a leaves again.

Wie aus 7 ersichtlich ist, welche eine Draufsicht auf die Brennstoffzellen 12 und die in diesen enthaltenen Kühltaschen 411 von oben, d.h. von der Seite des Anodenausgangs 14 zeigt, verfügen die Kühltaschen 411 über eine seitliche Dichtung 94 an der Seite des Anodenausgangs 14, die durch eine Randtasche 8 gebildet ist, über eine seitliche Dichtung 95 an der Seite des Kathodeneingangs 15, die durch eine Randtasche 7 gebildet ist, sowie über eine seitliche Dichtung 96 an der Seite des Kathodenausgangs, die durch eine Randtasche 9 gebildet ist, so dass das über die Gaszuführungskanäle 41, 42 eintretende Anodengas nur an der Seite des Anodeneingangs 13 wieder austreten kann.How out 7 it can be seen, which is a plan view of the fuel cells 12 and the coolers contained in these 411 from above, ie from the side of the anode outlet 14 shows, have the coolers 411 via a lateral seal 94 at the side of the anode outlet 14 passing through an edge pocket 8th is formed, via a lateral seal 95 at the side of the cathode entrance 15 passing through an edge pocket 7 is formed, as well as a lateral seal 96 at the side of the cathode exit, through a rim pocket 9 is formed, so that via the gas supply channels 41 . 42 entering anode gas only at the side of the anode entrance 13 can escape again.

Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel enthalten die Brennstoffzellen 12 des Brennstoffzellenstapels 10 Kühltaschen 511, welche in 8 näher dargestellt sind, die eine schematisierte vergrößerte Draufsicht auf die Brennstoffzellen 12 zeigt, wobei die Kühltaschen 511 wiederum von kühlendem frischem Brenngas durchströmt werden. Hier ist an der Seite des Anodeneingangs 13 des Brennstoffzellenstapels 10 eine kombinierte Gashaube 223 vorgesehen, die einerseits einen ersten Gasführungsweg 13a zur Zuführung von frischem Brenngas zum Anodeneingang 13 und andererseits Gaszuführungskanäle 31, 32 zur Zuführung von frischem kühlendem Brenngas zu den Kühltaschen 511 aufweist. Wie durch die Pfeile in 6 dargestellt ist, durchströmt das über die Gaszuführungskanäle 31, 42 zugeführte frische, kühle Brenngas die Kühltaschen 511 seitlich zunächst in der gleichen Richtung wie das am Anodeneingang 13 zugeführte Brenngas und wird dann innerhalb der Kühltaschen 511 intern in die Gegenrichtung abgelenkt, so dass das Brenngas, das die Kühltaschen 511 durchströmt hat, schließlich wieder an der Seite des Anodeneingangs 13 aus den Kühltaschen 511 austritt, um dann zusammen mit dem Hauptstrom des am Anodeneingang 13 zugeführten Brenngases anodenseitig in die Brennstoffzellen 12 des Brennstoffzellenstapels 10 einzutreten und nach dem Durchströmen derselben schließlich am Anodenausgang 14 wieder aus diesen auszutreten.At the in 6 illustrated embodiment, the fuel cells 12 of the fuel cell stack 10 Cooler Bags 511 , what a 8th showing a schematic enlarged plan view of the fuel cells 12 shows, with the coolers 511 again be flowed through by cooling fresh fuel gas. Here is on the side of the anode entrance 13 of the fuel cell stack 10 a combined gas hood 223 provided, on the one hand, a first Gasführungsweg 13a for supplying fresh fuel gas to the anode entrance 13 and on the other hand, gas supply channels 31 . 32 for supplying fresh cooling fuel gas to the coolers 511 having. As indicated by the arrows in 6 is shown, flows through the gas supply channels 31 . 42 fed fresh, cool fuel gas the coolers 511 laterally in the same direction as the one at the anode entrance 13 fed fuel gas and is then inside the coolers 511 internally deflected in the opposite direction, so that the fuel gas, which is the coolers 511 flowed through, finally back to the side of the anode entrance 13 from the Cooler Bags 511 exit, then together with the main stream of the anode entrance 13 supplied fuel gas on the anode side in the fuel cell 12 of the fuel cell stack 10 enter after passing through the same finally at the anode output 14 to withdraw from them again.

In der schematisierten vergrößerten Ansicht von 8, welche ähnlich der 7 von oben, d.h. von der Seite des Anodenausgangs 14 genommen ist, bedeuten die Bezugszeichen 31, 32 die an der Unterseite, d.h. an der Seite des Anodeneingangs 13 vorgesehenen Gasführungskanäle, die in der gemeinsamen Gashaube 223 vorgesehen sind. Seitlich sind die Kühltaschen 511 gegen den Kathodeneingang 15 und gegen den Kathodenausgang 16 durch seitliche Dichtungen 95, 96, die durch Randtaschen 7 gebildet sind, abgedichtet, ähnlich wie bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel. An der Oberseite sind die Kühltaschen 511 durch eine seitliche Dichtung 94, die durch eine Randtasche 8 gebildet ist, gegen den Anodenausgang 14 abgedichtet. Somit kann das über die Gaszuführungskanäle 31, 32 zugeführte kühlende frische Brenngas nur an der Unterseite der Kühltaschen 511 zum Anodeneingang 13 hin austreten, um zusammen mit dem Hauptstrom des frischen Brenngases anodenseitig den Brennstoffzellen 12 zugeführt zu werden, wie bereits oben erläutert.In the schematic enlarged view of 8th which are similar to the 7 from above, ie from the side of the anode outlet 14 is taken, the reference numerals 31 . 32 those at the bottom, ie at the side of the anode entrance 13 provided gas guide channels in the common gas hood 223 are provided. The side are the coolers 511 against the cathode entrance 15 and against the cathode output 16 through lateral seals 95 . 96 passing through edge pockets 7 are formed, sealed, similar to the one in 7 illustrated embodiment. At the top are the coolers 511 through a lateral seal 94 passing through an edge pocket 8th is formed, against the anode output 14 sealed. Thus, this can be done via the gas supply channels 31 . 32 supplied cooling fresh fuel gas only at the bottom of the coolers 511 to the anode entrance 13 out to emerge, along with the main flow of fresh fuel gas on the anode side of the fuel cell 12 to be supplied, as already explained above.

Zum Zwecke des bereits oben beschriebenen internen Umlenkens des die Kühltaschen 511 durchströmenden Brenngases sind innerhalb der Kühltaschen 511 weitere Randtaschen 9 vorgesehen, welche im unteren Teil der Kühltaschen 511 eine seitliche Abdichtung bzw. die besagten Mittel zum internen Ablenken des über die Gaszuführungskanäle 31, 32 zugeführten Brenngases bilden, in 6 gestrichelt dargestellt.For the purpose of the already described above internal deflection of the coolers 511 flowing fuel gas are inside the coolers 511 further edge pockets 9 provided, which in the lower part of the coolers 511 a lateral seal or said means for internally deflecting the via the gas supply channels 31 . 32 to form supplied fuel gas, in 6 shown in dashed lines.

Bei den in den 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen können die Kühltaschen 411; 511, die von einem Teil des Brenngases B durchströmbar sind, ein Material eines Reformierkatalysators zur internen Reformierung des zugeführten Brenngases B enthalten. Durch die an dem Reformierkatalysator ablaufende ehdotherme Reformierungsreaktion erfolgt eine weitere interne Kühlung der Brennstoffzellen 12 und damit des Brennstoffzellenstapels 10 im Sinne einer Vergleichmäßigung von dessen Temperatur.In the in the 5 to 8th Illustrated embodiments, the cooling bags 411 ; 511 , which are flowed through by a part of the fuel gas B, a material of a reforming catalyst for the internal reforming of the supplied fuel gas B included. By taking place at the reforming catalyst ehdotherme reforming reaction takes place a further internal cooling of the fuel cell 12 and thus the fuel cell stack 10 in the sense of equalizing its temperature.

Die Kühltaschen 111; 211; 311; 411; 511 können eine poröse Schaumstruktur 6 enthalten, wie sie in den 7 und 8 für die Kühltaschen 411; 511 dargestellt ist, welche den Gasströmungsweg für das durchströmende Brenngas oder Kathodengas bildet. Diese poröse Schaumstruktur kann insbesondere durch ein poröses Nickel-Sintermaterial gebildet sein.The coolbags 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 can be a porous foam structure 6 contain, as in the 7 and 8th for the cool bags 411 ; 511 is shown, which forms the gas flow path for the flowing fuel gas or cathode gas. This porous foam structure may in particular be formed by a porous sintered nickel material.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Kühltaschen 111; 211; 311; 411; 511 flächenhaft ausgedehnt und weisen eine Fläche auf, die im wesentlichen der Fläche der Brennstoffzellen 12 entspricht.In the illustrated embodiments, the cooling pockets 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 expanded areal and have an area substantially the surface of the fuel cell 12 equivalent.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist im wesentlichen, d.h. gegebenenfalls mit Ausnahme der Enden des Brennstoffzellenstapels 10 pro Brennstoffzelle 12 eine Kühltasche 111; 211; 311; 411; 511 vorgesehen. Das Verhältnis von Kühltaschen zu Brennstoffzellen kann jedoch auch ein anderes sein.In the illustrated embodiments is substantially, ie, optionally with the exception of the ends of the fuel cell stack 10 per fuel cell 12 a cooler 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 intended. However, the ratio of coolers to fuel cells may be different.

11: Anodeanode
22: Kathodecathode
33: Elektrolytmatrixelectrolyte matrix
44: Bipolarblechbipolar separator
5a, b5a, b: Stromkollektorcurrent collector
66: Schaumstrukturfoam structure
77: Randtascheedge bag
88th: Randtascheedge bag
99: Randtascheedge bag
1010: Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
111; 211; 311111; 211; 311: Kühltaschecool bag
411; 511411; 511: Kühltaschecool bag
1212: Brennstoffzellefuel cell
1313: Anodeneinganganode input
1414: Anodenausganganode output
1515: Kathodeneingangcathode input
1616: Kathodenausgangcathode output
23; 123; 22323; 123; 223: Gashaubegas hood
24; 124; 22424; 124; 224: Gashaubegas hood
13a13a: erster Gasführungswegfirst gas flow passage
14a14a: erster Gasführungswegfirst gas flow passage
3131: GaszuführungskanalGas supply channel
3232: GaszuführungskanalGas supply channel
4141: GaszuführungskanalGas supply channel
4242: GaszuführungskanalGas supply channel
5151: GaszuführungskanalGas supply channel
6161: GaszuführungskanalGas supply channel
7373: seitliche Dichtunglateral poetry
7474: seitliche Dichtunglateral poetry
7676: seitliche Dichtunglateral poetry
8383: seitliche Dichtunglateral poetry
8484: seitliche Dichtunglateral poetry
8686: seitliche Dichtunglateral poetry
9494: seitliche Dichtunglateral poetry
9595: seitliche Dichtunglateral poetry
9696: seitliche Dichtunglateral poetry
111; 211; 311111; 211; 311: KühltaschenCooler Bags
411; 511411; 511: KühltaschenCooler Bags
BB: Brenngasfuel gas
OO: Kathodengascathode gas

Claims

Fuel cell assembly with in the form of a fuel cell stack ( 10 ) arranged fuel cells ( 12 ), each having an anode ( 1 ), a cathode ( 2 ) and an electrolyte matrix ( 3 ) and by bipolar plates ( 4 ) are separated from each other, with an anode entrance ( 13 ) for supplying fresh fuel gas (B) to the anodes ( 1 ) and an anode output ( 14 ) for discharging spent fuel gas (B) from the anodes ( 1 ), with a cathode input ( 15 ) for supplying fresh cathode gas (O) to the cathodes ( 2 ) and a cathode output ( 16 ) for removing spent cathode gas (O) from the cathodes ( 2 ), wherein within the fuel cells ( 12 ) Gas flow paths are provided to the fuel gas at the anodes ( 1 ) and the cathode gas at the cathodes ( 2 ), and wherein the fuel gas (B) in a given main flow direction at the anodes ( 1 ) and the cathode gas (O) in a given main flow direction at the cathodes ( 2 ) can be guided past, characterized in that the gas flow paths for the cathode gas (O) partially in opposition to the main flow direction of the cathode gas (O) have running parts which within the fuel cell ( 12 ) or between adjacent fuel cells ( 12 ) are arranged, and in that opposite to the main flow direction of the cathode gas (O) extending parts of the gas flow paths cathode gas (O) with a in the sense of cooling the fuel cell ( 12 ) is supplied according to low temperature.

Fuel cell arrangement according to claim 1, characterized in that the opposite to the main flow direction of the cathode gas (O) extending parts of the gas flow paths for the cathode gas (O) through cooling pockets ( 111 ; 211 ; 311 ) formed at least partially against which the cathode gas (O) at the cathodes ( 2 ) are sealed past passing gas flow paths.

Fuel cell arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the brake gas (B) can flow through cooling pockets ( 411 ; 511 ) the bipolar plate ( 4 ) are arranged adjacent, and that by the cooling pockets ( 411 ; 511 ) leading flow path partially through the Bipolarbleche ( 4 ) is limited.

Fuel cell arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the cooling pockets ( 111 ; 211 ; 311 ) can be flowed through by a part of the cathode gas stream (O).

Fuel cell arrangement according to claim 4, characterized in that the outlet of the gas flow path of the cooling pockets ( 111 ; 211 ; 311 ) to the cathode gas inlet ( 15 ) of the fuel cells ( 12 ) so that the coolers ( 111 ; 211 ; 311 ) leaving stream of the cathode gas (O) into the cathode gas inlet ( 15 ) entering the cathode gas (O) is admixed.

Fuel cell arrangement according to one of claims 2 to 5, characterized in that the cooling pockets ( 111 ; 211 ; 311 ) supplied cathode gas (O) via one or more gas supply channels ( 31 ; 32 ; 41 ; 42 ; 51 ; 61 ) which can be fed in the area of the inputs or outputs ( 13 . 14 . 15 . 16 ) of fuel gas (B) or cathode gas (O) are provided.

Fuel cell arrangement according to claim 6, characterized in that the gas supply ducts ( 31 ; 32 ; 41 ; 42 ) as part of a combined gas hood ( 123 ; 223 ; 124 ; 224 ) are provided, which a first Gasführungsweg ( 13a ; 14a ) for supplying fuel gas to the anode entrance ( 13 ) or cathode gas to the cathode entrance ( 15 ) or for the discharge of the respective used gases from the anode outlet ( 14 ) or cathode output ( 16 ) and, against the aforementioned first gas guidance path ( 13a ; 14a ), said gas supply channels ( 31 ; 32 ; 41 ; 42 ) contains.

Fuel cell arrangement according to claim 7, characterized in that at the anode output ( 14 ) a combined gas hood ( 124 ; 224 ) is provided, which a first Gasführungsweg ( 14a ) for discharging the spent fuel gas (B) from the anode outlet ( 14 ) and, sealed against this, a gas guide channel ( 41 ) or more gas guide channels ( 41 . 42 ) for supplying cathode gas (O) to the cooling pockets ( 111 ; 211 ) contains.

Fuel cell arrangement according to claim 7, characterized in that at the anode entrance ( 13 ) a combined gas hood ( 123 ; 223 ) is provided, which a first Gasführungsweg ( 13a ) for supplying fresh fuel gas (B) to the anode entrance ( 13 ) and, sealed against this, a gas supply channel ( 31 ) or several gas supply channels ( 31 . 32 ) for supplying cathode gas (O) to the cooling pockets ( 211 ) contains.

Fuel cell arrangement according to Claim 8 or 9, characterized in that means for internally deflecting the fuel via the gas supply duct or ducts ( 41 ; 42 ; 31 ; 32 ) supplied cathode gas (O) are provided in the direction opposite to the main flow direction.

A fuel cell assembly according to claim 10, characterized in that the means for internally deflecting the gas supply via the or the channels ( 41 ; 42 ; 31 ; 32 ) supplied by the cathode gas (O) through the Bipolarbleche ( 4 ). are formed.

Fuel cell arrangement according to one of claims 2 to 11, characterized in that the cooling pockets ( 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 ) a porous foam structure ( 6 ) containing the gas flow path for the cooling pockets ( 111 ; 211 ; 311 ) flowing through cathode gas and / or for the cooling bags ( 411 ; 511 ) flows through the fuel gas.

Fuel cell arrangement according to one of claims 2 to 12, characterized in that the cooling pockets ( 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 ) are planar and have an area substantially the surface of the fuel cells ( 12 ) corresponds.

Fuel cell arrangement according to one of claims 2 to 13, characterized in that per fuel cell ( 12 ) a cooling bag ( 111 ; 211 ; 311 ; 411 ; 511 ) in the fuel cell stack ( 10 ) is provided.