DE112005001966T5 - Brennstoffzellenstapel-Konstruktion und Betriebsverfahren - Google Patents
Brennstoffzellenstapel-Konstruktion und Betriebsverfahren Download PDFInfo
- Publication number
- DE112005001966T5 DE112005001966T5 DE112005001966T DE112005001966T DE112005001966T5 DE 112005001966 T5 DE112005001966 T5 DE 112005001966T5 DE 112005001966 T DE112005001966 T DE 112005001966T DE 112005001966 T DE112005001966 T DE 112005001966T DE 112005001966 T5 DE112005001966 T5 DE 112005001966T5
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- segment
- fuel cell
- cathode
- anode
- coolant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Brennstoffzellenstapel
des Typs mit einer Mehrzahl von sequentiell angeordneten Brennstoffzellensegmenten,
wobei jedes der Mehrzahl von Brennstoffzellensegmenten umfasst:
(a) ein erstes Ende mit einem ersten Anodendurchlass und einem ersten Kathodendurchlass, die darin ausgebildet sind;
(b) ein zweites Ende mit einem zweiten Anodendurchlass und einem zweiten Kathodendurchlass, die darin ausgebildet sind;
(c) mindestens eine Brennstoffzelle mit:
einer Mehrzahl von Anodendurchgängen, die in einer unidirektionalen, schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung angeordnet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Anodendurchlässen bereitzustellen;
einer Mehrzahl von Kathodendurchgängen, die in einer unidirektionalen, schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung angeordnet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kathodendurchlässen bereitzustellen; und
einer Membranelektrodenanordnung, die zwischen der Mehrzahl von Anodendurchgängen und der Mehrzahl von Kathodendurchgängen eingefügt ist;
(d) eine durch das Brennstoffzellensegment selektiv konfigurierte Strömungsanordnung aus der Gruppe, bestehend aus:
einer gegenstromigen Strömungsanordnung, wobei der erste Kathodendurchlass und der zweite Anodendurchlass Einlassdurchlässe zu dem Brennstoffzellensegment...
(a) ein erstes Ende mit einem ersten Anodendurchlass und einem ersten Kathodendurchlass, die darin ausgebildet sind;
(b) ein zweites Ende mit einem zweiten Anodendurchlass und einem zweiten Kathodendurchlass, die darin ausgebildet sind;
(c) mindestens eine Brennstoffzelle mit:
einer Mehrzahl von Anodendurchgängen, die in einer unidirektionalen, schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung angeordnet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Anodendurchlässen bereitzustellen;
einer Mehrzahl von Kathodendurchgängen, die in einer unidirektionalen, schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung angeordnet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kathodendurchlässen bereitzustellen; und
einer Membranelektrodenanordnung, die zwischen der Mehrzahl von Anodendurchgängen und der Mehrzahl von Kathodendurchgängen eingefügt ist;
(d) eine durch das Brennstoffzellensegment selektiv konfigurierte Strömungsanordnung aus der Gruppe, bestehend aus:
einer gegenstromigen Strömungsanordnung, wobei der erste Kathodendurchlass und der zweite Anodendurchlass Einlassdurchlässe zu dem Brennstoffzellensegment...
Description
- QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
- Diese Anmeldung ist eine Continuation-In-Part-Anmeldung der US-Patentanmeldung Nr. 10/230,916, die am 29. August 2002 eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der obigen Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen.
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellensysteme und genauer gesagt ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels mit einem Wasserstoffreaktand.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Brennstoffzellen wurden bei vielen Anwendungen als eine Energiequelle verwendet. Bei Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen) vom Typ mit "reinem Wasserstoff" wird den Anodenseiten der Brennstoffzelle ein Wasserstoffreaktand (d.h. ein Reaktand mit einer Wasserstoffkonzentration von ungefähr 80 Vol.-% oder mehr) geliefert, und den Kathodenseiten wird Sauerstoff als das Oxidationsmittel geliefert. Jede Zelle in dem Stapel umfasst eine Membranelektrodenanordnung (MEA), die ihr Spannungsinkrement bereitstellt. MEAs umfassen eine dünne, protonendurchlässige, nicht elektrisch leitende Festpolymerelektrolytmembran, die an einer ihrer Seiten den Anodenkatalysator aufweist und an der gegenüberliegenden Seite einen Kathodenkatalysator aufweist. Der Begriff "Brennstoffzelle" wird typischerweise verwendet, um in Abhängigkeit von dem Kontext entweder eine einzelne Zelle oder eine Mehrzahl von Zellen (Stapel) zu bezeichnen. Eine Mehrzahl von einzelnen Zellen ist üblicherweise miteinander gebündelt, um einen Brennstoffzellenstapel auszubilden.
- In der Praxis werden die Reaktanden den Brennstoffzellen über einzelne Einlassverteiler und Sammelleitungen geliefert. In der Einlasssammelleitung wird der Reaktand, z.B. die Anodenströmung, in eine Anzahl von Strömungspfaden aufgeteilt, die einzelne Zellen speisen. Die Austragsströmung verlässt die Zellen, vermischt sich in einer Auslasssammelleitung und tritt durch einen Auslassverteiler aus dem Stapel aus. Es wird auch jedem Segment ein Kühlmittel geliefert, um durch die Reduktion von Reaktanden erzeugte Wärme abzuführen. Bei mindestens einer bekannten Konstruktion werden die Anodenseiten aller Zellen parallel gespeist, d.h. sie weisen die gleiche Einlasswasserstoffkonzentration auf.
- Ein Nachteil einer parallelen Speisung einer einzelnen Gruppe von Zellen ist, dass der Brennstoffzellenstapel bei niedriger Stöchiometrie nicht dazu in der Lage ist, stabil zu arbeiten; d.h., in der Nähe der Massenströmung von Reaktanden, die benötigt wird, um eine gegebene Leistungsabgabe zu erfüllen. Es ist daher schwierig, eine effiziente Wasserstoff- oder Sauerstoffverwendung zu erreichen. Als ein Ergebnis ist der Systemwirkungsgrad nicht optimiert.
- Es sind Stapelkonstruktionen bekannt, die die obige Situation teilweise korrigieren, wie beispielsweise die Stapelkonstruktion des US-Patents Nr. 5,478,662, das für Strasser erteilt wurde. Bei Stapeln, die beispielsweise die Strasser-Konstruktion aufweisen, sind einzelne Gruppen paralleler Zellen angeordnet, wobei die Strömung in jeder Zelle jeder Gruppe parallel verläuft und die gesamte Strömung von jeder Gruppe zwischen Gruppen seriell strömt. Die Anzahl von einzelnen Brennstoffzellen variiert bei diesen Stapelkonstruktionen normalerweise, wobei die Anfangs- oder stromaufwärtigen Segmente von Zellen die größte Anzahl von einzelnen Brennstoffzellen enthalten, und wobei jedes nachfolgende Segment eine reduzierte Anzahl von Brennstoffzellen bereitstellt. Bei diesem Ausgestaltungstyp weist das letzte Segment des Satzes von Segmenten normalerweise die kleinste Anzahl von einzelnen Brennstoffzellen auf.
- Die obigen seriellen/parallelen Stapelkonstruktionen liefern normalerweise ein serpentinenartiges Strömungsmuster durch den Stapel. Ein serpentinenartiger Strömungspfad führt sowohl zu anodenseitigen als auch kathodenseitigen Reaktandenströmungen, die entweder horizontal durch den Stapel verlaufen, oder die bei einem oder mehreren einzelnen Segmenten die Schwerkraft überwinden müssen. Ein Wasseraufbau in den unteren Abschnitten des Stapels verhindert einen Reaktandenkontakt mit den Katalysatormaterialien der Brennstoffzellen, wodurch der Stapelwirkungsgrad verringert wird.
- Ein weiterer Nachteil bekannter Brennstoffzellenstapel-Konstruktionen ist die nicht vorhandene Möglichkeit, eine Kühlmittellieferung und Kühlmittelzulieferstellen zu steuern. Übliche Wasserstoffreaktanden-Brennstoffzellenstapel stellen keine Steuerung der Stapelfeuchte durch Führen von Kühlmittel an spezifische Stellen des Stapels bereit.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die obigen Nachteile von Brennstoffzellenstapeln werden durch eine Stapelkonstruktion und ein Betriebsverfahren für ein Wasserstoffreaktanden system der vorliegenden Erfindung beseitigt. Die Stapelkonstruktion der vorliegenden Erfindung umfasst einzelne Segmente von Brennstoffzellenelementen, die in gleichen oder verschiedenen Anzahlen von Brennstoffzellenelementen in jedem Segment angeordnet sind. Jedes Segment ist angeordnet, um in jeder Brennstoffzelle in einer schwerkraftunterstützten Richtung eine Strömung bereitzustellen. Diese Anordnung erhöht die Stabilität des Brennstoffzellenstapel-Betriebs durch Ermöglichen, dass das gesamte Volumen von entweder der anodenseitigen oder der kathodenseitigen oder beiden Strömungen durch Segmente des Stapels verteilt wird, in denen nur ein Teil der Gesamtanzahl der Zellen vorhanden ist.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform treten der Kathodenreaktand und das Kühlmittel in den oberen Abschnitt eines ersten Segments ein, das vorzugsweise einen größten Prozentanteil von Stapelbrennstoffzellen aufweist. Die Strömung durch das erste Segment verläuft durch jede Zelle parallel, und der Kathodenreaktand tritt am Boden des Stapelsegments aus und wird gesammelt und durch einen Separatorkanal, der in dem Separatorsegment angeordnet ist, zu dem zweiten Segment des Stapels transferiert. Überschüssiges Wasser, das durch jede der Kathodenbrennstoffzellen erzeugt wird, sammelt sich an und wird am Boden jedes Separatorsegments entladen. Der Wasserstoffreaktand tritt in einen oberen Abschnitt eines Segments am weitesten stromabwärts von der Kathodenreaktandeneintrittsstelle entfernt ein und strömt in einer "gegenstromigen" Stapelsegmentrichtung relativ zu sowohl der Kathode als auch dem Kühlmittel. Das stromabwärtige Segment/die stromabwärtigen Segmente können im Vergleich zu dem ersten Segment entweder die gleiche oder eine reduzierte Anzahl von Stapelbrennstoffzellen aufweisen. Die Anodenströmung durch das zweite Segment tritt am Boden dieses Stapelsegments aus und wird gesammelt und durch einen Separatorkanal, der in einem Separatorsegment angeordnet ist, zu dem ersten Segment des Stapels transferiert.
- Bei der gegenstromigen Strömungsanordnung wird die kathodenseitige Feuchte durch Leiten der Kathodenströmung (bei der das meiste Wasser erzeugt wird) benachbart zu dem Kühlmittel bei seiner kältesten relativen Temperatur durch den Stapel gesteuert. Die wasserstoffseitige Feuchte wird durch Leiten des Wasserstoffreaktanden in den Stapel an der Stelle, an der das Kühlmittel am wärmsten ist, gesteuert. Die Wasserstoffseite absorbiert daher allmählich Wasser über die MEAs, um ein minimales Feuchteniveau aufrechtzuerhalten, das die MEAs schützt.
- Jedes Segment ist angeordnet, um durch jede Zelle derart eine abwärtsgerichtete oder schwerkraftunterstützte Strömung bereitzustellen, dass sich überschüssiges Wasser an den unteren Stapelteilen ansammelt, an denen es abläuft. Jedes Segment stellt Brennstoffzellen bereit, die ungefähr parallel zueinander angeordnet sind und für eine schwerkraftunterstützte Strömung durch jede Zelle des Segments angeordnet sind.
- Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist zwischen jedem Stapelsegment ein Separatorsegment angeordnet, wobei die gesamte Strömung, die aus dem vorangehenden Segment austritt, durch das Separatorsegment geleitet wird. Die Separatorsegmente sind zwischen einem Paar von Bipolarplatten ohne eine MEA angeordnet. Der Zweck der Separatorsegmente ist, die gesamte Strömung von dem Auslass eines Segments in den Einlass des nächsten nachfolgenden Segments umzulenken, ohne mit der Brennstoffquelle zu reagieren und daher kein zusätzliches Wasser zu erzeugen. Jedes Separatorsegment ist ein Bauelement, das an einzelne Segmente von Brennstoffzellenelementen angrenzt. Zwischen jedem Segment von Brennstoffzellen ist ein separates Separatorsegment bereitge stellt, um die Strömung zwischen den einzelnen Strömungsgruppen, d.h. der Anode, der Kathode und dem Kühlmittel, separat umzulenken. Die Strömung, die aus jedem Strömungssegment austritt, wird an einem unteren Teil dieses Stapelsegments gesammelt und im Wesentlichen aufwärtsgerichtet zu einem oberen Einlass des nächsten nachfolgenden Segments umgelenkt. Dies stellt eine Strömung durch die einzelnen Brennstoffzellensegmente in einer schwerkraftunterstützten Richtung, d.h. vertikal abwärtsgerichtet, bereit. Die Strömung in jedem Segment von Zellen verläuft durch jede der Brennstoffzellen des Segments parallel.
- Das Separatorsegment und die schwerkraftunterstützte Ausrichtung von Brennstoffzellenmerkmalen der vorliegenden Erfindung basieren auf ähnlichen Merkmalen, die in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit dem Titel "Cascaded Fuel Cell Stack" und der Nummer 10/230,916 offenbart sind, welche am 29. August 2002 eingereicht wurde und hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
- Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersetzen einzelne Sätze von externer Verrohrung und externen Ventilen jedes Separatorsegment. Die Strömung wird vorzugsweise seriell zwischen Segmenten durch eine Ansammlung an dem unteren Segmentabschnitt und durch führen dieser zu dem nächsten Segment an einen oberen Abschnitt geführt, ähnlich wie bei den oben erläuterten Separatorsegmenten. Durch verwenden eines externen Ventil- und Verrohrungssystems anstelle der Separatorsegmente stellt jedoch ein Einstellen der Ventile die zusätzlichen Optionen zum Führen einer Mischung einer seriellen/parallelen Strömung zwischen Segmenten oder zum Führen der herkömmlichen gesamten parallelen Strömung zu jedem Segment bereit.
- Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine parallele Strömung von Kühlmittel durch die einzelnen Segmente bereitgestellt. Die Kühlmittelströmung wird vor dem Eintritt in den Stapel derart aufgeteilt, dass ein erster Teil der Kühlmittelströmung an der allgemeinen Stelle in den Stapel eintritt, an der der Kathodenreaktand in den Stapel eintritt, und der erste Teil der Kühlmittelströmung folgt im Wesentlichen der Strömung des Kathodenstroms. Ein zweiter Teil der Kühlmittelströmung tritt an der allgemeinen Stelle in den Stapel ein, an der der Anodenreaktand in den Stapel eintritt, und der zweite Teil des Kühlmittels folgt im Wesentlichen der Strömung des Anodenstroms. Durch Bereitstellen einer parallelen Kühlmittelströmung wird jedes Reaktandengas an der Stapeleintrittsstelle durch das Kühlmittel bei der niedrigsten Kühlmitteltemperatur gekühlt.
- Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin nachfolgend gelieferten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sei angemerkt, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutern, nur Erläuterungszwecken dienen sollen und nicht beabsichtigen, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Kreuzströmung von Reaktanden, einem ersten Segment, an dem ein Kathodenreaktand und ein Kühlmittel in den Stapel eintreten, und einem zweiten Segment, an dem ein Wasserstoffreaktand in den Stapel eintritt, bereitstellt; -
2 ist ein geschnittener Aufriss durch Abschnitt2 von1 , der eine Kathodenströmung durch einen Brennstoffzellenstapel mit zwei Segmenten zeigt; -
3 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Kathoden-, eine Kühlmittel- und eine Anodenströmung durch einen Brennstoffzellenstapel mit zwei Segmenten zeigt, der eine externe Verrohrungsanordnung aufweist, die das Separatorsegment von1 ersetzt; -
4 ist ein3 ähnliches Blockdiagramm eines Stapels mit zwei Segmenten der vorliegenden Erfindung mit einer parallelen Kühlmittelströmung, die eine gegenstromige Strömung von Anode zu Kathode durch die Stapelelemente unterstützt; -
5 ist ein3 ähnliches Blockdiagramm eines Brennstoffzellenstapels mit zwei Segmenten mit einer Verrohrungs- und Ventilanordnung anstelle eines Separatorsegments, das eine Anordnung von Ventilen und einer Verrohrung, um entweder eine serielle oder eine parallele Kathodenströmung zwischen Stapelsegmenten bereitzustellen, zeigt; -
6 ist der Brennstoffzellenstapel von5 und zeigt eine Anordnung von Ventilen und einer Verrohrung, um entweder eine serielle oder eine parallele Anodenströmung zwischen Stapelsegmenten bereitzustellen; -
7 ist der Brennstoffzellenstapel von5 und zeigt eine Verrohrung, die eine parallele Kühlmittelströmung zwischen Stapelsegmenten bereitstellt; und -
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapels mit 3 Segmenten gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Stapelrückkopplungssystem identifiziert, das einem Paar von Anodenströmungssteuerventilen Signale liefert. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt auf keine Weise, die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu beschränken.
- Bezug nehmend auf
1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein kaskadierter Brennstoffzellenstapel10 umfasst ein erstes Segment12 , das durch ein Separatorsegment16 von einem zweiten Segment14 getrennt ist. Die Reaktandenströmung in den Strömungskanälen des Separatorsegments16 verläuft in einer "Kreuzströmungs-"Ausgestaltung, wie nachstehend weiter erläutert wird. Eine äußere Seite18 des ersten Segments12 umfasst einen Kathodeneinlass20 und einen Anodenauslass22 . Der Kathodeneinlass20 steht mit einer Kathodeneinlasskammer24 in Fluidverbindung. Die Kathodeneinlass kammer ist mit einer Mehrzahl von kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgängen26 einer Mehrzahl von Brennstoffzellen28 verbunden. Die kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge26 sind jeweils mit einer Kathodenaustrittskammer30 verbunden, die an einem Kathodenauslass32 endet. - Eine Anodeneinlasskammer
34 steht mit einer Mehrzahl von anodenseitigen Brennstoffzellendurchgängen36 der Brennstoffzellen28 in Fluidverbindung. Die anodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge36 sind jeweils mit einer Anodenaustrittskammer38 verbunden, die eine Anodenströmung an dem Anodenauslass22 entlädt. - Das Separatorsegment
16 verbindet das erste Segment12 mechanisch und fluidmäßig mit dem zweiten Segment14 . Das Separatorsegment16 umfasst einen Kathodendurchgang40 , der den Kathodenauslass32 mit einer Kathodeneinlasskammer42 des zweiten Segments14 verbindet. Das Separatorsegment16 umfasst auch einen Anodendurchgang44 , der die Anodeneinlasskammer34 mit einer Anodenaustrittskammer46 des zweiten Segments14 verbindet. Der Übersichtlichkeit halber ist in dem Separatorsegment16 kein Kühlmitteldurchgang gezeigt. - Das zweite Segment
14 umfasst auch einen blockierten Durchlass48 , der für die Kathodeneinlasskammer42 eine Grenze bereitstellt. Die Kathodeneinlasskammer42 steht mit einer Mehrzahl von kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgängen50 einer Mehrzahl von Brennstoffzellen52 des zweiten Segments in Fluidverbindung. Die kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge50 stehen jeweils mit einer Kathodenaustrittskammer54 in Verbindung, die die Kathodenströmung an einem Kathodenauslass56 entlädt. Die Anodeneinlassströmung in dem zweiten Segment14 ist der für das erste Segment12 beschriebenen Kathodeneinlassströmung ähn lich und ist daher der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Der Übersichtlichkeit halber sind in dem zweiten Segment14 auch keine Kühlmitteldurchgänge gezeigt. - Eine beispielhafte Kathodengasströmung tritt an einem oberen Abschnitt des ersten Segments
12 , wie durch einen Strömungspfeil A gezeigt, an dem Kathodeneinlass20 ein. Von dem Kathodeneinlass20 wird das Kathodengas in die Kathodeneinlasskammer24 verteilt. Das distale Ende der Kathodeneinlasskammer24 ist durch das Separatorsegment16 blockiert, das die gesamte Strömung in der Kathodeneinlasskammer24 in die kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge26 der Brennstoffzellen28 zwingt. Die gesamte Kathodenströmung durchquert die kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge26 abwärtsgerichtet und entlädt sich in die Kathodenaustrittskammer30 . Von der Kathodenaustrittskammer30 tritt die Strömung aus dem ersten Segment12 durch Kathodenauslass32 aus und tritt in den Kathodendurchgang40 des Separatorsegments16 ein. Der Kathodendurchgang40 lenkt die Strömung aufwärtsgerichtet zu der Kathodeneinlasskammer42 des zweiten Segments14 um. Ein distales Ende der Kathodeneinlasskammer42 ist entweder durch den blockierten Durchlass48 oder ein zusätzliches Separatorsegment (nicht gezeigt) blockiert, der oder das die gesamte Strömung in der Kathodeneinlasskammer42 in die kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge50 der Brennstoffzellen52 des zweiten Segments zwingt. Die gesamte Strömung von der Kathodeneinlasskammer42 durchquert die kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge50 abwärtsgerichtet und entlädt sich in die Kathodenaustrittskammer54 und an dem Kathodenauslass56 aus dem kaskadierten Brennstoffzellenstapel10 , wie es durch den Strömungspfeil B gezeigt ist. Die Anodenströmung tritt an dem Anodeneinlass58 in der Richtung des Strömungspfeils C in das zweite Segment14 ein. Die Anodenströmung in dem zweiten Segment14 ist der Anodenströmung in dem ersten Segment12 ähnlich und ist daher der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. - Wie am besten in
1 gezeigt, sind für das beispielhafte erste Segment12 die Kathodeneinlasskammer24 und die Anodeneinlasskammer34 vorzugsweise an einer entgegengesetzten Seite des ersten Segments12 positioniert. Die Kathodengasströmung durch die Brennstoffzellen28 verläuft wie gezeigt diagonal abwärtsgerichtet. Die Anodengasströmung verläuft auch diagonal abwärtsgerichtet von der Anodeneinlasskammer34 zu der Anodenaustrittskammer38 , so dass die Anoden- und die Kathodenströmung in Bezug aufeinander in einer "Kreuzströmungs-"Ausgestaltung verlaufen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform (nicht gezeigt) sind sowohl die Kathodeneinlasskammer24 als auch die Anodeneinlasskammer34 in dem ersten Segment12 in einer benachbarten Anordnung nebeneinander positioniert. Bei dieser Ausführungsform verlaufen sowohl die Anodenströmung als auch die Kathodenströmung in Bezug aufeinander in einer Ausgestaltung einer "parallelen Strömung", d.h., von der äußeren Seite18 aus gesehen von links oben nach rechts unten. Bei beiden Ausführungsformen der Anoden-/Kathodenströmung, d.h. sowohl "Kreuzströmung" als auch "parallele Strömung", verlaufen sowohl die Anodenströmung als auch die Kathodenströmung in jeder Brennstoffzelle in Bezug auf das erste Segment12 und das zweite Segment14 immer in der unidirektionalen, im Wesentlichen abwärtsgerichteten, schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung. - Bezug nehmend auf
2 identifiziert ein Querschnitt des kaskadierten Brennstoffzellenstapels10 von1 eine beispielhafte Kathodenreaktandenströmung von dem größeren, stromaufwärtigen ersten Segment12 zu dem kleineren, stromabwärtigen zweiten Segment14 . Wie hierin definiert enthält ein "größeres" Segment eines Brennstoffzellenstapels eine größere Anzahl von Brennstoffzellen als ein "kleineres" Segment. Ein stromaufwärtiges Segment bezieht sich auf ein erstes Segment, das einem zweiten Segment in Bezug auf eine bestimmte Reaktandenströmung vorangeht. Der Übersichtlichkeit halber sind in2 keine Kühlmittel- und Anoden-(d.h. Wasserstoff-)Reaktandenströmungen gezeigt. - Das erste Segment
12 umfasst die Kathodeneinlasskammer24 in Fluidverbindung mit den Brennstoffzellen28 . Alle Brennstoffzellen28 sind ungefähr parallel zueinander angeordnet und entladen sich jeweils in die Kathodenaustrittskammer30 . Die Kathodenaustrittskammer30 steht mit dem Separatorsegment16 in Fluidverbindung. Das Separatorsegment16 verbindet das erste Segment12 mit dem zweiten Segment14 sowohl mechanisch als auch fluidmäßig. Der Kathodendurchgang40 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Kathodenaustrittskammer30 und der Kathodeneinlasskammer42 des zweiten Segments14 bereit. In dem Querschnitt von2 ist auch ein Abschnitt des Anodendurchgangs44 benachbart zu dem Kathodendurchgang40 gezeigt. Wie es am besten in1 gezeigt ist, weist der Anodendurchgang44 kontinuierlich eine aufwärtsgerichtete Steigung in dem Separatorsegment16 auf, um die Anodenaustrittskammer46 des zweiten Segments14 fluidmäßig mit der Anodeneinlasskammer34 des ersten Segments12 zu verbinden. - Die Kathodeneinlasskammer
24 steht mit den kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgängen50 der Brennstoffzellen52 des zweiten Segments in Fluidverbindung. Alle Brennstoffzellen52 des zweiten Segments sind ungefähr parallel zueinander angeordnet und entladen sich jeweils in die Kathodenaustrittskammer54 . Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform sammelt die Kathodenaustrittskammer54 die gesamte Kathodenströmung von dem kaskadierten Brennstoffzellenstapel10 und entlädt diese. - Die Segmente aller Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung sind als aufeinander folgende Paare von Segmenten angeordnet. Bei der in
1 und2 gezeigten vereinfachten beispielhaften Ausführungsform bildet das erste Segment12 mit dem zweiten Segment14 ein erstes Segmentpaar. Wenn ein drittes oder mehr Segmente hinzugefügt werden, bildet das zweite Segment14 mit dem dritten Segment (nicht gezeigt) ein zweites Segmentpaar und so weiter. - Eine Kathodenreaktandenströmung (gezeigt) tritt in den kaskadierten Brennstoffzellenstapel
10 in der Kathodeneinlassströmungsrichtung A ein. Aus der Kathodeneinlasskammer24 wird die Kathodenreaktandenströmung in jeden der kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge26 der Brennstoffzellen28 in einer schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung F des ersten Segments wie gezeigt umgelenkt. Die gesamte Kathodenreaktandeneinlassströmung zu dem kaskadierten Brennstoffzellenstapel10 durchquert die Brennstoffzellen28 . Die Entladung von den Brennstoffzellen28 wird in einer Austrittsrichtung G des ersten Segments in die Kathodenaustrittskammer30 umgelenkt. - Die gesamte Kathodenreaktandenströmung, die aus dem ersten Segment
12 austritt, tritt in den Kathodendurchgang40 des Separatorsegments16 ein und wird in einer im Wesentlichen aufwärtsgerichteten Strömungsrichtung H umgelenkt. Von dem Kathodendurchgang40 wird die gesamte Kathodenreaktandenströmung wieder in einer Einlassströmungsrichtung J des zweiten Segments in die Kathodeneinlasskammer42 des zweiten Segments14 umgelenkt. Von der Kathodeneinlasskammer42 wird die Kathodenreaktandenströmung von der Einlassströmungsrichtung J des zweiten Segments in eine schwerkraftunterstützte Strömungsrichtung K des zweiten Segments umgelenkt. Die gesamte Kathodenreaktandenströ mung in dem zweiten Segment14 strömt in den kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgängen50 der Brennstoffzellen52 des zweiten Segments. Die kathodenseitigen Brennstoffzellendurchgänge50 entladen sich jeweils und bilden eine kombinierte Strömung in die Kathodenaustrittskammer54 . Die kombinierte Strömung in der Kathodenaustrittskammer54 tritt aus dem kaskadierten Brennstoffzellenstapel10 in einer Stapelauslassströmungsrichtung L aus. - Der kaskadierte Brennstoffzellenstapel
10 stellt dadurch einen Vorteil bereit, dass jede Reaktandengasströmung durch alle Brennstoffzellen angeordnet ist, um in einer abwärtsgerichteten oder schwerkraftunterstützten Richtung zu strömen, die durch die beispielhafte schwerkraftunterstützte Strömungsrichtung F des ersten Segments bzw. die schwerkraftunterstützte Strömungsrichtung K des zweiten Segments gezeigt ist. Durch Bereitstellen einer Strömung durch aktive Brennstoffzellen lediglich in der schwerkraftunterstützten Richtung wird durch den Reaktionsprozess in den beispielhaften Brennstoffzellen28 und52 erzeugtes Wasser sowohl durch die Strömungsgeschwindigkeit des Kathodenreaktandengases durch die Brennstoffzellen als auch durch die Schwerkraft in die Kathodenaustrittskammern30 bzw.54 des ersten bzw. zweiten Segments gezwungen. Durch Anordnen des Separatorsegments16 zwischen dem ersten Segment12 und dem zweiten Segment14 , wie gezeigt, erreicht das Separatorsegment16 eine durchschnittliche Betriebstemperatur des Stapels durch sowohl einen leitenden Wärmetransfer als auch einen konvektiven Wärmetransfer von den Stapelsegmenten und dem Kühlmittel. - Bei der Verwendung ist der beispielhafte kaskadierte Brennstoffzellenstapel
10 mit zwei Segmenten von2 ausgestaltet, um einen oberen Stapelabschnitt60 bereitzustellen, wobei der Kathodeneinlass20 zu diesem benachbart angeordnet ist. Es ist auch ein unterer Stapelabschnitt62 identifiziert, wobei der Kathodenauslass56 zu diesem benachbart angeordnet ist. Die Kathodenreaktandengasströmung, die geführt ist, um in dem oberen Stapelabschnitt60 in den Kathodeneinlass20 einzutreten, wird durch jedes Separatorsegment (z.B. das Separatorsegment16 ) aufwärtsgerichtet umgelenkt und strömt in der schwerkraftunterstützten, abwärtsgerichteten Strömungsrichtung durch jede Brennstoffzelle des kaskadierten Brennstoffzellenstapels10 , um an dem unteren Stapelabschnitt62 aus dem Kathodenauslass56 auszutreten. Eine Anodenströmung durch den kaskadierten Brennstoffzellenstapel10 verläuft ähnlich. - Durch Führen von durch den Reaktionsprozess einer Brennstoffzelle erzeugtem Wasser zu dem unteren Stapelabschnitt wird das Wasser vorteilhafterweise entladen. Bei der Ausführungsform von
2 der vorliegenden Erfindung wird Wasser von dem kaskadierten Brennstoffzellenstapel10 durch einen Ablauf (nicht gezeigt) entladen, der mit einem Separatorablaufbereich M eines unteren Separatorsegments64 verbunden ist. Wenn mehr als ein Separatorsegment verwendet wird (z.B. für einen Stapel mit drei oder mehr Segmenten) weist jedes Separatorsegment einen dem Separatorablaufbereich M an dem unteren Separatorsegment64 ähnlichen Ablaufbereich auf. Die Stelle des Wasserablaufs in dem Separatorablaufbereich M sorgt für die Entladung eines vorherrschenden Teils des durch die Brennstoffzellen28 des ersten Segments12 erzeugten Wassers. Die relative Feuchte wird zwischen Segmenten mit ungefähr 100% relativer Feuchte durch Entfernen des gesamten oder des größten Teils des Wassers, das sich bei einem Taupunkt über einer Kühlmittelwassertemperatur befindet, vor dem Eintreten in das nächste Segment gesteuert. - Bezug nehmend auf
3 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die einen Verrohrungssatz umfasst, um eine Anoden-, Kathoden- und Kühlmittelströmung zwischen einem Paar von benachbarten Stapelsegmenten anstatt des in1 gezeigten Separatorsegments16 zu führen. In einem Brennstoffzellenstapel100 ist ein erstes Segment102 von einem zweiten Segment104 durch einen Verrohrungssatz106 getrennt. Das erste Segment102 umfasst eine äußere Seite108 des ersten Segments und eine innere Seite110 des ersten Segments. Das zweite Segment104 umfasst ähnlich eine äußere Seite112 des zweiten Segments und eine innere Seite114 des zweiten Segments. Die äußere Seite108 des ersten Segments stellt einen Kathodeneinlass116 des ersten Segments, einen Kühlmitteleinlass118 des ersten Segments und einen Anodenauslass120 des ersten Segments bereit. Die innere Seite110 des ersten Segments stellt einen Kathodenauslass122 des ersten Segments, einen Kühlmittelauslass124 des ersten Segments und einen Anodeneinlass126 des ersten Segments bereit. - Der Kathodenauslass
122 des ersten Segments steht über ein Kathodenrohr130 fluidmäßig mit einem Kathodeneinlass128 des zweiten Segments in Verbindung. Der Kühlmittelauslass124 des ersten Segments steht über ein Kühlmittelrohr134 fluidmäßig mit einem Kühlmitteleinlass132 des zweiten Segments in Verbindung. Der Anodeneinlass126 des ersten Segments empfängt über ein Anodenrohr138 eine Anodenreaktandenströmung von einem Anodenauslass136 des zweiten Segments. Überschüssiges Wasser, das sowohl in dem Kathodenreaktand als auch in dem Anodenreaktand mitgeführt wird, läuft durch einen Kathodenrohrablauf140 bzw. einen Anodenrohrablauf142 zwischen dem ersten Segment102 und dem zweiten Segment104 ab. Der Kathodeneinlass128 des zweiten Segments, der Kühlmitteleinlass132 des zweiten Segments und der Anodenauslass136 des zweiten Segments sind an der inneren Seite114 des zweiten Segments angeordnet. Die äußere Seite112 des zweiten Segments umfasst einen Kathodenauslass144 des zweiten Segments, einen Kühlmittelauslass146 des zweiten Segments und einen Anodeneinlass148 des zweiten Segments. - Die Kathodenströmung tritt an dem Kathodeneinlass
116 des ersten Segments in einen oberen Abschnitt des ersten Segments102 ein, strömt in einer im Wesentlichen schwerkraftunterstützten Richtung durch eine Mehrzahl von Brennstoffzellen des ersten Segments (nicht gezeigt), wird gesammelt und tritt an dem Kathodenauslass122 des ersten Segments, der sich an einem unteren Abschnitt des ersten Segments102 befindet, aus. Das Kathodenrohr130 bringt die Kathodenströmung in einer im Wesentlichen aufwärtsgerichteten Richtung zu dem Kathodeneinlass128 des zweiten Segments. Der Kathodeneinlass128 des zweiten Segments befindet sich an einem oberen Abschnitt der inneren Seite114 des zweiten Segments an dem zweiten Segment104 . Die Kathodenströmung wird von dem Kathodeneinlass128 des zweiten Segments zu einer Mehrzahl von Brennstoffzellen des zweiten Segments (nicht gezeigt) geführt, wird gesammelt und tritt an dem Kathodenauslass144 des zweiten Segments aus einem unteren Abschnitt des zweiten Segments104 aus. - Die Kühlmittelströmung tritt an dem Kühlmitteleinlass
118 des ersten Segments in das erste Segment102 ein, strömt durch eine Mehrzahl von Kühlmittelströmungskanälen (nicht gezeigt) und tritt an dem Kühlmittelauslass124 des ersten Segments aus dem ersten Segment102 aus. Das Kühlmittelrohr134 bringt das Kühlmittel zu dem Kühlmitteleinlass132 des zweiten Segments. Die Kühlmittelströmung tritt in das zweite Segment104 ein, strömt durch eine Mehrzahl von Kühlmittelströmungskanälen (nicht gezeigt) und tritt an dem Kühlmittelauslass146 des zweiten Segments aus dem zweiten Segment104 aus. - Die Anodenströmung tritt in den Brennstoffzellenstapel
100 an einem oberen Abschnitt der äußeren Seite112 des zweiten Segments an einer Stelle stromabwärts gegenüberliegend der Kathodenströmung in das zweite Segment104 ein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Anodenströmung vorzugsweise in ein Brennstoffzellensegment, das eine gleiche Anzahl von Brennstoffzellen wie das Kathodenströmungseintrittssegment enthält, oder in ein kleineres Brennstoffzellensegment geführt, das im Vergleich zu der Stelle, an der die Kathodenströmung in den Brennstoffzellenstapel100 eintritt, eine geringere Anzahl von Brennstoffzellen enthält. Bei der beispielhaften Ausführungsform von3 tritt die Anodenströmung an dem Anodeneinlass148 des zweiten Segments in einen oberen Abschnitt des zweiten Segments104 ein, strömt in einer im Wesentlichen schwerkraftunterstützten Richtung durch die Mehrzahl von Brennstoffzellen des zweiten Segments (nicht gezeigt), wird gesammelt und tritt an dem Anodenauslass136 des zweiten Segments aus, der sich an einem unteren Abschnitt des zweiten Segments104 befindet. Das Anodenrohr138 bringt die Anodenströmung in einer im Wesentlichen aufwärtsgerichteten Richtung zu dem Anodeneinlass126 des ersten Segments. Der Anodeneinlass126 des ersten Segments befindet sich an einem oberen Abschnitt der inneren Seite110 des ersten Segments. Die Anodenströmung wird von dem Anodeneinlass126 des ersten Segments zu der Mehrzahl von Brennstoffzellen des ersten Segments (nicht gezeigt) geführt, gesammelt und tritt an dem Anodenauslass120 des ersten Segments aus einem unteren Abschnitt des ersten Segments102 aus. - Bezug nehmend auf
4 ist ein Brennstoffzellenstapel200 dem Brennstoffzellenstapel in3 ähnlich, weshalb nur die Unterschiede erläutert werden. Der Brennstoffzellenstapel200 umfasst ein erstes Segment202 und ein zweites Segment204 . Ein Verrohrungssatz206 verbindet das erste Segment202 fluidmäßig mit dem zweiten Segment204 . Eine Kathodenströmung tritt an einem Kathodeneinlass208 in das erste Segment ein, eine Kühlmittelströmung tritt an einem Kühlmitteleinlass210 ein, und eine Anodenströmung tritt an einem Anodenauslass212 aus dem ersten Segment (und dem Brennstoffzellenstapel200 ) aus. Das Kühlmittel wird dem Kühlmitteleinlass210 durch ein Kühlmittellieferrohr214 des ersten Segments geliefert. Die Kathodenströmung tritt an einem Kathodenauslass216 aus dem ersten Segment202 aus. Die dem Kühlmitteleinlass210 gelieferte Kühlmittelströmung tritt an einem Kühlmittelauslass218 aus dem ersten Segment202 aus. Die Anodenströmung zu dem ersten Segment202 wird an einem Anodeneinlass220 bereitgestellt. - Die Strömung zwischen dem ersten Segment
202 und dem zweiten Segment204 wird durch den Verrohrungssatz206 bereitgestellt. Ein Kathodenströmungsrohr222 führt eine Kathodenströmung in einer im Wesentlichen aufwärtsgerichteten Richtung von dem ersten Segment202 zu dem zweiten Segment204 . Ein Kühlmittelströmungsrohr224 entlädt die Kühlmittelströmung von dem ersten Segment202 des Brennstoffzellenstapels200 . Ein Anodenströmungsrohr226 führt die von dem zweiten Segment204 entladene Anodenströmung in einer im Wesentlichen aufwärtsgerichteten Richtung zu dem Anodeneinlass220 des ersten Segments202 . Der Verrohrungssatz206 stellt auch ein Kühlmittelentladungsrohr228 bereit, das von dem zweiten Segment an einem Kühlmittelauslass230 entladenes Kühlmittel sammelt. Ein Kühlmittelsteuerventil232 führt durch eine Kühlmittellieferleitung234 geliefertes Kühlmittel zu dem Kühlmittellieferrohr214 des ersten Segments und dem Kühlmittellieferrohr236 des zweiten Segments. Das Kühlmittelströmungsrohr224 und das Kühlmittelentladungsrohr228 entladen sich beide in ein kombiniertes Kühlmittelrückführrohr238 , das das Kühlmittel zu der Kühlmittelquelle (nicht gezeigt) zurückführt. - An dem zweiten Segment
204 entlädt sich das Kathodenströmungsrohr222 in einen Kathodeneinlass240 , und das Anodenströmungsrohr226 empfängt eine Anodenströmung von einem Anodenauslass242 . Die Kathodenströmung entlädt sich aus dem Brennstoffzellenstapel200 an einem Kathodenauslass244 . Das Kühlmittellieferrohr236 des zweiten Segments liefert einen Teil der gesamten Stapelkühlmittelströmung an einen Kühlmitteleinlass246 . Ein Anodeneinlass248 empfängt die Anodenströmung für den Brennstoffzellenstapel200 . - Der Verrohrungssatz
206 liefert allen Stellen, an denen die Kathodenströmung und die Anodenströmung in den Brennstoffzellenstapel200 eintreten, Kühlmittel bei seiner niedrigsten Temperatur. Dies stellt für sowohl die eintretende Kathodenströmung als auch die Anodenströmung einen niedrigsten Taupunkt bereit, was eine Steuerung der relativen Feuchte für den Brennstoffzellenstapel200 verbessert. Das Kühlmittelsteuerventil232 kann auch durch einzelne Drosselventile oder andere Strömungssteuereinrichtungen (z.B. Öffnungen) in dem Kühlmittellieferrohr214 des ersten Segments und dem Kühlmittellieferrohr236 des zweiten Segments ersetzt werden, um das Proportionieren der Kühlmittelströmung zu den Segmenten des Brennstoffzellenstapels200 zu unterstützen. - Bezug nehmend auf
5 ,6 und7 ist noch eine andere Ausführungsform für einen Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung gezeigt.5 identifiziert eine Kathodenverrohrung und Ventile zwischen Segmenten eines beispielhaften Brennstoffzellenstapels300 mit zwei Segmenten.6 identifiziert eine Anodenverrohrung und Ventile zwischen Segmenten des Brennstoffzellenstapels300 .7 identifiziert eine Kühlmittelverrohrung zwischen Segmenten des Brennstoffzellenstapels300 . Die Verrohrung und die Ventile von5 ,6 und7 sind der Übersichtlichkeit halber separat gezeigt, bei der Verwendung sind jedoch die Verrohrung und die Ventile zwischen den beiden Segmenten des Brennstoffzellenstapels300 kombiniert. - Wie in
5 gezeigt umfasst der Brennstoffzellenstapel300 eine Verrohrung und Ventile, die konfigurierbar sind, um entweder eine serielle oder eine parallele Kathodenströmung durch einen Stapel mit zwei Segmenten bereitzustellen. Ein Kathodenlieferrohr302 liefert einem Einlassrohr304 des ersten Segments, das mit einem Kathodeneinlass306 eines ersten Segments308 verbindbar ist, eine Kathodenströmung. Das Kathodenlieferrohr liefert auch einem Bypass-Rohr310 des ersten Segments, das eine teilweise Bypass-Kathodenströmung um das erste Segment308 bereitstellen kann, eine Kathodenströmung. Das Bypass-Rohr310 des ersten Segments ist mit einem Drei-Wege-Strömungsventil312 verbindbar. Das Drei-Wege-Strömungsventil312 weist drei Durchlässe auf, einen M-Durchlass, einen N-Durchlass und einen O-Durchlass. Das Bypass-Rohr310 des ersten Segments ist mit dem O-Durchlass verbindbar. Der N-Durchlass ist mit einem Lieferrohr314 des zweiten Segments verbindbar, das einem Kathodeneinlass316 eine Kathodenströmung liefert. Der M-Durchlass ist mit einem Zweigströmungsrohr318 verbindbar, das mit einem Kathodenentladungsrohr320 des ersten Segments in Fluidverbindung steht. Das Kathodenentladungsrohr320 des ersten Segments steht wiederum an einem ersten Ende mit einem Kathodenauslass des ersten Segments308 und an einem zweiten Ende mit dem stromaufwärtigen Ende eines Trennventils324 in Fluidverbindung. Ein stromabwärtiges Ende des Trennventils324 ist mit einem Kathodenentladungsrohr326 verbindbar, das mit einem Kathodenentladungsrohr328 des zweiten Segments in Fluidverbindung steht. Das Kathodenentladungsrohr328 des zweiten Segments ist mit einem Kathodenauslass330 eines zweiten Segments332 verbindbar. - Um eine serielle Kathodenströmung zu dem ersten Segment
308 und dem zweiten Segment332 bereitzustellen, ist das Trennventil324 geschlossen, und das Drei-Wege-Strömungsventil312 ist positioniert, um eine Strömung zwischen den Strömungsdurchlässen von M nach N bereitzustellen (wobei eine Strömung von dem O-Durchlass blockiert ist). Die Kathodenströmung tritt durch das Einlassrohr304 des ersten Segments in das erste Segment308 ein, durchquert das erste Segment, wie hierin in Bezug auf2 beschrieben, und tritt in dem Kathodenentladungsrohr320 des ersten Segments aus dem ersten Segment308 aus. Die Strömung von dem Kathodenentladungsrohr320 des ersten Segments ist durch das geschlossene Trennventil324 blockiert, das die Strömung durch das Zweigströmungsrohr318 , durch die Strömungsdurchlässe M und N des Drei-Wege-Strömungsventils312 , in das Lieferrohr314 des zweiten Segments und in den Kathodeneinlass316 des zweiten Segments332 zwingt. Die Kathodenströmung durchquert das zweite Segment332 und entlädt sich in das Kathodenentladungsrohr328 des zweiten Segments. - Um eine parallele Kathodenströmung zu dem ersten Segment
308 und dem zweiten Segment332 bereitzustellen, ist das Trennventil324 geöffnet und ist das Drei-Wege-Strömungsventil312 positioniert, um eine Strömung zwischen den Strömungsdurchlässen von O nach N bereitzustellen (wobei eine Strömung von dem M-Durchlass blockiert ist). Die Kathodenströmung teilt sich zwischen dem Einlassrohr304 des ersten Segments und dem Bypass-Rohr310 des ersten Segments. Ein erster Teil der Kathodenströmung tritt durch das Einlassrohr304 des ersten Segments in das erste Segment308 ein, durchquert das erste Segment, wie hierin in Bezug auf2 beschrieben, und tritt in dem Kathodenentladungsrohr320 des ersten Segments aus dem ersten Segment308 aus. Von dem Kathodenentladungsrohr320 des ersten Segments durchquert der erste Teil der Kathodenströmung das Trennventil324 und strömt durch das Kathodenentladungsrohr326 , um sich aus dem Brennstoffzellenstapel300 zu entladen. Ein zweiter Teil der Kathodenströmung durchquert das Bypass-Rohr310 des ersten Segments, die Strömungsdurchlässe O und N des Drei-Wege-Strömungsventils312 und tritt durch das Lieferrohr314 des zweiten Segments in das zweite Segment332 ein. Der zweite Teil der Kathodenströmung durchquert dann das zweite Segment332 und entlädt sich von dem zweiten Segment332 in das Kathodenentladungsrohr328 des zweiten Segments, in dem er sich mit dem ersten Teil der Kathodenströmung in dem Kathodenentladungsrohr326 vereinigt, um aus dem Brennstoffzellenstapel300 entladen zu werden. - Wie es am besten ausführlich in Bezug auf
6 gezeigt ist, umfasst der Brennstoffzellenstapel300 ferner eine Verrohrung und Ventile, die konfigurierbar sind, um entweder eine serielle oder eine parallele Anodenströmung durch einen Stapel mit zwei Segmenten bereitzustellen. Ein Anodenlieferrohr402 liefert einem Einlassrohr404 des ersten Segments, das mit einem Anodeneinlass406 des ersten Segments308 verbindbar ist, eine Anodenströmung. Das Anodenlieferrohr liefert die Anodenströmung auch einem Bypass-Rohr410 des ersten Segments, das eine teilweise Bypass-Anodenströmung um das erste Segment308 bereitstellen kann. Das Bypass-Rohr410 des ersten Segments ist mit einem Drei-Wege-Strömungsventil412 verbindbar. Das Drei-Wege-Strömungsventil412 weist drei Durchlässe auf, einen P-Durchlass, einen Q-Durchlass und einen R-Durchlass. Das Bypass-Rohr410 des ersten Segments ist mit dem R-Durchlass verbindbar. Der Q-Durchlass ist mit einem Lieferrohr414 des zweiten Segments verbindbar, das einem Anodeneinlass416 eine Katho denströmung bereitstellt. Der P-Durchlass ist mit einem Zweigströmungsrohr418 verbindbar, das mit einem Anodenentladungsrohr420 des ersten Segments in Fluidverbindung steht. Das Anodenentladungsrohr420 des ersten Segments steht wiederum an einem ersten Ende mit einem Anodenauslass422 des ersten Segments308 und an einem zweiten Ende mit dem stromaufwärtigen Ende eines Trennventils424 in Fluidverbindung. Ein stromabwärtiges Ende des Trennventils424 ist mit einem Anodenentladungsrohr426 verbindbar, das mit einem Anodenentladungsrohr428 des zweiten Segments in Fluidverbindung steht. Das Anodenentladungsrohr428 des zweiten Segments ist mit einem Anodenauslass430 des zweiten Segments332 verbindbar. - Um eine serielle Anodenströmung zu dem ersten Segment
308 und dem zweiten Segment332 bereitzustellen, ist das Trennventil424 geschlossen und ist das Drei-Wege-Strömungsventil412 positioniert, um eine Strömung zwischen den Strömungsdurchlässen von P nach Q bereitzustellen (wobei eine Strömung von dem Strömungsdurchlass R blockiert ist). Die Anodenströmung tritt durch das Einlassrohr404 des ersten Segments in das erste Segment308 ein, durchquert das erste Segment308 , wie hierin in Bezug auf2 beschrieben, und tritt in dem Anodenentladungsrohr420 des ersten Segments aus dem ersten Segment308 aus. Die Strömung von dem Anodenentladungsrohr420 des ersten Segments ist durch das geschlossene Trennventil424 blockiert, das die Strömung durch das Zweigströmungsrohr418 , durch die Strömungsdurchlässe P und Q des Drei-Wege-Strömungsventils412 , in das Lieferrohr414 des zweiten Segments und in den Anodeneinlass416 des zweiten Segments332 zwingt. Die Anodenströmung durchquert das zweite Segment332 , entlädt sich in das Anodenentladungsrohr428 des zweiten Segments und in das Anodenentladungsrohr426 , um sich aus dem Brennstoffzellenstapel300 zu entladen. - Um eine parallele Anodenströmung für das erste Segment
308 und das zweite Segment332 bereitzustellen, ist das Trennventil424 geöffnet, und ist das Drei-Wege-Strömungsventil412 positioniert, um eine Strömung zwischen den Strömungsdurchlässen von R nach Q bereitzustellen (wobei eine Strömung von dem P-Durchlass blockiert ist). Die Anodenströmung teilt sich zwischen dem Einlassrohr404 des ersten Segments und dem Bypass-Rohr410 des ersten Segments auf. Ein erster Teil der Anodenströmung tritt durch das Einlassrohr404 des ersten Segments in das erste Segment308 ein, durchquert das erste Segment308 , wie hierin in Bezug auf2 beschrieben, und tritt in dem Anodenentladungsrohr420 des ersten Segments aus dem ersten Segment308 aus. Von dem Anodenentladungsrohr420 des ersten Segments durchquert der erste Teil der Anodenströmung das Trennventil424 und strömt durch das Anodenentladungsrohr426 , um sich aus dem Brennstoffzellenstapel300 zu entladen. Ein zweiter Teil der Anodenströmung durchquert das Bypass-Rohr410 des ersten Segments, die Strömungsdurchlässe R und Q des Drei-Wege-Strömungsventils412 , und tritt durch das Lieferrohr414 des zweiten Segments in das zweite Segment332 ein. Der zweite Teil der Anodenströmung durchquert dann das zweite Segment332 und entlädt sich aus dem zweiten Segment332 in das Anodenentladungsrohr428 des zweiten Segments, in dem es sich mit dem ersten Teil der Anodenströmung in dem Anodenentladungsrohr426 vereinigt, um sich aus dem Brennstoffzellenstapel300 zu entladen. - Wie es am besten in
7 gezeigt ist, umfasst der Brennstoffzellenstapel300 von5 ferner eine Verrohrung, die konfigurierbar ist, um eine parallele Kühlmittelströmung durch einen Stapel mit zwei Segmenten bereitzustellen. Ein Kühlmittellieferrohr500 teilt sich auf, um sowohl ein Lieferrohr502 des ersten Segments als auch ein Lieferrohr504 des zwei ten Segments zu beliefern. Das Lieferrohr502 des ersten Segments ist an einem Kühlmitteleinlass506 mit dem ersten Segment308 verbindbar. Ein Kühlmittelauslass508 ist mit einem Kühlmittelentladungsrohr510 des ersten Segments verbindbar, das mit einem Kühlmittelentladungsrohr512 verbunden ist. Das Lieferrohr504 des zweiten Segments ist mit dem zweiten Segment332 an einem Kühlmitteleinlass514 verbindbar. Ein Kühlmittelauslass516 ist mit einem Kühlmittelentladungsrohr518 des zweiten Segments verbindbar, das an dem Kühlmittelentladungsrohr512 mit dem Kühlmittelentladungsrohr510 des ersten Segments verbunden ist. - Ein erster Teil des Kühlmittels von einer Kühlmittellieferquelle spaltet sich ab, um von dem Kühlmittellieferrohr
500 in das Lieferrohr502 des ersten Segments zu strömen, durchquert das erste Segment308 und tritt in das Kühlmittelentladungsrohr510 des ersten Segments aus. Von dem Kühlmittelentladungsrohr510 des ersten Segments strömt der erste Teil des Kühlmittels in das Kühlmittelentladungsrohr512 , um aus dem Brennstoffzellenstapel300 auszutreten. Ein zweiter Teil des Kühlmittels von der Kühlmittellieferquelle spaltet sich ab, um von dem Kühlmittellieferrohr500 in das Lieferrohr504 des zweiten Segments zu strömen, durchquert das zweite Segment332 und tritt in das Kühlmittelentladungsrohr518 des zweiten Segments aus. Der zweite Teil des Kühlmittels von dem Kühlmittelentladungsrohr518 des zweiten Segments kombiniert sich mit dem ersten Teil des Kühlmittels in dem Kühlmittelentladungsrohr512 , um aus dem Brennstoffzellenstapel300 auszutreten. - Bezug nehmend auf
8 ist ein Brennstoffzellenstapel600 gezeigt, der auf dem Brennstoffzellenstapel300 von6 basiert und ein zusätzliches drittes Segment602 aufweist. Die Verrohrung und die Ventile zu dem dritten Segment602 basieren auf der Verrohrung und den Ventilen von6 , wobei Bezugszeichen mit Strichindex gezeigt sind, um die neue Verrohrung und die neuen Ventile anzugeben, die das zweite Segment332 mit dem dritten Segment602 verbinden.8 zeigt auch ein Anodensteuerventil604 stromaufwärts des Anodenlieferrohrs402 und ein Anodensteuerventil606 stromaufwärts eines Anodenlieferrohrs402' . sowohl das Anodensteuerventil604 als auch das Anodensteuerventil606 empfangen Steuersignale von einem Stapelrückkopplungssignalprozessor608 . Die Anodensteuerventile604 ,606 , die zugehörige Verrohrung und der Stapelrückkopplungssignalprozessor608 bilden zusammen ein variables Steuersystem610 . Der Stapelrückkopplungssignalprozessor608 stellt Ventilpositionssignale basierend auf beispielhaften Stapelrückkopplungsdaten bereit, die zu dem variablen Steuersystem610 gesendet werden und einen Stapel- oder Segmentdruckabfall, eine Stapelspannung (z.B. insgesamt, bereichsweise, und Standardabweichung) und eine Austrittsreaktandenkonzentration umfassen. Ein Stapelreaktand und/oder eine Kühlmittelströmung können durch Neupositionieren der Anodensteuerventile604 und606 oder durch ähnliche Kathodensteuerventile (nicht gezeigt) und Kühlmittelsteuerventile (nicht gezeigt) umgelenkt werden. Für das Stapelrückkopplungssystem608 und das variable Steuersystem610 werden herkömmlich verfügbare Prozessoren und Komponenten verwendet. Die Anodensteuerventile604 ,606 können beliebige eines herkömmlich verfügbaren Typs von Steuerventil sein, umfassend solenoidbetätigte Ventile, motorgesteuerte Drosselventile etc., die elektrische Signale von dem Stapelrückkopplungssystem608 empfangen können. - Die Anzahl von Brennstoffzellen in jedem Segment ist einstellbar. Die Reaktandenströmung gelangt durch jede Zelle jedes Segments, wobei der Reaktand allmählich durch jedes Segment abgereichert wird und für jede gegebene gesamte Einlass- und Auslassströmung die Stöchiometrie jedes Segments des Mehrfachsegmentstapels größer ist als bei einem einzelnen Stapel, bei dem alle Zellen parallel gespeist werden.
- Wasser, das sich als ein Reaktionsprodukt in jedem einzelnen Reaktandensegment bildet, läuft kollektiv an der Basis seines zugehörigen Separatorsegments oder durch Ablaufsammelstellen in den einzelnen Strömungsrohren, die zwischen Segmenten angeordnet sind, ab. Dieses Wasservolumen wird durch Ablaufleitungen (nicht gezeigt) zu einer Entladungsstelle in dem Stapel entladen. Dies stellt sicher, dass das in jedem Segment des Stapels ausgebildete Wasser in einer schwerkraftunterstützten Richtung zu den Schwerkraftablaufstellen an der Basis jedes Separatorsegments oder zugehörig zu jedem Strömungsrohr abläuft, und daher wird ein effizientes Entfernungsverfahren für in dem Stapel erzeugtes Wasser bereitgestellt.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein weiterer Vorteil durch Verwenden einer parallelen Kühlmittelströmung bereitgestellt, wobei die Kathoden- und Anodeneinlassströme zwischen Segmenten getrennt sind. Die Temperatur des Kühlmittels erhöht sich, wenn es durch den Stapel gelangt, und eine verbesserte Steuerung der relativen Feuchte wird bereitgestellt, wenn es erwünscht ist, die Kathoden- und Anodenstapeleintrittsstellen zu trennen. Der Vorteil einer parallelen Kühlmittelströmung ist, dass Kühlmittel bei seiner niedrigsten Temperatur in den Stapel an der Stelle eintritt, an der jedes Reaktandengas in den Stapel eintritt, was den maximalen Reaktandengas-Temperaturabfall und daher die niedrigste Feuchte für das Einlassgas liefert. Das Bereitstellen der niedrigsten Temperatur für das eintretende Reaktandengas reduziert seinen Taupunkt und erfordert eine sehr geringe Wasserdampferzeugung, um die gewünschten 100% relative Feuchte für die Reaktandengasstromströmung durch den Stapel zu erreichen. Es ist normalerweise erwünscht, 100% relative Feuchte (RF) in jedem Segment des Stapels bereitzustellen, da Wasser kontinuierlich erzeugt wird und überschüssiges Wasser (Dampf) eine Strömung und einen Wasserstoffkontakt mit den Brennstoffzellen verhindert.
- Wenn in Separatorsegmenten zwischen Stapelsegmenten Separatorkanäle angeordnet sind, wird die Kanaltemperatur automatisch durch die Kühlmitteltemperatur gesteuert. Die Gastemperatur in jedem der Separatorkanäle stellt sich daher auf die Kühlmitteltemperatur ein, bis der Wasserdampf in den Separatorkanälen die Kanal-/Kühlmittel-Taupunkttemperatur erreicht und jeglicher Wasserdampf über der Taupunkttemperatur des Kühlmittels zu dem Separatorablauf hin ausscheidet. Ein Vorteil dieser "automatischen" Temperatursteuerung ist, dass das Reaktandengas, das in jedes nachfolgende Segment eintritt, etwa 100% RF aufweist, wobei jedem Segment eine gesättigte Strömung geliefert wird. Dies beseitigt die Notwendigkeit, für jedes Segment eine zusätzliche externe Temperatursteuerung bereitzustellen. Wenn der Brennstoff in jedem einzelnen Segment reagiert, erhöht sich die durchschnittliche Temperatur der Strömung von einem Segment zum nächsten, und die relative Feuchte wird bei etwa 100% RF gehalten.
- Der Einfluss einer nicht verbrauchten Inertgasströmung auf einen Gesamtstapeldruckabfall wird durch Verwenden eines Systems mit "im Wesentlichen reinem Wasserstoff" der vorliegenden Erfindung erheblich reduziert. Wie hierin definiert ist "im Wesentlichen reiner Wasserstoff" ein Anodenreaktand, der ungefähr 80 Vol.-% oder einen größeren Anteil an Wasserstoff und ungefähr 20 Vol.-% oder einen kleineren Anteil an Inertgas(en) enthält. Durch den Brennstoffzellenstapel wird nur der Wasserstoff verbraucht (wobei Wasser ausgebildet und elektrischer Strom erzeugt werden), und daher strömen die ungefähr 20 Vol.-% oder weniger an nicht verbrauchtem Inertgas durch den Stapel. Durch Verwenden eines reinen Wasserstoffanodenreaktanden steuern die 20 Vol.-% oder weniger an Inertgas den Druckabfall über den nachfolgenden Segmenten des Stapels im Wesentlichen nicht. Daher kann die Strömung durch die Stapelsegmente variiert werden, um die Stapelstöchiometrie zu optimieren.
- Der Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung bietet verschiedene Vorteile. Jedes Segment des Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung stellt eine schwerkraftunterstützte Reaktanden- und Wasserablaufströmung bereit. Wenn zwischen jedem Segmentpaar ein Separatorsegment angeordnet ist, entfernt das Separatorsegment/entfernen die Separatorsegmente effizient Wasser von dem Stapel und steuert das Separatorsegment/steuern die Separatorsegmente die Feuchte in dem Stapel. Durch Bereitstellen einer parallelen Strömung in jedem Segment und Bereitstellen einzelner Segmente mit verschiedenen Anzahlen von Brennstoffzellenelementen ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass ein Brennstoffzellenstapel mit variierenden Stöchiometrien zwischen einzelnen Segmenten arbeitet und einen höheren Betriebswirkungsgrad bereitstellt. Der durchschnittliche Spannungsausgang eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Erfindung wird gegenüber einem Brennstoffzellenstapel mit einer gesamten parallelen Strömung durch nur ein Segment von Elementen erhöht. Die Reaktandenverteilung wird von Zelle zu Zelle in den Stapelsegmenten und von Kanal zu Kanal in den Brennstoffzellenplatten verbessert. Das Verbessern der Reaktandenverteilung durch effizienteres Entfernen von Wasser (unter Verwendung einer schwerkraftunterstützten Strömung in den Brennstoffzellen) stellt eine erhöhte Spannung in dem Segment/in den Segmenten bereit, in dem/denen die Wasserstoffkonzentration am höchsten ist.
- Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sollen Variationen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Solche Variationen sind nicht als ein Abweichen vom Geist und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
- Zusammenfassung
- Ein Wasserstoff-Brennstoffzellenstapel weist mindestens zwei Segmente von Brennstoffzellen auf, die jeweils Reaktandengasdurchgänge aufweisen. Die Reaktandengasdurchgänge jeder Brennstoffzelle in jedem Segment sind parallel zueinander angeordnet. Die Strömung von Brennstoffzellenfluiden verläuft in einer schwerkraftunterstützten, abwärtsgerichteten Richtung. Die schwerkraftunterstützte Strömung führt in jeder Zelle ausgebildetes Wasser zu unteren Entfernungsstellen der Stapelsegmente. Benachbarte Segmente sind entweder durch ein Separatorsegment, das als eine einstückige Einheit mit dem Stapel ausgebildet ist, getrennt, oder die Segmente sind verbunden, und ein externes Verrohrungssystem führt die Strömung zu verschiedenen Stapelbereichen. Eine Kathodenströmung tritt an einem ersten Stapelende ein, und eine Wasserstoffanodenströmung tritt an einem gegenüberliegenden Ende in den Stapel ein, so dass die Kathoden- und Anodenströmungen zueinander gegenstromig sind. Eine Kühlmittelströmung wird normalerweise benachbart zu der Kathodenströmung eingeführt und strömt parallel zu dieser, kann jedoch auch durch das Verrohrungssystem zu einem beliebigen oder allen Segmenten seriell oder parallel geführt werden.
Claims (26)
- Brennstoffzellenstapel des Typs mit einer Mehrzahl von sequentiell angeordneten Brennstoffzellensegmenten, wobei jedes der Mehrzahl von Brennstoffzellensegmenten umfasst: (a) ein erstes Ende mit einem ersten Anodendurchlass und einem ersten Kathodendurchlass, die darin ausgebildet sind; (b) ein zweites Ende mit einem zweiten Anodendurchlass und einem zweiten Kathodendurchlass, die darin ausgebildet sind; (c) mindestens eine Brennstoffzelle mit: einer Mehrzahl von Anodendurchgängen, die in einer unidirektionalen, schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung angeordnet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Anodendurchlässen bereitzustellen; einer Mehrzahl von Kathodendurchgängen, die in einer unidirektionalen, schwerkraftunterstützten Strömungsrichtung angeordnet sind, um eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kathodendurchlässen bereitzustellen; und einer Membranelektrodenanordnung, die zwischen der Mehrzahl von Anodendurchgängen und der Mehrzahl von Kathodendurchgängen eingefügt ist; (d) eine durch das Brennstoffzellensegment selektiv konfigurierte Strömungsanordnung aus der Gruppe, bestehend aus: einer gegenstromigen Strömungsanordnung, wobei der erste Kathodendurchlass und der zweite Anodendurchlass Einlassdurchlässe zu dem Brennstoffzellensegment sind, und der zweite Kathodendurchlass und der erste Anodendurchlass Auslassdurchlässe aus den Brennstoffzellensegmenten sind; und einer parallelen Strömungsanordnung, wobei die ersten Anoden- und Kathodendurchlässe Einlassdurchlässe in das Brennstoffzellensegment sind und die zweiten Anoden- und Kathodendurchlässe Auslassdurchlässe aus dem Brennstoffsegment sind.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei jedes Brennstoffzellensegment ferner umfasst: eine Anodeneinlasskammer in Fluidverbindung mit dem Anodeneinlassdurchlass und eine Anodenauslasskammer in Fluidverbindung mit dem Anodenauslassdurchlass, wobei die Mehrzahl von Anodendurchgängen eine Fluidverbindung zwischen der Anodeneinlasskammer und der Anodenauslasskammer bereitstellt; und eine Kathodeneinlasskammer in Fluidverbindung mit dem Kathodeneinlassdurchlass und eine Kathodenauslasskammer in Fluidverbindung mit dem Kathodenauslassdurchlass, wobei die Mehrzahl von Kathodendurchgängen eine Fluidverbindung zwischen der Kathodeneinlasskammer und der Kathodenauslasskammer bereitstellt.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Separatorsegment, das zwischen einem stromaufwärtigen Brennstoffzellensegment und einem stromabwärtigen Brennstoffzellensegment angeordnet ist, um eine Fluidverbindung dazwischen bereitzustellen.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 3, wobei das Separatorsegment ferner umfasst: einen im Wesentlichen aufwärtsgerichtet ausgerichteten Anodenströmungskanal in Fluidverbindung zwischen der Anodenauslasskammer des stromaufwärtigen Brennstoffzellensegments und der Anodeneinlasskammer des stromabwärtigen Brennstoffzellensegments; und einen im Wesentlichen aufwärtsgerichtet ausgerichteten Kathodenströmungskanal in Fluidverbindung zwischen der Kathodenauslasskammer des stromaufwärtigen Brennstoffzellensegments und der Kathodeneinlasskammer des stromabwärtigen Brennstoffzellensegments.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 4, wobei das Separatorsegment eine angrenzende Strukturverbindung zwischen dem stromaufwärtigen Brennstoffzellensegment und dem stromabwärtigen Brennstoffzellensegment ausbildet.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen Kühlmitteldurchgang, der benachbart zu der mindestens einen Brennstoffzelle angeordnet ist, wobei der Kühlmitteldurchgang eine Kühlmitteleinlasskammer und eine Kühlmittelauslasskammer aufweist; und wobei das Separatorsegment einen Kühlmittelströmungskanal in Fluidverbindung zwischen der Kühlmittelauslasskammer des stromaufwärtigen Brennstoffzellensegments und der Kühlmitteleinlasskammer des stromabwärtigen Brennstoffzellensegments aufweist.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 6, wobei die Kühlmitteldurchgänge in Bezug auf die Mehrzahl von Kathodendurchgängen eine parallele Strömungsanordnung ausbilden und relativ zu der Mehrzahl von Anodendurchgängen eine gegenstromige Strömungsanordnung ausbilden.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 6, wobei die Kühlmitteldurchgänge in Bezug auf die Mehrzahl von Kathodendurchgängen eine parallele Strömungsanordnung ausbilden und relativ zu der Mehrzahl von Anodendurchgängen eine parallele Strömungsanordnung ausbilden.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei jedes der Mehrzahl von Brennstoffzellensegmenten eine gleiche Anzahl von Brennstoffzellen darin umfasst.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der Mehrzahl von Brennstoffzellensegmenten mehr Brennstoffzellen aufweist als die restlichen Brennstoffzellensegmente.
- Brennstoffzellenstapel, umfassend: ein erstes Brennstoffzellensegment und ein zweites Brennstoffzellensegment, die sequentiell angeordnet sind; eine Mehrzahl von Brennstoffzellen, die in dem ersten und zweiten Brennstoffzellensegment angeordnet sind, wobei jede der Mehrzahl von Brennstoffzellen einen Anodendurchgang, einen Kathodendurchgang und eine dazwischen eingefügte Membranelektrodenanordnung aufweist, wobei der Anodendurchgang und der Kathodendurchgang in einer unidirektionalen, schwerkraftunterstützten Strömungsausrichtung ausgerichtet sind; und einen Verteileraufbau zum Bereitstellen einer Fluidverbindung zwischen dem ersten Brennstoffzellensegment und dem zweiten Brennstoffzellensegment, wobei der Verteileraufbau zwischen den Anoden- und Kathodendurchgängen des ersten Brennstoffzellensegments und den Anoden- und Kathodendurchgängen des zweiten Brennstoffzellensegments konfigurierbar ist, um eine gegenstromige Strömungsanordnung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel oder eine parallele Strömungsanordnung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel auszubilden.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 11, wobei jedes der Brennstoffzellensegmente ferner umfasst: eine Anodeneinlasskammer, die über einer Anodenauslasskammer angeordnet ist, wobei sowohl die Anodeneinlasskammer als auch die Anodenauslasskammer mit den Anodendurchgängen in Fluidverbindung stehen; und eine Kathodeneinlasskammer, die über einer Kathodenauslasskammer angeordnet ist, wobei sowohl die Kathodeneinlasskammer als auch die Kathodenauslasskammer mit den Kathodendurchgängen in Fluidverbindung stehen.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 12, wobei der Verteileraufbau ferner umfasst: ein im Wesentlichen aufwärtsgerichtet ausgerichtetes Anodenlieferrohr, das eine Fluidverbindung zwischen den Anodeneinlasskammern von sowohl dem ersten Segment als auch dem zweiten Segment bereitstellt; ein im Wesentlichen abwärtsgerichtet ausgerichtetes Anodenentladungsrohr, das eine Fluidverbindung zwischen den Anodenauslasskammern von sowohl dem ersten Segment als auch dem zweiten Segment bereitstellt; ein im Wesentlichen aufwärtsgerichtet ausgerichtetes Kathodenlieferrohr, das eine Fluidverbindung zwischen den Kathodeneinlasskammern von sowohl dem ersten Segment als auch dem zweiten Segment bereitstellt; und ein im Wesentlichen abwärtsgerichtet ausgerichtetes Kathodenentladungsrohr, das eine Fluidverbindung zwischen den Kathodenauslasskammern von sowohl dem ersten Segment als auch dem zweiten Segment bereitstellt.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 13, ferner umfassend: eine Mehrzahl von Kühlmitteldurchgängen, die benachbart zu der Mehrzahl von Brennstoffzellen in den ersten und zweiten Segmenten angeordnet sind; eine Kühlmitteleinlasskammer, die in jedem der ersten und zweiten Brennstoffzellensegmente und in Fluidverbindung mit der Mehrzahl von Kühlmitteldurchgängen angeordnet ist; und eine Kühlmittelauslasskammer, die in jedem ersten und zweiten Brennstoffzellensegmente und in Fluidverbindung mit der Mehrzahl von Kühlmitteldurchgängen angeordnet ist.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 14, wobei der Verteileraufbau ferner umfasst: ein Kühlmittellieferrohr, das eine Fluidverbindung zwischen den Kühlmitteleinlasskammern der ersten und zweiten Brennstoffzellensegmente bereitstellt; und ein Kühlmittelentladungsrohr, das eine Fluidverbindung zwischen den Kühlmittelauslasskammern der ersten und zweiten Brennstoffzellensegmentsegmente bereitstellt.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Kathodeneinlass, der an dem ersten Brennstoffzellensegment in Fluidverbindung mit der Kathodeneinlasskammer des ersten Brennstoffzellensegments angeordnet ist; einen Anodeneinlass, der an dem ersten Brennstoffzellensegment in Fluidverbindung mit der Anodeneinlasskammer des ersten Brennstoffzellensegments angeordnet ist; wobei das erste Brennstoffzellensegment benachbart zu dem Kathodeneinlass einen Kühlmitteleinlass aufweist; und wobei der Verteileraufbau derart konfigurierbar ist, dass der Kühlmitteleinlass, der Kathodeneinlass und der Anodeneinlass eine parallele Strömungsanordnung der Kühlmitteldurchgänge relativ zu sowohl der Mehrzahl von Kathodendurchgängen als auch der Mehrzahl von Anodendurchgängen der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels ausbilden.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Kathodeneinlass, der an dem ersten Brennstoffzellensegment in Fluidverbindung mit der Kathodeneinlasskammer des ersten Brennstoffzellensegments angeordnet ist; einen Anodeneinlass, der an dem zweiten Brennstoffzellensegment in Fluidverbindung mit der Anodeneinlasskammer des zweiten Brennstoffzellensegments angeordnet ist; wobei das erste Brennstoffzellensegment benachbart zu dem Kathodeneinlass einen Kühlmitteleinlass aufweist; und wobei der Verteileraufbau derart konfigurierbar ist, dass der Kühlmitteleinlass und der Kathodeneinlass eine parallele Strömungsanordnung der Kühlmitteldurchgänge relativ zu der Mehrzahl von Kathodendurchgängen des Brennstoffzellenstapels ausbilden und die Mehrzahl von Kathodendurchgängen eine gegenstromige Strömungsanordnung mit der Mehrzahl von Anodendurchgängen ausbildet.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 15, wobei der Verteileraufbau ferner umfasst: ein Mehrfachdurchlassventil, das in dem Anodenlieferrohr angeordnet ist, um die Anodeneinlasskammern von sowohl dem ersten Segment als auch dem zweiten Segment selektiv zu beliefern; ein Mehrfachdurchlassventil, das in dem Kathodenlieferrohr angeordnet ist, um die Kathodeneinlasskammern von sowohl dem ersten Segment als auch dem zweiten Segment selektiv zu beliefern; ein Mehrfachdurchlassventil, das in dem Kühlmittellieferrohr angeordnet ist, um die Kühlmitteleinlasskammern und die Kühlmittelauslasskammern der ersten und zweiten Segmente selektiv zu beliefern.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Kathodeneinlass, der in Fluidverbindung mit der Kathodeneinlasskammer des ersten Segments an dem ersten Segment angeordnet ist; einen Anodeneinlass, der in Fluidverbindung mit der Anodeneinlasskammer des zweiten Segments an dem zweiten Segment angeordnet ist; wobei das erste Segment benachbart zu dem Kathodeneinlass einen Kühlmitteleinlass des ersten Segments aufweist; wobei das zweite Segment benachbart zu dem Anodeneinlass einen Kühlmitteleinlass des zweiten Segments aufweist; und wobei der Kühlmitteleinlass des ersten Segments und der Kühlmitteleinlass des zweiten Segments einen parallelen Kühlmittelströmungspfad zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Segment des Brennstoffzellenstapels ausbilden, und wobei die Kathodendurchgänge die gegenstromige Strömungsanordnung mit den Anodendurchgängen ausbilden.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 19, wobei der zweite Kühlmitteleinlass relativ zu dem Kathodendurchgang einen parallelen Kühlmittelpfad ausbildet.
- Brennstoffzelle nach Anspruch 19, wobei der zweite Kühlmitteleinlass relativ zu dem Anodendurchgang einen parallelen Kühlmittelpfad ausbildet.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 11, wobei sich eine Anzahl von Brennstoffzellen in jedem Segment zwischen aufeinander folgenden Segmenten von einem Einlassabschnitt des Stapels zu einem Auslassabschnitt des Stapels hin verringert.
- Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellenstapel, umfassend: eine Mehrzahl von Brennstoffzellenaufbauten, die jeweils einen Anodenkatalysator an einer ersten Seite und einen Kathodenkatalysator an einer zweiten Seite umfassen; eine Mehrzahl von Anodengasdurchgängen, die jeweils neben der ersten Seite eines jeweiligen der Mehrzahl von Brennstoffzellenaufbauten angeordnet sind; eine Mehrzahl von Kathodengasdurchgängen, die jeweils benachbart zu der zweiten Seite eines jeweiligen der Mehrzahl von Brennstoffzellenaufbauten angeordnet sind; wobei die Mehrzahl von Brennstoffzellenaufbauten in mindestens zwei benachbarten Segmenten von Zellen angeordnet ist, wobei die Anodengasdurchgänge und die Kathodengasdurchgänge in einer gegenstromigen Strömungsanordnung zwischen den Segmenten angeordnet sind und sowohl die Anodengasdurchgänge als auch die Kathodengasdurchgänge in einer unidirektionalen, schwerkraftun terstützten Strömungsrichtung in jedem Segment des Stapels angeordnet sind; und mindestens eines der Segmente ein variables Steuersystem aufweist, das dazu dient, eine Mehrzahl von Betriebsparametern des Stapels zu vergleichen.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 23, wobei sich eine Anzahl von Brennstoffzellenaufbauten in jedem Segment zwischen Segmentpaaren verringert.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 24, ferner umfassend: dass jedes Segmentpaar eines eines stromaufwärtigen Segments und eines stromabwärtigen Segments ist; und dass ein Druckabfall des stromabwärtigen Segments für jedes Segmentpaar gleich einem oder kleiner als ein Druckabfall des stromaufwärtigen Segments ist.
- Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 25, wobei das variable Steuersystem ferner eine Mehrzahl von Verrohrungen mit einer Mehrzahl von auswählbaren Strömungspfaden, mindestens ein Steuerventil, das dazu dient, die Verrohrung zwischen den auswählbaren Strömungspfaden zu steuern, und einen Stapelrückkopplungssignalprozessor, der dazu dient, Steuersignale an das mindestens eine Steuerventil zu senden, umfasst.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/917,038 US7494735B2 (en) | 2002-08-29 | 2004-08-12 | Fuel cell stack design and method of operation |
US10/917,038 | 2004-08-12 | ||
PCT/US2005/020164 WO2006022981A2 (en) | 2004-08-12 | 2005-06-09 | Fuel cell stack design and method of operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE112005001966T5 true DE112005001966T5 (de) | 2007-08-09 |
DE112005001966B4 DE112005001966B4 (de) | 2015-09-17 |
Family
ID=35968000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE112005001966.7T Expired - Fee Related DE112005001966B4 (de) | 2004-08-12 | 2005-06-09 | Brennstoffzellenstapel-Konstruktion |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7494735B2 (de) |
JP (1) | JP5107038B2 (de) |
CN (1) | CN101147289B (de) |
DE (1) | DE112005001966B4 (de) |
WO (1) | WO2006022981A2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013100348A1 (de) * | 2013-01-14 | 2014-07-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060179739A1 (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Ken Lubkert | Modular plumbing system and method |
US7820333B2 (en) * | 2005-04-25 | 2010-10-26 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell operating method with improved hydrogen and oxygen utilization |
DE102015100704B3 (de) * | 2015-01-19 | 2015-11-05 | Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH | Kathodenplatte eines Bipolarelements und Verfahren zum Betreiben einer solchen Kathodenplatte |
JP6930937B2 (ja) * | 2018-03-15 | 2021-09-01 | 株式会社東芝 | 燃料電池、および燃料電池システム |
JP7107197B2 (ja) | 2018-12-06 | 2022-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
KR102140468B1 (ko) | 2018-12-26 | 2020-08-03 | 한국과학기술연구원 | 스택 내부의 열분포가 개선된 연료전지 |
JP2022157510A (ja) | 2021-03-31 | 2022-10-14 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの運転方法 |
WO2023050284A1 (zh) * | 2021-09-30 | 2023-04-06 | 罗伯特·博世有限公司 | 动力单元、端部结构以及车辆 |
Family Cites Families (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2044068A1 (de) * | 1970-09-05 | 1972-03-16 | Siemens Ag | Brennstoffbatterie |
US3935028A (en) * | 1971-06-11 | 1976-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel cell set and method |
US4080487A (en) * | 1977-02-09 | 1978-03-21 | United Technologies Corporation | Process for cooling molten carbonate fuel cell stacks and apparatus therefor |
US4722873A (en) * | 1985-12-06 | 1988-02-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Fuel cell power generating system |
US5272017A (en) * | 1992-04-03 | 1993-12-21 | General Motors Corporation | Membrane-electrode assemblies for electrochemical cells |
EP0596366B1 (de) * | 1992-11-05 | 1997-04-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Einrichtung zur Wasser- und/oder Inertgasentsorgung eines Brennstoffzellenblocks |
JPH06203861A (ja) * | 1993-01-11 | 1994-07-22 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラント |
US5413878A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-09 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | System and method for networking electrochemical devices |
JP3293309B2 (ja) * | 1994-02-16 | 2002-06-17 | 石川島播磨重工業株式会社 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
US5518828A (en) * | 1994-07-21 | 1996-05-21 | Bechtel Group, Inc. | Thermal integration of an air-cooled fuel cell stack |
US5763113A (en) * | 1996-08-26 | 1998-06-09 | General Motors Corporation | PEM fuel cell monitoring system |
US5776624A (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-07 | General Motors Corporation | Brazed bipolar plates for PEM fuel cells |
US6110612A (en) * | 1999-04-19 | 2000-08-29 | Plug Power Inc. | Structure for common access and support of fuel cell stacks |
JP2000331691A (ja) * | 1999-05-18 | 2000-11-30 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
US6218038B1 (en) * | 1999-08-24 | 2001-04-17 | Plug Power, Inc. | Regulating a flow through a fuel cell |
US6251534B1 (en) * | 1999-09-23 | 2001-06-26 | Plug Power Inc. | Fuel cell cascade flow system |
JP3530793B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2004-05-24 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池およびその運転方法 |
KR100328448B1 (ko) * | 1999-12-29 | 2002-03-16 | 박종섭 | 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법 |
CA2364010A1 (en) * | 2000-11-29 | 2002-05-29 | Ballard Power Systems Inc. | Method and apparatus for operating an electrochemical fuel cell |
US20030022050A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-01-30 | Ballard Power Systems Inc. | Product water pump for fuel cell system |
JP4908699B2 (ja) * | 2001-09-17 | 2012-04-04 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
JP3615508B2 (ja) * | 2001-10-04 | 2005-02-02 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
US6911277B2 (en) * | 2002-05-01 | 2005-06-28 | General Motors Corporation | Device and method to expand operating range of a fuel cell stack |
JP3699063B2 (ja) * | 2002-06-26 | 2005-09-28 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池およびその制御方法 |
US6794068B2 (en) * | 2002-08-29 | 2004-09-21 | General Motors Corporation | Fuel cell stack design and method of operation |
US7169491B2 (en) * | 2003-02-26 | 2007-01-30 | General Motors Corporation | Flexible system for hydrogen recirculation |
US7655337B2 (en) * | 2003-06-27 | 2010-02-02 | Ultracell Corporation | Micro fuel cell thermal management |
US20050014044A1 (en) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | Niranjan Thirukkovalur | Fuel cell system |
-
2004
- 2004-08-12 US US10/917,038 patent/US7494735B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-06-09 CN CN2005800345218A patent/CN101147289B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-06-09 DE DE112005001966.7T patent/DE112005001966B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2005-06-09 WO PCT/US2005/020164 patent/WO2006022981A2/en active Application Filing
- 2005-06-09 JP JP2007525606A patent/JP5107038B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013100348A1 (de) * | 2013-01-14 | 2014-07-17 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
DE102013100348B4 (de) * | 2013-01-14 | 2015-01-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Brennstoffzellensystem sowie dessen Verwendung und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101147289A (zh) | 2008-03-19 |
CN101147289B (zh) | 2011-01-26 |
JP5107038B2 (ja) | 2012-12-26 |
JP2008510271A (ja) | 2008-04-03 |
WO2006022981A2 (en) | 2006-03-02 |
US7494735B2 (en) | 2009-02-24 |
US20050019648A1 (en) | 2005-01-27 |
DE112005001966B4 (de) | 2015-09-17 |
WO2006022981A3 (en) | 2007-08-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10393165B4 (de) | Brennstoffzellenstapel und Betriebsverfahren | |
DE112005001966B4 (de) | Brennstoffzellenstapel-Konstruktion | |
DE102006019114B4 (de) | Brennstoffzellensystem zur verbesserten Wasserstoff- und Sauerstoffverwendung | |
DE10041532B4 (de) | Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellensystem | |
DE102015203077B4 (de) | Brennstoffzellenfahrzeug | |
DE102004007203B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Metallseparators für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle | |
DE602004008220T2 (de) | Brennstoffzelle | |
DE112004001832T5 (de) | Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellen-Kraftfahrzeug | |
DE10392591T5 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Erweitern des Betriebsbereiches eines Brennstoffzellenstapels | |
WO2017157587A1 (de) | Wärmetauscher und brennstoffzellensystem | |
DE10337233B4 (de) | Brennstoffzelle und zugehöriges Betriebsverfahren | |
DE112007000282T5 (de) | Brennstoffzelle | |
DE102019200449A1 (de) | Befeuchter mit Kühlmittelrohren und Brennstoffzellenvorrichtung | |
WO2016206840A1 (de) | Strömungsfeld einer brennstoffzelle | |
EP1378018B1 (de) | Elektrochemischer brennstoffzellenstapel | |
WO2008101921A1 (de) | Brennstoffzellenanordnung | |
DE112008003551B4 (de) | Brennstoffzellensystem | |
DE60301379T2 (de) | Brennstoffzelle mit Gasverteilerplatten mit kammartigem Gaspassagen | |
DE10321946B4 (de) | Brennstoffzellenseparator und Verwendung des Brennstoffzellenseparators in einer Brennstoffzelle | |
DE102019126306A1 (de) | Brennstoffzellensystem | |
DE10394056B4 (de) | PEM-Brennstoffzelle mit einem Durchflussbegrenzer in einem Brennstoffzellen-Strömungsfeld | |
DE102022103985B3 (de) | Bipolarplatte, Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzellenvorrichtung | |
DE102018205995A1 (de) | Vorrichtung zur Konditionierung des Kathodengases und Brennstoffzellensystem mit einer solchen Vorrichtung | |
DE10323647B4 (de) | Anordnung und Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels | |
DE102015222552A1 (de) | Brennstoffzellenstapel Bipolarplatten aufweisend sowie Brennstoffzellensystem |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: PFANDRECHT |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008020000 Ipc: H01M0008025800 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |