DE102009055664B3

DE102009055664B3 - Brennstoffzellenanordnung

Info

Publication number: DE102009055664B3
Application number: DE102009055664A
Authority: DE
Inventors: Anton Trenkler; Wolfgang Wagner
Original assignee: MTU Onsite Energy GmbH
Current assignee: FUELCELL ENERGY SOLUTIONS GMBH, DE
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-11-26

Abstract

Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Brennstoffzelle (2) sowie einer benachbart dazu angeordneten Endplatte (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine im Querschnitt U-förmige Dichtung (U-Dichtung) (11) derart an der Endplatte (4) angeordnet ist, dass ein erster U-Schenkel (12) der U-Dichtung (11) zwischen Endplatte (4) und benachbarter Brennstoffzelle (2) benachbart zu einer ersten Stirnseite (4a) der Endplatte (4) fixiert ist, ein U-Stegelement (13) der U-Dichtung (11) sich von der ersten (4a) in Richtung zur zweiten Stirnseite (4b) der Endplatte (4) außerhalb der Endplatte (4) benachbart zu dieser erstreckt, wobei die U-Dichtung (11) an einem dem ersten U-Schenkel (12) gegenüberliegenden Ende (13b) des U-Stegelements (13) mittels einer Vorspannvorrichtung (15) mit einer Vorspannkraft in Richtung von der Endplatte (4) zum U-Stegelement (13) dauerhaft beaufschlagt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Brennstoffzellenanordnungen der vorliegenden Art sind im Stand der Technik bekannt, z. B. aus der Druckschrift WO 2008/110292 A1 . Sie umfassen meist mehrere zu einem Stapel zusammengefasste Brennstoffzellen sowie ein – z. B. je Längsseite ein – Manifold bzw. einen Gasverteiler zum Zuführen und Abführen der Gasströme. Zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem Gasverteiler ist regelmäßig eine Dichtungsvorrichtung angeordnet. Die Dichtungsvorrichtung ist z. B. in Form eines (Dichtungs-)Rahmens gebildet, welcher die Dichtungselemente enthält, z. B. Längsdichtungselemente, welche dem Längsrand des Gasverteilers folgen und Querdichtungselemente. Die Dichtungselemente bestehen typischerweise aus elektrisch nichtleitendem Material, wobei die Dichtungsvorrichtung die Gesamtlast des Zellstapels auf den Gasverteiler überträgt.
Während des Betriebes bewegen sich die in Längsrichtung an stirnseitigen Enden des Zellstapels angeordneten Endplatten sowie die Dichtungen relativ zueinander und z. B. relativ zum Gasverteiler. Hervorgerufen werden diese Bewegungen z. B. durch Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur, i. e. ca. 650°C, durch unterschiedliche Werkstoffpaarungen oder chemische Prozesse. An den Endplatten können dabei Bewegungen in Längsrichtung der Zellstapelachse, in vertikaler Richtung, in Querrichtung der Zellstapelachse sowie Dreh- bzw. aus Einzelbewegungen kombinierte Bewegungen auftreten.
Um bei einer Bewegung der Dichtungsvorrichtung bzw. der Endplatte infolge einer Bewegung des Brennstoffzellenstapels die Trennung der Gasräume (Anodengas und Kathodengas) sicherzustellen und eine Bewegung auszugleichen, wurden bisher z. B. Flachdichtungen und M-Dichtungen zusätzlich zu den Querdichtungen verwendet. Diese decken jedoch die Relativbewegung zwischen den Dichtungspartnern insbesondere stirnseitig an den Endplatten nicht ausreichend ab, so dass bei Relativbewegung in vertikaler Richtung und/oder in Längsrichtung im Bereich der Querdichtung Undichtigkeiten auftreten.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenanordnung vorzuschlagen, welche oben genannte Nachteile überwindet und eine Querabdichtung der beiden Gasräume (Anodengas und Kathodengas) an der Endplatte zuverlässig ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Brennstoffzellenanordnung mit einer Brennstoffzelle sowie einer benachbart dazu angeordneten Endplatte, wobei eine im Querschnitt U-förmige Dichtung derart an der Endplatte angeordnet ist, dass ein erster U-Schenkel der U-Dichtung zwischen Endplatte und benachbarter Brennstoffzelle benachbart zu einer ersten Stirnseite der Endplatte fixiert ist, ein U-Stegelement der U-Dichtung sich von der ersten in Richtung zur zweiten Stirnseite der Endplatte außerhalb der Endplatte benachbart zu dieser erstreckt; und wobei die U-Dichtung an einem dem ersten U-Schenkel gegenüberliegenden Ende des U-Stegelements mittels einer Vorspannvorrichtung mit einer Vorspannkraft in Richtung von der Endplatte zum U-Stegelement dauerhaft beaufschlagt ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Brennstoffzellenanordnung weist die Vorspannvorrichtung ein Vorspannelement auf, welches von einem zweiten U-Schenkel gefangen ist, insbesondere in Verbindung mit der Endplatte und/oder dem U-Stegelement.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Brennstoffzellenanordnung ist der zweite U-Schenkel integral mit der Vorspannvorrichtung gebildet.
Bei noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Brennstoffzellenanordnung ist die Vorspannung mittels der Vorspannvorrichtung variierbar.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung erstreckt sich das U-Stegelement in Richtung von der ersten zur zweiten Stirnseite im Wesentlichen bis zur zweiten Stirnseite oder darüber hinaus.
Gemäß noch einem Aspekt der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung weist die Brennstoffzellenanordnung eine Dichtungsvorrichtung auf, welche benachbart zu der U-Dichtung angeordnet ist, wobei das U-Stegelement zur Abdichtung mit einem Außenende der Dichtungsvorrichtung zusammenwirkt, insbesondere einem Außenende einer Querdichtung der Dichtungsvorrichtung.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß auch eine Brennstoffzellenanordnung, bei welcher die Vorspannvorrichtung ein zylindrisches Vorspannelement aufweist.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Brennstoffzellenanordnung vorgesehen, wobei die Vorspannvorrichtung mittels eines in einer Haltevorrichtung fährbaren Vorspannelements gebildet ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Brennstoffzellenanordnung weist die Haltevorrichtung ein Führungslager mit einer Führungsebene zur Führung des Vorspannelements auf.
Bei noch einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Brennstoffzellenanordnung wirkt die U-Dichtung zur Abdichtung mit einer Dichtrampe der Dichtungsvorrichtung zusammen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 exemplarisch eine Brennstoffzellenanordnung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
2 exemplarisch eine Brennstoffzellenanordnung mit einer entspannten U-Dichtung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
3 exemplarisch eine Brennstoffzellenanordnung gemäß 2 mit vorgespannter U-Dichtung;
4 exemplarisch eine weitere Ansicht der Brennstoffzellenanordnung gemäß 3 mit verändertem Spaltquerschnitt;
5 eine Detailansicht der Brennstoffzellenanordnung gemäß 3;
6 eine weitere Ansicht der Brennstoffzellenanordnung gemäß 3;
7 exemplarisch eine Brennstoffzellenanordnung mit einer Vorspannvorrichtung gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung; und
8 exemplarisch die Brennstoffzellenanordnung von 7 in einer Stirnansicht.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung 1. Die Brennstoffzellenanordnung 1 weist zum Beispiel eine oder mehrere Brennstoffzellen 2 auf, wobei mehrere Brennstoffzellen 2 z. B. auf bekannte Weise zu einem Brennstoffzellenstapel 3 verbunden sind, z. B. verspannt sind. An den Stirnseiten der Brennstoffzelle 2 bzw. eines Stapels 3 ist jeweils eine Endplatte 4 angeordnet, wobei sich ein Gasverteiler (Manifold) 5 z. B. jeweils von einer Endplatte 4 zur gegenüberliegenden Endplatte 4 in Längsrichtung (X-Richtung) erstreckt, um z. B. Gasströme zu- bzw. abzuführen, d. h. z. B. Brenngas, Oxidationsgas und Abgas.
An dem Gasverteiler 5 angeordnet ist eine Dichtungsvorrichtung 6, welche zwischen dem Gasverteiler 5 und dem Brennstoffzellenstapel 3 eine elektrisch nicht leitende Abdichtung ermöglicht. Die Dichtungsvorrichtung 6 weist dazu z. B. keramische Dichtelemente 7 (dielectrics) und/oder weitere Dichtelemente 8 (2) auf (z. B. Dichtfilz), welche den Brennstoffzellenstapel 3 (der im Betrieb eine Gleichspannung liefert), auf Abstand zum Gasverteiler 5 halten (welcher auf Masse liegt) und eine Abdichtung auf bekannte Weise mittels in Rahmenform angeordneten Längs- und Querdichtungselementen ermöglichen. Ein Querdichtungselement bzw. eine Querdichtung 9, welche sich z. B. über die Breite B einer Endplatte 4 in Querrichtung (Z-Richtung) erstreckt, ist z. B. ebenfalls als keramisches bzw. dielektrisches Dichtelement ausgeführt. Z. B. kann die Querdichtung 9 wie vorliegend z. B. als Dichtrampe 10 ausgeführt sein, d. h. mit einer in Längsrichtung von der Brennstoffzelle 2 weg weisenden, geneigten Rampenfläche (2).
Um eine Relativbewegung von Endplatte 4 und Dichtungsvorrichtung 6 in Längsrichtung und/oder vertikaler Richtung (Y-Richtung) auszugleichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, zusätzlich zu der Dichtungsvorrichtung 6 bzw. der Querdichtung 9 eine im Querschnitt U-förmige Dichtung 11 an der Endplatte 4 anzuordnen, welche nachfolgend als U-Dichtung 11 bezeichnet ist und die Querdichtung 9 bei der Abdichtung unterstützt.
Die U-Dichtung 11 weist einen ersten U-Schenkel 12 auf (z. B. 2, 3), welcher zwischen einer ersten Stirnseite 4a der Endplatte 4 und der dazu benachbarten Brennstoffzelle 2 z. B. des Brennstoffzellenstapels 3 angeordnet, insbesondere fixiert ist. Der erste U-Schenkel 12 ist z. B. in vertikaler Richtung in einer Aufnahme zur fluchtenden Anordnung an der Endplatte 4 fixiert, wobei der U-Schenkel 12 die Anordnung der benachbarten Brennstoffzelle 2 nicht beeinträchtigt. 2 zeigt dabei die U-Dichtung 11 im entspannten (nicht vorgespannten) Zustand.
Der erste U-Schenkel 12 kann z. B. zwischen Endplatte 4 und Brennstoffzelle 2 geklemmt oder auf geeignete Weise z. B. kraft-, form- oder stoffschlüssig befestigt sein, insbesondere dauerhaft. Der erste U-Schenkel 12 ist mit einem U-Stegelement 13, insbesondere integral, z. B. mittels seines unteren Endes (proximales Ende), verbunden, z. B. an einem ersten Ende 13a des U-Stegelements 13 gebildet. Der erste U-Schenkel 12 ragt z. B. im Wesentlichen senkrecht von dem U-Stegelement 13 in vertikaler Richtung hervor.
Das U-Stegelement 13 erstreckt sich in Richtung von der ersten 4a zur zweiten Stirnseite 4b der Endplatte 4 (Längsrichtung) außerhalb der Endplatte 4, insbesondere benachbart zur Endplatte 4 (2) und z. B. insbesondere benachbart zu der zur Anlage an einer Dichtungsvorrichtung 6 bzw. Querdichtung 9 vorgesehenen Seite der Endplatte 4 (i. e. eine Stirnseite in vertikaler Richtung), wobei es z. B. eine Längserstreckung aufweist, die im Wesentlichen der der Endplatte 4 zwischen erster 4a und zweiter 4b Stirnseite entspricht.
An der dem (unteren Ende des) ersten U-Schenkel(s) 12 gegenüberliegenden Seite weist das U-Stegelement 13 ein zweites Ende 13b auf. Das zweite Ende 13b weist keine eigene Lagerung bzw. Fixierung, z. B. an der Endplatte 4, auf und ist insofern ein freies Ende. Am zweiten Ende 13b ragt ein zweiter U-Schenkel 14 vom U-Stegelement 13 auf, z. B. im Wesentlichen senkrecht. Der zweite U-Schenkel 14 ist z. B. kürzer als der erste U-Schenkel 12 (in vertikaler Richtung).
Das an der Endplatte 4 angeordnete U-Stegelement 13 überragt im entspannten Zustand die Endplatte 4 an der zweiten Stirnseite 4b in Längsrichtung, z. B. geringfügig, so dass der zweite Schenkel 14 im entspannten Zustand z. B. benachbart zur zweiten Stirnseite 4b aufragt. Dabei ist der zweite U-Schenkel 14 im entspannten Zustand der U-Dichtung 11 zum Beispiel von der zweiten Stirnseite 4b beabstandet und überlappt diese in Längsrichtung. Es ist jedoch auch denkbar, das U-Stegelement 13 mit kürzerer Längserstreckung auszubilden, derart, dass es die Endplatte 4 in Längsrichtung zur zweiten Stirnseite 4b nicht überragt und keine Anordnung im entspannten Zustand an der Endplatte 4 zulässt.
Um eine erfindungsgemäße Abdichtung erzielen zu können, wird die U-Dichtung 11 (wie eine Feder) vorgespannt (3), insbesondere durch elastische Verformung der U-Dichtung 11, welche zu diesem Zweck z. B. aus Federblech oder einem anderen geeigneten federelastischen Material gebildet ist. Die Vorspannung erfolgt z. B. mechanisch durch Krafteinwirkung am zweiten Ende 13b des U-Stegelements 13 in Richtung von der Endplatte 4 hin zu dem U-Stegelement 13, i. e. durch Beaufschlagung mit einer Vorspannkraft. Durch die Vorspannung ist die U-Dichtung 11 nunmehr bestrebt, in die entspannte Ausgangsposition bzw. Ruhelage zurückzukehren und arbeitet einer weiteren Verspannung (verstärkt) entgegen.
Zur dauerhaften Vorspannung ist erfindungsgemäß eine Vorspannvorrichtung 15 vorgesehen. Die Vorspannvorrichtung 15 wird z. B. am zweiten freien Ende 13b des U-Stegelements 13 angeordnet, derart, dass mittels der Vorspannvorrichtung 15 dauerhaft eine Kraft am zweiten Ende 13b des U-Stegelements 13 in Richtung zur Querdichtung 9, i. e. vertikal, auf die U-Dichtung 11 ausgeübt wird. Anders ausgedrückt spreizt die Vorspannvorrichtung 15 das U-Stegelement 13 am zweiten Ende 13b von der Endplatte 4 (gegenüber dem entspannten Zustand der U-Dichtung 11) ab, so dass das zweite Ende 13b der U-Dichtung 11 von der Endplatte 4 in vertikaler Richtung beabstandet ist. Ein maximaler Abstand zwischen Endplatte 4 und U-Stegelement 13 stellt sich infolge der Abspreizung bzw. Vorspannung z. B. am zur zweiten Stirnseite 4b benachbarten Längsende der Endplatte 4 ein.
Die Vorspannvorrichtung 15 kann z. B. integral mit dem zweiten Schenkel 14 gebildet sein, z. B. den zweiten U-Schenkel 14 bilden. Denkbar ist dabei, dass sich der zweite Schenkel 14 mit seinem dem U-Stegelement 13 gegenüber liegenden Ende (distales Ende) in vertikaler Richtung an der Endplatte 4 abstützt. Vorgesehen ist dabei insbesondere auch, die Vorspannvorrichtung 15 wie vorliegend als eigenständige Vorrichtung auszubilden, welche an der U-Dichtung 11 anordenbar ist, und welche zur Ausbildung einer Vorspannung z. B. mit der Endplatte 4 zusammenwirkt.
Als Vorspannvorrichtung 15 wird z. B. ein rohrförmiges bzw. hohlzylindrisches Vorspannelement 15a verwendet, welches z. B. am zweiten Ende 13b in vertikaler Richtung zwischen Endplatte 4 und U-Stegelement 13 angeordnet ist, z. B. mittels des zweiten U-Schenkels 14, der Endplatte 4 sowie dem U-Stegelement 13 gefangen bzw. fixiert ist, z. B. durch Klemmung positionstreu fixiert ist. Denkbar sind jedoch auch andere Querschnitte zur Herstellung und Aufrechterhaltung eines vertikalen Abstands zwischen Endplatte 4 und dem zweiten Ende 13b.
Infolge der Vorspannung erfährt die U-Dichtung 11 eine Biegung, z. B. entlang ihres U-Stegelements 13. Die U-Dichtung 11 wird z. B. nach Anlage (zusammen mit der Endplatte 4) an der Dichtungsvorrichtung 6 vorgespannt, z. B. durch Einbringen des Vorspannelements 15a mittels Werkzeugeingriffs, welchen z. B. ein wie oben erläuterter Überstand des zweiten Endes 13b relativ zur Endplatte 4 an der zweiten Stirnseite 4b in Längsrichtung erleichtert.
Das U-Stegelement 13, welches den ersten 12 und den zweiten 14 U-Schenkel verbindet und eine Erstreckung in Querrichtung aufweist, die insbesondere mit der Breite B der Endplatte 4 korrespondiert, ist zu einer Anordnung an der Dichtungsvorrichtung 6 derart vorgesehen, dass ein Zusammenwirken mit der Dichtungsvorrichtung 6, insbesondere der Querdichtung 9, zum Zwecke der Abdichtung erfolgen kann.
Zur Ausbildung einer Dichtlinie 17a wirkt die U-Dichtung 11 mit einem Außenende 17 der Querdichtung 9 bzw. der Dichtungsvorrichtung 6, welches in Richtung von der Brennstoffzelle 2 zur zweiten Stirnseite 4b sowie in Richtung von der Querdichtung 9 zur Endplatte 4 ein Außenende bildet, zusammen, wobei entlang der Dichtlinie bei einer Relativbewegung von Dichtungsvorrichtung 6 und Endplatte 4 in Längsrichtung und/oder vertikaler Richtung eine zuverlässige Abdichtung über die Breite B der Endplatte 4 möglich ist.
Die Endplatte 4 mit daran angeordneter U-Dichtung 11 wird z. B. an der Dichtungsvorrichtung 6 so angeordnet, dass sich das Außenende 17 der Querdichtung 9 in Längsrichtung vorzugsweise zwischen erstem Ende 13a und zweitem Ende 13b des U-Stegelements 13 befindet, derart, dass das Außenende 17 bzw. die Dichtlinie 17a auch bei maximal zu erwartender Relativbewegung der Endplatte 4 zur Querdichtung 9 innerhalb der Längsabmessung der Endplatte 4, insbesondere der Längsabmessung des gegenüberliegend angeordneten U-Stegelements 13, verbleibt. Bei der vorgesehenen Anordnung verlaufen das U-Stegelement 13 und das Außenende 17 (z. B. im Ruhezustand der Brennstoffzellenanordnung 1) im Wesentlichen parallel zueinander in Querrichtung.
Ferner wird bei der vorgesehenen Anordnung der Endplatte 4 zusammen mit der vorgespannten U-Dichtung 11 an der Querdichtung 9 bzw. Dichtungsvorrichtung 6 das vorgespannte U-Stegelement 13 gegen das z. B. in Form einer Dichtkante oder eines Dichtradius gebildete Außenende 17 der Querdichtung 9 (z. B. der Dichtrampe 10) zur Anlage gedrängt. Das Außenende 17 ist dabei so ausgebildet, dass eine Abdichtung in Verbindung mit dem U-Stegelement 13 möglich ist, d. h. das U-Stegelement 13 z. B. über die gesamte Breite B der Endplatte 4 ununterbrochen kontaktierend zur Anlage gelangen kann, folglich im gesamten abzudichtenden Bereich ein Druck auf das U-Stegelement 13 ausgeübt werden kann. Das Außenende 17 kann dabei z. B. als Kante oder als Halbrund oder mit anderem zur Ausbildung einer Dichtlinie 15a geeigneten Querschnitt gebildet sein.
Vorzugsweise kann ein abgerundetes oder ein stumpfwinkliges Außenende 17 zur Anlage an der U-Dichtung 11 vorgesehen bzw. an der Querdichtung 9 gebildet sein, welches eine im Vergleich zu einer Kante breitere Anlagefläche bei Anschmiegen der U-Dichtung 11 zur Verfügung stellt. In Richtung zur zweiten Stirnseite 4b ist bei der erläuterten Anordnung in Längsrichtung benachbart zu dem Außenende 17 ein freier Raum vorgesehen, in welchen das abgespreizte zweite Ende 13b der vorgespannten U-Dichtung 11 eintauchen kann, wobei der freie Raum z. B. durch die Dichtrampe 10 bildbar ist.
Infolge des Drucks des Außenendes 17 gegen das vorgespannte U-Stegelement 13, welches nunmehr eine weitere Verspannung erfährt und dessen Bestreben, einer solchen weiteren Verspannung entgegen zu wirken, kann eine abzudichtende, sich infolge z. B. einer Bewegung des Brennstoffzellenstapels 3 bildende Spaltöffnung 18 zwischen der Endplatte 4 und der Querdichtung 9 bzw. der Dichtungsvorrichtung 6 verschlossen werden (in Längsrichtung und vertikaler Richtung), so dass entlang der durch das Außenende 17 gebildeten Dichtlinie zuverlässig eine Abdichtung erzielbar ist. Bei einer Bewegung des Außenendes 17 in Längsrichtung und/oder vertikal relativ zu dem U-Stegelement 13 gleicht das U-Stegelement 13 bzw. die U-Dichtung 11 die Bewegung durch Anpassung bzw. korrespondierende Änderung seiner/ihrer Durchbiegung aus, so dass eine Andruckkraft auf das Außenende 17 entlang der Dichtlinie 17a ausgeübt wird, i. e. solange, bis die U-Dichtung 11 die originär mittels der Vorspannvorrichtung 15 erzielte Vorspannstellung wieder einnehmen kann.
Mittels der erfindungsgemäßen, vorgespannten U-Dichtung 11 lassen sich unterschiedliche Spaltquerschnitte eines Spalts 18 abdichten. Um Spaltquerschnitte mit einer großen Erstreckung in vertikaler Richtung abzudichten, ist es z. B. vorgesehen, eine große Vorspannkraft auf das U-Stegelement 13 auszuüben, z. B. durch Wahl eines Vorspannelements großen Durchmessers, welches eine große Auslenkung der U-Dichtung 11 am z. B. zweiten Ende 13b ermöglicht. Einher geht damit ggf. eine höhere Beanspruchung der U-Dichtung 11. Um verschiedene zu erwartende Erstreckungen des Spaltquerschnitts des Spalts 18 in Längsrichtung abdecken zu können, können z. B. unterschiedliche Längen des U-Stegelements 13 notwendig sein, wobei vorzugsweise eine Länge gewählt wird, die z. B. im Wesentlichen der der Längserstreckung der Endplatte 4 entspricht.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, die Vorspannvorrichtung 15 mehrteilig auszubilden, z. B. derart, dass eine eigenständige Haltevorrichtung 19 das Vorspannelement 15a, z. B. beidseitig der Endplatte 4 führt bzw. gegen die U-Dichtung drängt, z. B. mittels je eines Führungslagers 20 der Haltevorrichtung 19. Dazu ist die Haltevorrichtung 19 an der Brennstoffzellenanordnung 1 derart befestigt, dass eine Relativbewegung von Endplatte 4, U-Dichtung 11 und Vorspannelement 15a zur Haltevorrichtung 19 möglich ist, z. B. an einem Gasverteiler 5. Dazu weist die Haltevorrichtung 19 z. B. Halter 21 auf, die jeweils in Z-Richtung benachbart zu der Endplatte 4 am Gasverteiler 5 fixiert werden können. Zur Fixierung sind z. B. Bohrungen 22 in Form von z. B. Langlöchern vorgesehen, mittels derer die Halter 21 jeweils zum Zusammenwirken mit dem Vorspannelement 15a in Längsrichtung und vertikal geeignet eingestellt und mit dem Gasverteiler 5 verschraubt oder anderweitig befestigt werden können.
Das Vorspannelement 15a überragt in diesem Fall z. B. die Endplatte 4 in Querrichtung und kann aufgrund des Überstands seiner Enden 23 mit je einem Ende 23 in je einem Führungslager 20 der Haltevorrichtung 19 bzw. eines Halters 21 gefangen werden, so dass mittels der Haltevorrichtung 19 und der darin gefangenen Enden 23 eine Vorspannkraft auf die U-Dichtung 11 ausgeübt werden kann. Das Vorspannelement 15a ist dabei z. B. im Wesentlichen plattenförmig gebildet und z. B. benachbart zur zweiten Stirnseite 4b angeordnet.
Ein Führungslager 20, welches zur Potentialtrennung zum Beispiel aus einem elektrisch schlecht leitenden Material, z. B. Keramik, besteht, ist zum Beispiel jeweils in einem Halter 21 der Haltevorrichtung 19 angeordnet, und weist zum Beispiel jeweils eine Führungsebene 24 zur beweglichen, z. B. gleitbaren Führung der in der Haltevorrichtung 19 gefangenen Enden 22 des Vorspannelements 15a auf, wobei mittels der Steigung der Führungsebene 24 der Wert und der Verlauf der Vorspannung während der Lebensdauer vorgegeben werden. Es ist folglich vorgesehen, die Führungsebene 24 mit einstellbarer Steigung auszubilden.
Bei einer Bewegung der Endplatte 4 in Längsrichtung und/oder vertikaler Richtung wird das Vorspannelement 15a aufgrund der feststehenden Anordnung des Gasverteilers 5 und des daran befestigten Halters 21 gezwungen, sich relativ dazu entlang der Führungsebene 23 zu bewegen, wobei die Vorspannung vorgegeben wird.

Claims

Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Brennstoffzelle (2) sowie einer benachbart dazu angeordneten Endplatte (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine im Querschnitt U-förmige Dichtung (U-Dichtung) (11) derart an der Endplatte (4) angeordnet ist, dass ein erster U-Schenkel (12) der U-Dichtung (11) zwischen Endplatte (4) und benachbarter Brennstoffzelle (2) benachbart zu einer ersten Stirnseite (4a) der Endplatte (4) fixiert ist, ein U-Stegelement (13) der U-Dichtung (11) sich von der ersten (4a) in Richtung zur zweiten Stirnseite (4b) der Endplatte (4) außerhalb der Endplatte (4) benachbart zu dieser erstreckt, wobei die U-Dichtung (11) an einem dem ersten U-Schenkel (12) gegenüberliegenden Ende (13b) des U-Stegelements (13) mittels einer Vorspannvorrichtung (15) mit einer Vorspannkraft in Richtung von der Endplatte (4) zum U-Stegelement (13) dauerhaft beaufschlagt ist.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannvorrichtung (15) ein Vorspannelement (15a) aufweist, welches von einem zweiten U-Schenkel (14) gefangen ist, insbesondere in Verbindung mit der Endplatte (4) und/oder dem U-Stegelement (13).
Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite U-Schenkel (14) integral mit der Vorspannvorrichtung (15) gebildet ist.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung mittels der Vorspannvorrichtung (15) variierbar ist.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das U-Stegelement (13) in Richtung von der ersten (4a) zur zweiten Stirnseite (4b) im Wesentlichen bis zur zweiten Stirnseite (4b) oder darüber hinaus erstreckt.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenanordnung (1) eine Dichtungsvorrichtung (6) aufweist, welche benachbart zu der U-Dichtung (11) angeordnet ist, wobei das U-Stegelement (13) bei einer Abdichtung mit einem Außenende (17) der Dichtungsvorrichtung (6) zusammenwirkt, insbesondere einem Außenende (17) einer Querdichtung (9) der Dichtungsvorrichtung (6).
Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannvorrichtung (15) ein zylindrisches Vorspannelement (15a) aufweist.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannvorrichtung (15) mittels eines in einer Haltevorrichtung (19) fährbaren Vorspannelements (15) gebildet ist.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (19) ein Führungslager (20) mit einer Führungsebene (24) zur Führung des Vorspannelements (15) aufweist.
Brennstoffzellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Dichtung (11) zur Abdichtung mit einer Dichtrampe (10) der Dichtungsvorrichtung (6) zusammenwirkt.