DE102014205031A1 - Brennstoffzellenvorrichtung mit Spülgaspfad - Google Patents

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DE102014205031A1
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Daniel Grundei
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einer Brennstoffzelle (2), die ein Gehäuse (7) und eine darin angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung (6) mit einer Kathode und einer Anode aufweist, einem Kathodengaspfad (3) zum Transport eines Kathodengases, der sich kathodenseitig durch die Membran-Elektroden-Anordnung (6) erstreckt, und einem Spülgaspfad (5) zum Transport eines das Gehäuse (7) im Betrieb spülenden Spülgases, der sich durch das Gehäuse (7) erstreckt. Es ist vorgesehen, dass ein Abschnitt des Spülgaspfades (5) durch den Kathodengaspfad (3) verläuft. Hierdurch weist die Brennstoffzellenvorrichtung (1) einen kompakten und aus wenigen Teilen bestehenden Aufbau auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle, die ein Gehäuse und eine darin angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung mit einer Kathode und einer Anode aufweist, einen Kathodengaspfad zum Transport eines Kathodengases, der sich kathodenseitig durch die Membran-Elektroden-Anordnung erstreckt, und einen Spülgaspfad zum Transport eines das Gehäuse im Betrieb spülenden Spülgases, der sich durch das Gehäuse erstreckt.
  • Insbesondere wenn die Brennstoffzelle mit einem wasserstoffhaltigen Anodengas betrieben wird, kann es notwendig sein, Wasserstoff aus ausgewählten Bereichen der Brennstoffzellenvorrichtung zu entfernen. Beispielsweise kann es beim Abschalten der Brennstoffzellenvorrichtung notwendig sein, den Wasserstoff aus dem Anodengaspfad zu spülen, um Wasserstoffrückstände zu entfernen. Eine solche Brennstoffzellenvorrichtung ist in der DE 11 2008 000 254 T5 offenbart. Ferner kann es notwendig sein, das die Membran-Elektroden-Anordnung umgebende Gehäuse zu spülen, um aus dem Anodengaspfad ausgetretenen Wasserstoff aus dem Gehäuse entfernen zu können. Eine derartige Brennstoffzellenvorrichtung ist in der US 2007/0231628 A1 offenbart.
  • Um das Spülgas zum Gehäuse hin und vom Gehäuse weg leiten zu können, ist im Stand der Technik bekannt, Leitungen zur Leitung und andere Bauteile, zum Beispiel zum Filtern des Spülgases vorzusehen. Diese zusätzlichen Leitungen oder sonstige zusätzlichen Bauteile des Spülgaspfades verkomplizieren jedoch den Aufbau der Brennstoffzellenvorrichtung und erfordern zusätzlichen Bauraum. Gerade wenn die Brennstoffzellenvorrichtung für den mobilen Einsatz, beispielsweise in einem Automobil vorgesehen ist, ist der Bauraum jedoch begrenzt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist und einen geringen Platzbedarf aufweist, wobei Wasserstoffreste mit geringem Aufwand aus dem Gehäuse entfernt werden können.
  • Für die eingangs genannte Brennstoffzellenvorrichtung ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Abschnitt des Spülgaspfades durch den Kathodengaspfad verläuft.
  • Durch die Verwendung zumindest eines Abschnittes des Kathodengaspfades zur Leitung des Kathodengases und des Spülgases sind weniger Bauteile für separat ausgebildete Abschnitte des Spülgaspfades notwendig, sodass sich der für den Spülgaspfad benötigte Bauraum reduziert. Insbesondere, wenn als Spülgas und als Kathodengas das gleiche Gas, zum Beispiel Luft aus der Umgebung der Brennstoffzellenvorrichtung verwendet wird, kann das Spülgas ohne weiteres durch Abschnitte des Kathodengaspfades geleitet werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
  • So kann der Spülgaspfad abschnittsweise durch einen sich zur Brennstoffzelle hin erstreckenden eingangsseitigen Abschnitt und/oder durch einen sich von der Brennstoffzelle weg erstreckenden ausgangsseitigen Abschnitt des Kathodengaspfades verlaufen. Zumindest abschnittsweise kann der Spülgaspfad an räumliche Bedingungen angepasst in den Kathodengaspfad integriert sein, um den zur Verfügung stehenden Bauraum effizient ausnutzen zu können.
  • Der Spülgaspfad kann einen dem Gehäuse vorgeschalteten eingangsseitigen separaten Abschnitt und/oder einen dem Gehäuse nachgeschalteten ausgangsseitigen separaten Abschnitt aufweisen. Von einem Eingang des Kathodengaspfades bis zu einem Eingang des eingangsseitigen separaten Abschnitts kann sich der Spülgaspfad durch den Kathodengaspfad erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Spülgaspfad von einem Ausgang des ausgangsseitigen separaten Abschnitts bis zu einem Ausgang des Kathodengaspfades durch den Kathodengaspfad erstrecken. Eingänge und/oder Ausgänge des Kathodengaspfades und des Spülgaspfades können also gemeinsam ausgebildet sein, sodass zusätzliche Ein- und/oder Ausgänge für den Spülgaspfad nicht notwendig sind.
  • Der Ausgang des separat ausgebildeten Abschnitts des Spülgaspfades kann in einen eingangsseitigen Abschnitt des Kathodengaspfades münden. Der eingangsseitige Abschnitt des Kathodengaspfades leitet Kathodengas zur Brennstoffzelle und führt beispielsweise vom Eingang des Kathodengaspfades bis zur Membran-Elektroden-Anordnung. Mündet der Ausgang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades in den eingangsseitigen Abschnitt des Kathodengaspfades, so entspricht die Länge des Spülgaspfades der Summe der Länge des separaten Abschnittes des Spülgaspfades und einer Länge zumindest des Abschnittes des Kathodengaspfades, durch den das Spülgas im Betrieb der Brennstoffzelle geleitet wird. Insbesondere in einer Transportrichtung des Spülgases hinter der Brennstoffzelle kann die gesamte Länge des Spülgaspfades also länger sein, als eine ausgangsseitige Länge des Spülgaspfades hinter der Brennstoffzelle, wenn sich dieser nicht zumindest abschnittsweise durch den Kathodengaspfad erstreckt. Aus dem Gehäuse ausgespülter Wasserstoff kann aufgrund der großen ausgangsseitigen Länge des Spülgaspfades und beispielsweise in dem Abschnitt, in dem sich der Spülgaspfad durch den Kathodengaspfad erstreckt, katalytisch umgesetzt werden. Eine separate Einrichtung zur Umsetzung des aus dem Gehäuse ausgespülten Wasserstoffes ist somit nicht notwendig.
  • Vorzugsweise ist der Ausgang des separaten Abschnitts mit einem im Kathodengaspfad angeordneten Verdichter eingangsseitig Gas leitend verbunden. Insbesondere kann der Ausgang an einer dem Verdichter vorgeschalteten Zusammenflussstelle in den Kathodengaspfad münden. Zum Beispiel ist der Ausgang zwischen dem, dem Verdichter vorgeschalteten Kathodengasfilter und dem Verdichter angeordnet und vorzugsweise Spülgas leitend mit dem Kathodengaspfad verbunden. Ist der Ausgang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades Spülgas leitend mit einem Eingang eines im Kathodengaspfad angeordneten Verdichters verbunden, kann im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung im Kathodengaspfad am Eingang des Verdichters ein Gasdruck geringer sein als ein Druck am Eingang der Spülgasleitung und beispielsweise als der Umgebungsdruck der Brennstoffzellenvorrichtung. Ein derartiger Druckunterscheid kann ausreichen, um das zum Beispiel aus der Umgebung kommende Spülgas durch den Spülgaspfad und insbesondere durch das Gehäuse zu befördern, sodass kein das Spülgas im Betrieb durch den Spülgaspfad bewegendes Gebläse notwendig ist. Hierdurch ist der für die Brennstoffzellenvorrichtung benötigte Bauraum wiederum reduziert. Außerdem wird hierdurch die für den Betrieb des Gebläses benötigte Energie gespart.
  • Soll das Gehäuse jedoch auch mit Spülgas gespült werden, wenn der Verdichter nicht im Betrieb oder der Druckunterschied zu gering ist, so kann das Gebläse zum Transport des Spülgases vorgesehen sein. Die Brennstoffzellenvorrichtung kann das Gehäuse dabei unabhängig von der Position des Eingangs und/oder des Ausgangs des separaten Abschnitts aufweisen, wobei das Gebläse vorzugsweise zwischen dem Eingang und dem Ausgang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades geschaltet ist. Beispielsweise ist das Gebläse zwischen dem Eingang des Spülgaspfades und dem Gehäuse der Brennstoffzelle angeordnet, um das Spülgas mit einem im Vergleich zum Umgebungsdruck erhöhten Druck zum Gehäuse zu transportieren.
  • Alternativ kann der Ausgang des Spülgaspfades und insbesondere der Ausgang des ausgangsseitigen separaten Abschnittes des Spülgaspfades getrennt vom Kathodengaspfad ausgeformt sein, wodurch die Anordnung des Ausgangs besser an den zur Verfügung stehenden Bauraum anpassbar ist und eine zum Kathodengaspfad führende Leitung für das Spülgas nicht notwendig ist. Insbesondere ist eine womöglich viel Bauraum und eine lange Wegstrecke benötigende Verbindung eines entlang einer Spülgastransportrichtung des Spülgaspfades hinter der Brennstoffzelle liegenden Abschnittes des Spülgaspfades, der zum Kathodengaspfad führt, nicht notwendig. Dadurch ist der für den Spülgaspfad benötigte Bauraum wiederum reduziert. Ferner kann es notwendig sein, das durch die Brennstoffzelle hindurchgetretene Kathodengas aufzubereiten und beispielsweise dessen Wassergehalt zu regulieren. Elemente zur Aufbereitung des Kathodengases können kleiner ausgebildet sein als Elemente, die zur Aufbereitung des Kathodengases und zusätzlich durch den Kathodengaspfad strömenden Spülgases ausgebildet sind.
  • Der Spülgaspfad und insbesondere der separat vom Kathodengaspfad ausgebildete Abschnitt können einen getrennt vom Kathodengaspfad ausgeformten Eingang aufweisen. Mit einem unabhängig vom Kathodengaspfad ausgebildeten Eingang des Spülgaspfades ist es möglich, das Spülgas unabhängig vom Kathodengas in den Spülgaspfad einzuleiten. Beispielsweise kann das Spülgas direkt aus der Umgebungsluft entnommen und durch einen Spülgasfilter in den Spülgaspfad geleitet werden. Eine weitere Aufbereitung des Spülgases ist dabei möglicherweise nicht nötig, wohingegen es notwendig sein kann, das Kathodengas aufzubereiten und insbesondere dessen Wassergehalt oder dessen Temperatur zu regulieren. Elemente der Brennstoffzellenvorrichtung zur Aufbereitung des Kathodengases können also so dimensioniert sein, dass sie ausschließlich das Kathodengas und nicht zusätzlich auch das Spülgas aufbereiten. Folglich können diese Aufbereitungselemente im Vergleich zu dem Fall, dass sowohl das Spülgas als auch das Kathodengas aufbereitet werden müssen, kleiner dimensioniert sein, wenn lediglich das Kathodengas aufbereitet werden soll.
  • Vorzugsweise kontaktiert der Eingang des separaten Abschnittes des Spülgaspfades den Kathodengaspfad jedoch Gas leitend. Zum Beispiel in einer Transportrichtung des Kathodengaspfades hinter dem Eingang des Kathodengaspfades und beispielsweise hinter einem Eingang eines Kathodengasfilters ist der Eingang Gas leitend an den Kathodengaspfad angeschlossen. Somit kann der Kathodengasfilter sowohl das Kathodengas als auch das Spülgas filtern. Ein separater Filter für das Spülgas ist daher nicht notwendig.
  • Insbesondere können der Eingang und der Ausgang des separaten Abschnitts beabstandet zueinander den Kathodengaspfad Gas leitend kontaktieren, wodurch separate Ein- und Ausgänge sowie Spülgasfilter für das Spülgas unnötig werden. Ein durchgängiger Abschnitt des Kathodengaspfades verbindet vorzugsweise den Eingang und den Ausgang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades direkt Gas leitend miteinander.
  • Vorzugsweise ist der durchgängige Abschnitt ausgebildet, um im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung eine das Spülgas fördernde Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu erzeugen. Insbesondere wenn der Eingang des Spülgaspfades in der Strömungsrichtung des Kathodengaspfades beabstandet und vor dem Ausgang des Spülgaspfades angeordnet ist, kann über den durchgängigen Leitungsabschnitt des Kathodengaspfades ein Druckunterschied von beispielsweise 100 Millibar abfallen. Der Druckunterschied entsteht durch einen Strömungswiderstand des durchgängigen Abschnittes, wenn Gas durch diesen strömt. Beispielsweise ist der durchgängige Abschnitt eine Leitung mit einer inneren Leitungsquerschnittsfläche von 20 mm2 bis 100 mm2 und vorzugsweise 60 mm2 und mit einem geraden oder zumindest einen Bogen aufweisenden Verlauf. Dabei kann der Eingang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades an oder in Strömungsrichtung hinter dem Gasfilter für das Kathodengas angeordnet sein.
  • Der durchgängige Abschnitt verbindet beispielsweise den Eingang des Kathodengaspfades oder den Kathodengasfilter mit dem Eingang des dem Kathodengasfilter entlang des Kathodengaspfades nachgeschalteten Verdichters Kathodengas leitend. Durch den Eingang des Kathodengasfilters können also das Kathodengas und das Spülgas strömen. Am Eingang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades wird das Spülgas von dem durch den Eingang des Kathodengasfilters geströmten Gas getrennt und durch die Brennstoffzelle geleitet. Am Ausgang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades tritt das Spülgas wieder in den Kathodengaspfad ein und kann von dort mit dem Kathodengas durch den Verdichter und kathodenseitig durch die Brennstoffzelle geleitet werden. Das aus der Brennstoffzelle austretende Kathodengas, das das Spülgas umfassen kann, kann ohne Weiteres und nach einer gegebenenfalls durchgeführten Aufbereitung aus der Brennstoffzellenvorrichtung abgelassen werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung,
  • 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, und
  • 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung.
  • Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
  • Zunächst sind Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben.
  • 1 zeigt die Brennstoffzellenvorrichtung 1 schematisch mit einer Brennstoffzelle 2, einem Kathodengaspfad 3, einem Abschnitt eines Anodengaspfades 4 und einem Spülgaspfad 5. Transportrichtungen von Gas durch den Kathodengaspfad 3, den Anodengaspfad 4 und den Spülgaspfad 5 sind durch Pfeile dargestellt.
  • Die Brennstoffzelle 2 ist mit einer Membran-Elektroden-Anordnung 6 und einem Gehäuse 7 ausgebildet, wobei die Membran-Elektroden-Anordnung 6 im Gehäuse 7 angeordnet ist.
  • Der Kathodengaspfad 3 weist einen Eingang 8 auf, der beispielsweise als ein Eingang eines Kathodengasfilters 9 ausgebildet sein kann. Entlang des Kathodengaspfades 3 ist dem Eingang 8 vorzugsweise ein Verdichter 10 nachgeschaltet, mithilfe dessen das Kathodengas durch den Kathodengaspfad 3 transportiert werden kann. Dem Verdichter 10 können entlang des Kathodengaspfades 3 weitere Elemente zur Aufbereitung des Kathodengases nachgeschaltet sein. Diese Elemente zur Aufbereitung des Kathodengases sind entlang des Kathodengaspfades 3 beispielsweise zwischen dem Verdichter 10 und der Brennstoffzelle 2 angeordnet. Zum Beispiel kann der Kathodengaspfad 3 einen Wärmetauscher 11 zum Temperieren des Kathodengases aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Kathodengaspfad 3 einen Feuchtigkeitsregulator 12 aufweisen, mit dem der Wassergehalt des Kathodengases änderbar ist. Der Wärmetauscher 11 und/oder der Feuchtigkeitsregulator 12 können durch Bypässe überbrückbar sein. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist lediglich der Feuchtigkeitsregulator 12 mithilfe eines Bypasses des Kathodengaspfades 3 überbrückbar dargestellt.
  • Zwischen dem Eingang 8 und der Brennstoffzelle 2 erstreckt sich ein eingangsseitiger Abschnitt 13 des Kathodengaspfades 3.
  • Der Kathodengaspfad 3 erstreckt sich kathodenseitig durch die Membran-Elektroden-Anordnung 6 und transportiert das Kathodengas zur Kathode der Membran-Elektroden-Anordnung 6. In der Transportrichtung des Kathodengaspfades 3 hinter der Brennstoffzelle 2 erstreckt sich ein ausgangsseitiger Abschnitt 14 des Kathodengaspfades 3. Der ausgangsseitige Abschnitt 14 mündet in einen Ausgang 15 des Kathodengaspfades 3 und kann sich durch einen weiteren Feuchtigkeitsregulator oder sogar durch den bereits vorhandenen Feuchtigkeitsregulator 12 erstrecken.
  • Ein Eingang 16 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5 ist im Ausführungsbeispiel der 1 getrennt und beabstandet vom Eingang 8 des Kathodengaspfades 3 ausgebildet dargestellt. Der Eingang 16 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5 ist zum Beispiel als ein Eingang eines Spülgasfilters 17 ausgestaltet.
  • In der Transportrichtung des Spülgaspfades 5 hinter dem Eingang 16 ist ein optionales Gebläse 18 zum Transport des Spülgases durch den Spülgaspfad 5 vorgesehen. Das Gebläse 18 kann insbesondere entlang des Spülgaspfades 5 zwischen dessen Eingang 16 und dem Gehäuse 7 der Brennstoffzelle 2 angeordnet sein.
  • Der Spülgaspfad 5 erstreckt sich durch die Brennstoffzelle 2 und insbesondere entlang der Membran-Elektroden-Anordnung 6 durch das Gehäuse 7. Ein die Membran-Elektroden-Anordnung 6 umgebendes Volumen innerhalb des Gehäuses 7 kann mithilfe des Spülgases ausgespült werden. Zwischen dem Eingang 16 und der Brennstoffzelle 2 erstreckt sich ein eingangsseitiger Abschnitt 19 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5.
  • In der Transportrichtung des Spülgaspfades 5 hinter der Brennstoffzelle 2 erstreckt sich ein ausgangsseitiger Abschnitt 20 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5. Der separate Abschnitt des Spülgaspfades 5 und insbesondere dessen ausgangsseitiger Abschnitt 20 erstreckt sich von der Brennstoffzelle 2 bis zum Kathodengaspfad 3, in dessen eingangsseitigen Abschnitt 13 der separate Abschnitt des Spülgaspfades 5 mündet. Der Spülgaspfad 5 des Ausführungsbeispiels der 1 weist also separat vom Kathodengaspfad 3 ausgebildete Abschnitte, nämlich den eingangsseitigen Abschnitt 19 und den ausgangsseitigen Abschnitt 20 auf. An einem der Brennstoffzelle 2 nachgeschalteten Ausgang 21 des separat ausgebildeten Abschnitts des Spülgaspfades 5 vermengt sich das Spülgas mit dem Kathodengas.
  • Der Ausgang 21 ist im Ausführungsbeispiel der 1 zwischen dem Eingang 8 des Kathodengaspfades 3 und der Brennstoffzelle 2 und insbesondere vor dem Verdichter 10 geschaltet. Vor dem Verdichter 10 herrscht im Kathodengaspfad 3 ein geringerer Gasdruck, als in der Umgebung der Brennstoffzellenvorrichtung 1 und als im eingangsseitigen Abschnitt 19 des Spülgaspfades 5. Diese Druckdifferenz kann ausreichen, um genügend Spülgas durch die Brennstoffzelle 2 zu transportieren. Sollte der Druck nicht ausreichen oder auch bei einem Stillstand des Verdichters 10 die Brennstoffzelle 2 gespült werden können, kann das optionale Gebläse 18 vorgesehen sein.
  • Hinter dem Ausgang 21 des separat ausgebildeten Abschnitts des Spülgaspfades 5 erstreckt sich der Spülgaspfad 5 durch den Kathodengaspfad 3, sodass das Spülgas durch den eingangsseitigen Abschnitt 13 des Kathodengaspfades 3 durch die Brennstoffzelle 2 und durch den ausgangsseitigen Abschnitt 14 des Kathodengaspfades 3 strömt. Der Ausgang 15 des Kathodengaspfades 3 und ein Ausgang 23 des Spülgaspfades 5 bilden im Ausführungsbeispiel der 1 einen gemeinsamen Ausgang, durch den das durch den Eingang 8 des Kathodengaspfades 3 und den Eingang 16 des Spülgaspfades 5 eingetretene Gas im Betrieb austritt.
  • Der Abschnitt des Kathodengaspfades 3 zwischen dem Ausgang 21 und dem Ausgang 15 kann eine das Spülgas und das Kathodengas leitende Sammelleitung sein.
  • 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
  • Der Eingang 16 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5 ist im Ausführungsbeispiel der 2 nicht separat vorgesehen. Vielmehr ist der Eingang 16 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5 im Ausführungsbeispiel der 2 dem Eingang 8 des Kathodengaspfades 3 nachgeschaltet und beispielsweise zwischen dem Eingang 8 und dem Verdichter 10 angeordnet. Der eingangsseitige Abschnitt 19 mit dem optionalen Gebläse 18 erstreckt sich zwischen dem Eingang 16 und der Brennstoffzelle 2. Beispielsweise kann der Eingang 16 an einen Ausgang des Kathodengasfilters 9 angeschlossen sein. Alternativ und wie mit der gestrichelten Linie dargestellt kann der Eingang 16 auch von einem dem Kathodengasfilter 9 nachgeschalten und von diesem weg führenden durchgängigen Abschnitt 24 des Kathodengaspfades 3, zum Beispiel ein Schlauch oder ein Rohr, abzweigen.
  • Nach dem Durchströmen der Brennstoffzelle 2 kann der ausgangsseitige Abschnitt 20 so ausgebildet sein, dass er nicht mehr in den Kathodengaspfad 3 mündet. Beispielsweise kann der Ausgang 23 des Spülgaspfades 5 in die Umgebung der Brennstoffzellenvorrichtung 1 münden.
  • Die das Spülgas und das Kathodengas im Betrieb führende Sammelleitung des Ausführungsbeispiels der 2 erstreckt sich vom Eingang 8 bis zum Eingang 16.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1 schematisch. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele entsprechend, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist lediglich auf die Unterschiede zu den bisherigen Ausführungsbeispielen eingegangen.
  • Der eingangsseitige Abschnitt 19 des Spülgaspfades 5 entspricht dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dem eingangsseitigen Abschnitt 19 des Ausführungsbeispiels der 2. Der ausgangseitige Abschnitt 20 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5 des Ausführungsbeispiels der 3 entspricht jedoch dem ausgangsseitigen Abschnitt 20 des Spülgaspfades 5 des Ausführungsbeispiels der 1. Der durchgängige Abschnitt 24 verbindet den Eingang 16 des separaten Abschnitts des Spülgaspfades 5 mit dessen Ausgang 21 Gas leitend. In der Transportrichtung des Kathodengaspfades 3 ist der Eingang 16 vor dem Ausgang 21 angeordnet. Beispielsweise umfasst der durchgängige Abschnitt 24 den Kathodengasfilter 9. Alternativ kann der durchgängige Abschnitt 24 auch lediglich aus einer Kathodengasleitung, etwa ein Rohr oder ein Schlauch, bestehen.
  • Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels der 3 weist zwei Sammelleitungen auf, nämlich die Sammelleitungen der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzellenvorrichtung
    2
    Brennstoffzelle
    3
    Kathodengaspfad
    4
    Anodengaspfad
    5
    Spülgaspfad
    6
    Membran-Elektroden-Anordnung
    7
    Gehäuse
    8
    Eingang des Kathodengaspfades
    9
    Kathodengasfilter
    10
    Verdichter
    11
    Wärmetauscher
    12
    Feuchtigkeitsregulator
    13
    eingangsseitiger Abschnitt des Kathodengaspfades
    14
    ausgangsseitiger Abschnitt des Kathodengaspfades
    15
    Ausgang des Kathodengaspfades
    16
    Eingang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades
    17
    Spülgasfilter
    18
    Gebläse
    19
    eingangsseitiger Abschnitt des separaten Abschnitts des Spülgaspfades
    20
    ausgangsseitiger Abschnitt des separaten Abschnitts des Spülgaspfades
    21
    Ausgang des separat ausgebildeten Abschnitts des Spülgaspfades
    23
    Ausgang des separaten Abschnitts des Spülgaspfades
    24
    durchgängiger Abschnitt des Kathodengaspfades
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112008000254 T5 [0002]
    • US 2007/0231628 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einer Brennstoffzelle (2), die ein Gehäuse (7) und eine darin angeordnete Membran-Elektroden-Anordnung (6) mit einer Kathode und einer Anode aufweist, einem Kathodengaspfad (3) zum Transport eines Kathodengases, der sich kathodenseitig durch die Membran-Elektroden-Anordnung (6) erstreckt, und einem Spülgaspfad (5) zum Transport eines das Gehäuse (7) im Betrieb spülenden Spülgases, der sich durch das Gehäuse (7) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Spülgaspfades (5) durch den Kathodengaspfad (3) verläuft.
  2. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgaspfad (5) abschnittsweise durch einen sich zur Brennstoffzelle (2) hin erstreckenden eingangsseitigen Abschnitt (13) und/oder durch einen sich von der Brennstoffzelle (2) weg erstreckenden ausgangsseitigen Abschnitt (14) des Kathodengaspfades (3) verläuft.
  3. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgaspfad (5) einen dem Gehäuse (7) vorgeschalteten eingangsseitigen separaten Abschnitt (19) und einen dem Gehäuse (7) nachgeschalteten ausgangsseitigen separaten Abschnitt (20) aufweist, und sich der Spülgaspfad (5) von einem Eingang (8) des Kathodengaspfades (3) bis zu einem Eingang (16) des eingangsseitigen separaten Abschnitts (19) und/oder von einem Ausgang (21) des ausgangsseitigen separaten Abschnitts (20) bis zu einem Ausgang (15) des Kathodengaspfades (3) durch den Kathodengaspfad (3) erstreckt.
  4. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (21) des separaten Abschnitts (19, 20) in einen eingangsseitigen Abschnitt (13) des Kathodengaspfades (3) mündet.
  5. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (21) des separaten Abschnitts (19, 20) mit einem im Kathodengaspfad (3) angeordneten Verdichter (10) eingangsseitig Gas leitend verbunden ist.
  6. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (16) des separaten Abschnitts (19, 20) in einer Transportrichtung des Kathodengaspfades (3) hinter einem Eingang (8) eines Kathodengasfilters (9) den Kathodenpfad (3) Gas leitend kontaktiert.
  7. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (16) und der Ausgang (21) beabstandet zueinander den Kathodengaspfad (3) Gas leitend kontaktieren.
  8. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein durchgängiger Abschnitt (24) des Kathodengaspfades (3) den Eingang (16) und den Ausgang (21) Gas leitend miteinander verbindet.
  9. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durchgängige Abschnitt (24) ausgebildet ist, im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (1) eine das Spülgas fördernde Druckdifferenz zwischen dem Eingang (16) und dem Ausgang (21) zu erzeugen.
  10. Brennstoffzellenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet, durch ein Gebläse (18) zum Transport des Spülgases.
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