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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseelement für ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels, ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels sowie eine Brennstoffzellenvorrichtung.
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Es sind Gehäuse zum Aufnehmen von Brennstoffzellenstapeln bekannt, welche einen mechanischen Schutz der Brennstoffzellenstapel bereitstellen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuseelement für ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels vorzuschlagen, welches einen einfachen Aufbau aufweist und einen optimierten Brennstoffzellenbetrieb ermöglicht. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels vorzuschlagen, welches einen Schutz für den Brennstoffzellenstapel bereitstellt sowie einen optimierten Brennstoffzellenbetrieb ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Brennstoffzellenvorrichtung vorzuschlagen, durch die ein effizienter Brennstoffzellenbetrieb erreicht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuseelement für ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels, aufweisend wenigstens eine Gehäusewandung, um einen brennstoffzellenstapelseitigen Innenraum des Gehäuses zumindest bereichsweise zu begrenzen, gelöst, wobei die wenigstens eine Gehäusewandung eine Temperiereinrichtung aufweist.
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Das wenigstens eine Gehäuseelement bildet vorzugsweise eine Komponente für das Gehäuse zum Aufnehmen des Brennstoffzellenstapels.
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Die wenigstens eine Gehäusewandung des Gehäuseelements kann die Geometrie eines ebenen, gebogenen oder andersartig ausgestalteten Wandungselements aufweisen.
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Ebenso kann das Gehäuseelement durch zwei oder mehr zusammengesetzte, beispielsweise integral ausgebildete, Gehäusewandungen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise kann das wenigstens eine Gehäuseelement einen Gehäusemantel für das Gehäuse bilden.
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Die wenigstens eine Gehäusewandung kann durch einen extrudierten, stanggepressten oder gegossenen Profilkörper oder durch ein Spritzgussprofil oder ein Formkörper ausgebildet sein.
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Die wenigstens eine Gehäusewandung kann zumindest teilweise aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise aus einem Leichtmetall, aus einem Kunststoffmaterial, oder aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet sein.
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Die wenigstens eine Gehäusewandung kann eine Isolierschicht aufweisen. Die Isolierschicht kann eine Schicht der Gehäusewandung bilden, die nahe einer Außenwand des Gehäuseelements vorgesehen ist oder die die Außenwand der Gehäusewandung bildet.
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An einer Innenwand der wenigstens einen Gehäusewandung können eine oder mehrere Halteelemente vorgesehen sein, durch welche der Brennstoffzellenstapel im Innenraum des Gehäuses fixiert werden kann.
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Das eine oder die mehreren Halteelemente können integral mit der wenigstens einen Gehäusewandung ausgebildet sein.
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Durch die Temperiereinrichtung kann insbesondere eine Temperierung des durch die wenigstens eine Gehäusewandung zumindest bereichsweise begrenzbaren Innenraum des Gehäuses vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine Temperierung des in dem Innenraum aufnehmbaren Brennstoffzellenstapels ermöglicht sein, um beispielsweise den Brennstoffzellenstapel für ein verbessertes Startverhalten vorzuwärmen oder diesen während des Betriebs zu kühlen.
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Die Temperiereinrichtung ist bevorzugt in der Weise ausgebildet, dass eine flächige Erwärmung oder Kühlung der wenigstens einen Gehäusewandung vorgesehen ist.
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Durch die Temperiereinrichtung kann sowohl eine fluidische Temperierung als auch eine elektrische Temperierung der wenigstens einen Gehäusewandung vorgesehen sein.
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Eine Weiterbildung des Gehäuseelements kann vorsehen, dass die Temperiereinrichtung integral mit der wenigstens einen Gehäusewandung ausgebildet ist.
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Bevorzugt kann die Temperiereinrichtung in der wenigstens einen Gehäusewandung, d.h. innerhalb der Gehäusewandung, vorgesehen sein und/oder an der wenigstens einen Gehäusewandung, d.h. an einer zum Innenraum weisenden Innenwand des Gehäuseelements, vorgesehen sein.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Gehäuseelements kann vorsehen, dass die Temperiereinrichtung wenigstens einen Temperierkanal aufweist, der sich zumindest bereichsweise in der wenigstens einen Gehäusewandung und/oder an der wenigstens einen Gehäusewandung erstreckt.
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Insbesondere ist der wenigstens eine Temperierkanal integral mit der Gehäusewandung ausgebildet.
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Der wenigstens eine Temperierkanal kann einen beliebigen Strömungsquerschnitt aufweisen, beispielsweise einen rechteckigen Strömungsquerschnitt oder einen runden Strömungsquerschnitt.
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Bevorzugt kann sich der wenigstens eine Temperierkanal mänderförmig in und/oder an der Gehäusewandung erstrecken.
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Ebenso können sich mehrere Temperierkanäle benachbart zueinander in und/oder an der Gehäusewandung erstrecken.
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Die mehreren Temperierkanäle können einen gemeinsamen Einlassbereich und/oder einen gemeinsamen Auslassbereich aufweisen.
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In einer Weiterbildung des Gehäuseelements kann der wenigstens eine Temperierkanal mit einem Temperiermedium durchströmbar sein und einen Temperiermediumeinlass mit einem Temperiermediumauslass verbinden.
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Das Temperiermedium ist bevorzugt ein Fluid, dass durch eine Wärmequelle oder eine Wärmesenke erwärmt oder gekühlt werden kann und zur Temperierung der Gehäusewandung durch den wenigstens einen Temperierkanal geleitet wird.
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Die Temperiereinrichtung kann eine Pumpe umfassen, welche das Temperiermedium in dem wenigstens einen Temperierkanal zirkuliert.
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Besonders bevorzugt kann es sich bei dem Temperiermedium um ein Kühlmedium des Brennstoffzellenstapels handeln.
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Insbesondere kann die Temperiereinrichtung mit einem Kühlmediumkreislauf des Brennstoffzellenstapels koppelbar sein und ein Kühlmedium des Brennstoffzellenstapels kann durch den wenigstens einen Temperierkanal geleitet werden.
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In einer Ausgestaltung des Gehäuseelements kann die Temperiereinrichtung mehrere Temperierkanäle aufweisen, die zumindest zwei Temperierkreisläufe bilden, wobei die zumindest zwei Temperierkreisläufe durch eine Ventileinrichtung fluidisch miteinander gekoppelt sind oder fluidisch voneinander entkoppelt sind.
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Die zumindest zwei Temperierkreisläufe können jeweils einen Temperiermediumeinlass und einen Temperiermediumauslass zum Zuführen und Abführen des Temperiermediums aufweisen.
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Den zumindest zwei Temperierkreisläufen können verschiedene Temperiermedien zugeführt werden, d.h. Temperiermedien verschiedener Art, verschiedener Temperatur, verschiedenen Drucks und/oder dergleichen.
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Sind die zumindest zwei Temperierkreisläufe durch eine Ventileinrichtung fluidisch miteinander gekoppelt, werden die Temperierkreisläufe bevorzugt mit demselben Temperiermedium durchströmt.
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Vorzugsweise können die zumindest zwei Temperierkreisläufe durch ein Thermostatventil fluidisch miteinander gekoppelt sein. Dadurch kann eine thermische Regelung der zumindest zwei Temperierkreisläufe vorgesehen sein. Auf diese Weise kann insbesondere ein Temperaturniveau und/oder eine Temperaturverteilung in den Temperierkreisläufen geregelt werden.
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Sind die zumindest zwei Temperierkreisläufe fluidisch voneinander entkoppelt vorgesehen, können diese mit demselben Temperiermedium oder mit unterschiedlichen Temperiermedien durchströmt werden.
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Die zumindest zwei Temperierkreisläufe können bevorzugt im Gegenstrombetrieb von dem Temperiermedium oder von den Temperiermedien durchströmt werden. Durch den Gegenstrombetrieb kann eine homogene Temperaturverteilung in der Gehäusewandung erreicht werden.
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Alternativ können die zumindest zwei Temperierkreisläufe ebenso im Gleichstrombetrieb von dem Temperiermedium oder von den Temperiermedien durchströmt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung des Gehäuseelements kann vorsehen, dass die Temperiereinrichtung eine Wärmeleitungseinrichtung aufweist, die eine oder mehrere an der wenigstens einen Gehäusewandung vorgesehene Wärmeleitungselemente umfasst.
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Vorzugsweise sind die Wärmeleitungselemente an der Außenwand der Gehäusewandung vorgesehen. Dadurch kann eine verbesserte Wärmeableitung an eine Umgebung erreicht sein.
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Bevorzugt sind die Wärmeleitungselemente aus demselben Werkstoff ausgebildet wie die Gehäusewandung.
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Vorzugsweise sind die Wärmeleitungselemente aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise einem Leichtmetall, ausgebildet.
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Die Wärmeleitungselement sind bevorzugt integral mit der Gehäusewandung ausgebildet.
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Ebenso können die Wärmeleitungselemente an die Gehäusewandung angeschweißt, angelötet, angeformt, angeklebt oder dergleichen sein.
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Insbesondere können die Wärmeleitungselemente durch eine oder mehrere Kühlrippen ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Gehäuseelements kann zudem vorgesehen sein, dass durch die Gehäusewandung zumindest ein temperierbarer Sekundärkanal ausgebildet ist, durch den ein Brennstoffzellenmedium hindurchleitbar ist.
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Bei dem Brennstoffzellenmedium kann es sich beispielsweise um Kathodenluft oder Luft zur Gehäusebelüftung handeln.
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Ebenso kann es sich bei dem durch den zumindest einen temperierbaren Sekundärkanal hindurchleitbaren Brennstoffzellenmedium um ein Kühlmedium für den Brennstoffzellenstapel oder dergleichen handeln.
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Vorzugsweise ist der zumindest eine Sekundärkanal integral durch die Gehäusewandung ausgebildet.
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Insbesondere weist die den Sekundärkanal begrenzende Gehäusewandung die Temperiereinrichtung auf, durch welche der Sekundärkanal temperierbar ist.
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Innerhalb des zumindest einen Sekundärkanals kann vorteilhaft eine Wärmeübertragungsstruktur vorgesehen sein. Durch diese Wärmeübertragungsstruktur kann eine Erwärmung oder Kühlung des durch den Sekundärkanal hindurchleitbaren Brennstoffzellenmediums alternativ oder ergänzend ermöglicht sein.
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Die Wärmeübertragungsstruktur kann beispielsweise integral mit der Gehäusewandung ausgebildet sein und sich beispielsweise als Lamellen, Platten, Stäbe oder Rohre innerhalb des Sekundärkanals erstrecken.
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Alternativ kann die Wärmeübertragungsstruktur als ein Plattenwärmeübertrager, Rohrbündelwärmeübertrager oder dergleichen ausgebildet sein.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels, aufweisend wenigstens ein umfangsseitiges Gehäuseelement und wenigstens zwei stirnseitige Gehäuseelemente, insbesondere einen stirnseitigen Gehäusedeckel und einen stirnseitigen Gehäuseboden, die gemeinsam einen Innenraum für den Brennstoffzellenstapel bilden, gelöst, wobei wenigstens eines der Gehäuseelemente gemäß eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
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Bei diesem Gehäuse kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung des wenigstens einen Gehäuseelements mit einem Kühlmediumkreislauf des im Innenraum des Gehäuses aufnehmbaren Brennstoffzellenstapels fluidisch koppelbar ist.
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Das Temperiermedium, insbesondere ein Kühlmedium des Brennstoffzellenstapels, kann durch den wenigstens einen Temperierkanal der Temperiereinrichtung hindurchleitbar sein und dadurch der Innenraum des Gehäuses temperierbar sein.
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Durch die Temperiereinrichtung kann sowohl eine Erwärmung des Innenraums des Gehäuses vorgesehen sein, beispielsweise indem ein erwärmtes Temperiermedium durch den wenigstens einen Temperierkanal hindurchgeleitet wird, oder eine Kühlung des Innenraums, beispielsweise indem ein kaltes Temperiermedium durch den wenigstens einen Temperierkanal hindurchgeleitet wird.
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Zudem kann bei dem Gehäuse vorgesehen sein, dass Wärme des Temperiermediums an eine äußere Umgebung abgeleitet wird, z.B. über das eine oder die mehreren Wärmeleitungselemente an der Außenwand der Gehäusewandung.
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Des Weiteren wird die Aufgabe durch eine Brennstoffzellenvorrichtung umfassend einen Brennstoffzellenstapel, der in einem Innenraum eines Gehäuses angeordnet ist, gelöst, wobei das Gehäuse gemäß eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist und ein Kühlmediumkreislauf des Brennstoffzellenstapels mit der Temperiereinrichtung des wenigstens einen Gehäuseelements fluidisch gekoppelt ist.
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Vorzugsweise kann ein Kühlmedium des Brennstoffzellenstapels durch den wenigstens einen Temperierkanal der Temperiereinrichtung hindurchleitbar sein, wodurch der Innenraum des Gehäuses temperierbar, d.h. kühlbar oder erwärmbar, ist.
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Umfasst die Temperiereinrichtung mehrere Temperierkanäle, die zumindest zwei Temperierkreisläufe bilden, können verschiedene Temperiermedien und/oder Brennstoffzellenmedien durch die jeweiligen Temperierkreisläufen geleitet werden.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Brennstoffzellenvorrichtung.
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Diese Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 102 und einen in einem Innenraum 104 des Gehäuses 102 aufgenommenen Brennstoffzellenstapel 106.
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Das Gehäuse 102 ist durch wenigstens ein Gehäuseelement 108 gebildet, welches den Innenraum 104 des Gehäuses 102 zumindest bereichsweise begrenzt.
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Bevorzugt ist das Gehäuseelement 108 ein Gehäusemantel des Gehäuses 102 und bildet eine umfangsseitige Begrenzung des Innenraums 104 des Gehäuses 102.
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Ergänzend kann das Gehäuse 102 einen nicht näher dargestellten Gehäusedeckel und einen nicht näher dargestellten Gehäuseboden umfassen, die eine stirnseitige Begrenzung des Innenraums 104 des Gehäuses 102 bilden.
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Das Gehäuseelement 108, der Gehäusedeckel und der Gehäuseboden können jeweils einzelne Komponenten bilden und zu dem Gehäuse 102 zusammengesetzt sein.
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Das Gehäuse 102 ist insbesondere zum Aufnehmen und/oder Umhausen des Brennstoffzellenstapels 106 vorgesehen.
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Der Brennstoffzellenstapel 106 ist in dem Innenraum 104 des Gehäuses 102 anordenbar.
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Der Brennstoffzellenstapel 106 kann eine beliebige Brennstoffzelle sein, beispielsweise eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PMFC), Alkalische Brennstoffzelle (AFC), Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC), Phosphorsaure-Brennstoffzelle (PAFC), Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC) oder Oxidkeramische-Brennstoffzelle (SOFC).
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Das Gehäuse 102 kann eine nicht näher dargestellte Zuführ-/Abführeinrichtung aufweisen, durch welche dem Brennstoffzellenstapel 106 ein Brennstoff und/oder ein Brennstoffgemisch (Brennstoff-Abgas-Gemisch) und/oder Oxidator und/oder Kühlmittel zugeführt und vom Brennstoffzellenstapel 106 abgeführt wird.
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Das Gehäuseelement 108 ist durch mehrere Gehäusewandungen 110 gebildet.
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Die Gehäusewandungen 110 können ein einschichtiges oder mehrschichtiges Wandungselement bilden.
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Die Gehäusewandung 110 kann eine nicht näher dargestellte Isolierschicht aufweisen, die bevorzugt nahe oder an einer Außenseite des Gehäuseelements 102 vorgesehen ist, um eine Isolierung zu einer Umgebung des Gehäuses 102 auszubilden.
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Wie in 1 dargestellt, weisen die Gehäusewandungen 110 des Gehäuseelements 108 jeweils eine flache bzw. ebene Wandgeometrie auf.
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Die Gehäusewandungen 110 können jedoch auch eine beliebige andere Wandgeometrie aufweisen, beispielsweise eine konkav und/oder konvex ausgebildete Wandgeometrie, eine an den aufgenommenen Brennstoffzellenstapel 106 angepasste Wandgeometrie oder eine andersartig ausgestaltete Wandgeometrie.
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Insbesondere sind die Gehäusewandungen 110 integral ausgebildet und bilden gemeinsam das Gehäuseelement 108.
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Ebenso können die Gehäusewandungen 110 als einzelne Komponenten zu dem Gehäuseelement 108 zusammengesetzt oder zusammengefügt sein.
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Das Gehäuseelement 108 oder die Gehäusewandungen 110 können durch einen extrudierten, stanggepressten oder gegossenen Profilkörper ausgebildet sein.
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Alternativ kann das Gehäuseelement 108 oder die Gehäusewandungen 110 durch ein Spritzgussprofil oder ein Formkörper ausgebildet sein.
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Das Gehäuseelement 108 kann aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise aus einem Leichtmetall, ausgebildet sein oder aus einem Kunststoffmaterial oder aus einem Verbundwerkstoff.
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An dem Gehäuseelement 108 können mehrere Halteelemente 112 ausgebildet sein, durch welche der Brennstoffzellenstapel 106 im Innenraum 104 des Gehäuses 102 fixierbar ist.
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Die Halteelemente 112 können bevorzugt integral mit dem Gehäuseelement 108 ausgebildet sein oder an dem Gehäuseelement 108 angeformt oder angefügt sein.
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Das Gehäuseelement 108 weist eine Temperiereinrichtung 114 auf, die insbesondere integral mit dem Gehäuseelement 108 ausgebildet ist.
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Durch die Temperiereinrichtung 114 kann eine Temperierung, d.h. eine Kühlung oder Erwärmung, des Innenraums 104 des Gehäuses 102 erfolgen.
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Der im Innenraum 104 aufgenommene Brennstoffzellenstapel 106 kann auf diese Weise erwärmt oder gekühlt werden, um einen optimierten Brennstoffzellenbetrieb zu ermöglichen. Beispielsweise indem der Brennstoffzellenstapel 106 während des Betriebs gekühlt wird oder dieser für ein optimiertes Startverhalten vorgewärmt wird.
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Die Temperiereinrichtung 114 umfasst einen oder mehrere Temperierkanäle 116, die sich innerhalb der Gehäusewandung 110 erstrecken.
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Umfasst die Temperiereinrichtung 114 mehrere Temperierkanäle 116 können diese fluidisch miteinander gekoppelt sein.
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Die mehreren Temperierkanäle 116 können einen gemeinsamen Einlassbereich zum Zuführen des Temperiermediums aufweisen und/oder einen gemeinsamen Auslassbereich zum Abführen des Temperiermediums aufweisen.
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Zur Vereinfachung wird in der nachfolgenden Beschreibung der Temperierkanal 116 in der Singularform beschrieben, wenngleich darunter ebenso mehrere Temperierkanäle 116 zu verstehen sind.
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Der Temperierkanal 116 ist insbesondere integral mit der Gehäusewandung 110 ausgebildet.
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Wie in 1 dargestellt kann der Temperierkanal 116 einen rechteckigen Strömungsquerschnitt aufweisen. Ebenso kann der Temperierkanal 116 auch einen beliebigen anderen Strömungsquerschnitt aufweisen, beispielsweise einen runden oder andersartig ausgestalteten Strömungsquerschnitt.
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Bevorzugt können sich mehrere Temperierkanäle 116 benachbart zueinander, beispielsweise parallel zueinander, in der Gehäusewandung 110 erstrecken.
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Ebenso kann sich ein Temperierkanal 116 oder können sich mehrere Temperierkanäle 116 mänderförmig oder in einer beliebigen anderen Orientierung in der Gehäusewandung 110 erstrecken.
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Der Temperierkanal 116 ist insbesondere in der Weise ausgebildet, dass eine flächige Erwärmung oder Kühlung des Gehäuseelements 108 vorgesehen ist.
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Zum Temperieren wird der Temperierkanal 116 mit einem Temperiermedium durchströmt. Hierzu weist der Temperierkanal 116 einen Temperiermediumeinlass 118 und einen Temperiermediumauslass 120 auf.
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Besonders bevorzugt kann es sich bei dem Temperiermedium um ein Kühlmedium des Brennstoffzellenstapels 106 handeln.
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Hierbei ist die Temperiereinrichtung 114 durch einen Temperiermediumeinlass 118 und einen Temperiermediumauslass 120 mit einem Kühlmediumkreislauf 122 des Brennstoffzellenstapels 106 fluidisch gekoppelt. Dadurch kann das Kühlmedium des Brennstoffzellenstapels 106 der Temperiereinrichtung 114 zugeführt und durch den Temperierkanal 116 geleitet werden.
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Zwischen der Temperiereinrichtung 114 und dem Kühlmediumkreislauf 122 des Brennstoffzellenstapels 106 kann eine Ventileinrichtung 124 vorgesehen sein, durch welche ein Strom des Temperiermediums regelbar ist.
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Die Ventileinrichtung 124 kann beispielsweise in der fluidischen Verbindung des Temperiermediumeinlasses 118 und/oder des Temperiermediumauslasses 120 angeordnet sein.
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Die Ventileinrichtung 124 kann als ein Thermostatventil ausgebildet sein.
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Die Temperiereinrichtung 114 kann eine nicht näher dargestellte Pumpe aufweisen, welche das Temperiermedium in dem Temperierkanal 116 zirkuliert.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann das Temperiermedium ebenso ein anderes Fluid sein, welches durch andere Wärmequelle/Wärmesenke, beispielsweise eine externe Energiequelle, erwärmt oder gekühlt wird und zur Temperierung des Innenraums 104 durch den Temperierkanal 116 geleitet wird.
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2 zeigt die Brennstoffzellenvorrichtung 100 gemäß einer zweite Ausführungsform. Die Ausgestaltung dieser zweiten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der zuvor bezüglich 1 beschriebenen ersten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100, weshalb nachfolgend lediglich auf die Unterschiede der zweiten Ausführungsform zu der ersten Ausführungsform eingegangen wird.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst die Temperiereinrichtung 114 eine Wärmeleitungseinrichtung 126. Durch die Wärmeleitungseinrichtung 126 kann eine verbesserte Wärmeableitung an die Umgebung und somit eine verbesserte Kühlung des Brennstoffzellenstapels 106 im Innenraum 104 des Gehäuses 102 erfolgen.
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Die Wärmeleitungseinrichtung 126 umfasst bevorzugt eine Vielzahl Wärmeleitungselemente 128, die an einer Außenwand der Gehäusewandung 110 ausgebildet sind.
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Insbesondere sind die Vielzahl Wärmeleitungselemente 128 als Kühlrippen ausgebildet, die sich entlang der Außenwand der Gehäusewandung 110 erstrecken.
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Die Wärmeleitungselemente 128 können eine beliebige geometrische Ausgestaltung aufweisen, insbesondere hinsichtlich einer Vergrößerung der Oberfläche der Wärmeleitungselemente 128, um eine verbesserte Wärmeableitung zu erreichen.
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Die Vielzahl Wärmeleitungselemente 128 sind in bevorzugt gleichmäßigen Abständen zueinander an der Außenwand der Gehäusewandung 110 vorgesehen und erstrecken sich bevorzugt rechtwinklig von der Außenwand der Gehäusewandung 110 weg.
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Die Wärmeleitungselemente 128 sind bevorzugt integral mit der Gehäusewandung 110 ausgebildet.
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Ebenso können die Wärmeleitungselemente 128 an die Gehäusewandung 110 angeschweißt, angelötet, angeformt, angeklebt oder dergleichen sein.
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Bevorzugt sind die Wärmeleitungselemente 128 aus demselben Werkstoff ausgebildet wie die Gehäusewandung 110.
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Vorzugsweise sind die Wärmeleitungselemente aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise einem Leichtmetall, ausgebildet.
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3 zeigt die Brennstoffzellenvorrichtung 100 gemäß einer dritte Ausführungsform. Die Ausgestaltung dieser dritten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der zuvor bezüglich 1 beschriebenen ersten Ausführungsform und/oder der bezüglich 2 beschriebenen zweiten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100, weshalb nachfolgend lediglich auf die Unterschiede der dritten Ausführungsform zu der ersten und/oder zweiten Ausführungsform eingegangen wird.
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Bei dieser dritten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst die Temperiereinrichtung 114 mehrere Temperierkanäle 116, die zwei Temperierkreisläufe 130, 132 bilden.
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Ebenso kann die Temperiereinrichtung 114 mehr als zwei Temperierkreisläufe umfassen.
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Die zwei Temperierkreisläufe 130, 132 können entweder fluidisch voneinander entkoppelt vorgesehen sein oder durch die Ventileinrichtung 124 fluidisch miteinander gekoppelt sein.
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Bevorzugt sind die Temperierkanäle 116 der zwei Temperierkreisläufe 130, 132 abwechselnd nebeneinander in der Gehäusewandung 110 angeordnet. Das heißt, dass abwechselnd ein Temperierkanal 116 des einen Temperierkreislaufs 130 benachbart zu einem Temperierkanal 116 des anderen Temperierkreislaufs 132 angeordnet ist.
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Die Temperierkreisläufe 130, 132 können jeweils einen Temperiermediumeinlass 118 und einen Temperiermediumauslass 120 zum Zuführen und Abführen des Temperiermediums aufweisen.
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Sind die zwei Temperierkreisläufe 130, 132 fluidisch voneinander entkoppelt vorgesehen, können diese entweder mit demselben Temperiermedium oder mit unterschiedlichen Temperiermedien durchströmt werden, d.h. Temperiermedien verschiedener Art, verschiedener Temperatur, verschiedenen Drucks und/oder dergleichen.
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Bevorzugt sind die Temperierkreisläufe 130, 132 durch die Ventileinrichtung 124 fluidisch miteinander gekoppelt und werden von demselben Temperiermedium durchströmt.
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Beispielsweise kann die Ventileinrichtung 124 ein Drei-Wege-Ventil, wie in 3 dargestellt, oder ein Mehr-Wege-Ventil umfassen, durch welches die Temperierkreisläufe 130, 132 und der Kühlmediumkreislauf 122 des Brennstoffzellenstapels 106 fluidisch miteinander gekoppelt sind.
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Die Ventileinrichtung 124 kann als ein Thermostatventil ausgebildet sein.
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Bevorzugt können die zwei Temperierkreisläufe 130, 132 im Gegenstrombetrieb von dem Temperiermedium oder den Temperiermedien durchströmt werden. Durch den Gegenstrombetrieb kann eine homogene Temperaturverteilung zur Temperierung des Innenraums 104 des Gehäuses 102 erreicht werden.
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Ebenso können die Temperierkreisläufe 130, 132 im Gleichstrombetrieb von dem Temperiermedium oder den Temperiermedien durchströmt werden.
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4 zeigt die Brennstoffzellenvorrichtung 100 gemäß einer vierte Ausführungsform. Die Ausgestaltung dieser vierten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100 entspricht im Wesentlichen der zuvor bezüglich 1 beschriebenen ersten Ausführungsform und/oder der bezüglich 2 beschriebenen zweiten Ausführungsform und/oder der bezüglich 3 beschriebenen dritten Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100, weshalb nachfolgend lediglich auf die Unterschiede der vierten Ausführungsform zu der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Ausführungsform eingegangen wird.
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Die vierte Ausführungsform der Brennstoffzellenvorrichtung 100 weist einen temperierbaren Sekundärkanal 134 auf. Der Sekundärkanal 134 ist separat zu dem Innenraum 104 des Gehäuses 102 ausgebildet.
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Durch den temperierbaren Sekundärkanal 134 ist ein Brennstoffzellenmedium hindurchleitbar, um dieses zu temperieren und/oder zu konditionieren.
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Das durch den temperierbaren Sekundärkanal 134 geleitete Brennstoffzellenmedium kann entweder dem Brennstoffzellenstapel 106 zugeführt werden oder von diesem abgeführt werden.
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Bei dem Brennstoffzellenmedium handelt es sich vorzugsweise um Kathodenluft oder Luft zur Belüftung des Gehäuses 102. Ebenso kann das Brennstoffzellenmedium ein Kühlmedium des Brennstoffzellenstapels 106 oder dergleichen sein.
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Der temperierbare Sekundärkanal 134 ist insbesondere durch die Gehäusewandung 110 begrenzt. Bevorzugt ist der temperierbare Sekundärkanal 134 integral durch die Gehäusewandung 110 ausgebildet.
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Wie in 4 dargestellt, ist in der den Sekundärkanal 134 begrenzenden Gehäusewandung 110 vorzugsweise die Temperiereinrichtung 114 vorgesehen. Dadurch kann der Sekundärkanal 134 in gleicher Weise wie der Innenraum 104 des Gehäuses 102 temperiert werden.
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An der Außenwand der den Sekundärkanal 134 begrenzenden Gehäusewandung 110 kann die Wärmeleitungseinrichtung 126 in der zuvor beschriebenen Weise vorgesehen sein.
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Ergänzend kann innerhalb des Sekundärkanals 134 eine Wärmeübertragungsstruktur 136 ausgebildet sein. Durch diese Wärmeübertragungsstruktur 136 kann eine alternative oder ergänzende Erwärmung oder Kühlung des durch den Sekundärkanal 134 strömenden Brennstoffzellenmediums erfolgen.
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Die Wärmeübertragungsstruktur 136 kann integral mit der Gehäusewandung 110 ausgebildet sein. Beispielsweise kann sich diese als Lamellen, Platten, Stäbe oder Rohre innerhalb des Sekundärkanals 134 erstrecken.
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Ebenso kann die Wärmeübertragungsstruktur 136 als ein Plattenwärmeübertrager, Rohrbündelwärmeübertrager oder dergleichen ausgebildet sein und sich zumindest bereichsweise innerhalb des Sekundärkanals 134 erstrecken.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Brennstoffzellenvorrichtung
- 102
- Gehäuse
- 104
- Innenraum
- 106
- Brennstoffzellenstapel
- 108
- Gehäuseelement
- 110
- Gehäusewandung
- 112
- Halteelement
- 114
- Temperiereinrichtung
- 116
- Temperierkanal
- 118
- Temperiermediumeinlass
- 120
- Temperiermediumauslass
- 122
- Kühlmediumkreislauf
- 124
- Ventileinrichtung
- 126
- Wärmeleitungseinrichtung
- 128
- Wärmeleitungselemente
- 130
- Erster Temperierkreislauf
- 132
- Zweiter Temperierkreislauf
- 134
- Sekundärkanal
- 136
- Wärmeübertragungsstruktur