DE102022201021A1 - fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit (12) zu einer elektrochemischen Umsetzung eines Brennstoffs (14) und mit zumindest einer Versorgungseinheit (16) zu einer Aufbereitung des Brennstoffs (14) und/oder eines weiteren Prozessfluids.Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit (12) zumindest einen Aufnahmeraum (18) ausbildet, in welchem zumindest eine Funktionseinheit (20, 22) der Versorgungseinheit (16) angeordnet ist.The invention is based on a fuel cell device with at least one fuel cell unit (12) for electrochemical conversion of a fuel (14) and with at least one supply unit (16) for processing the fuel (14) and/or another process fluid. It is proposed that that the fuel cell unit (12) forms at least one receiving space (18) in which at least one functional unit (20, 22) of the supply unit (16) is arranged.
Description
Stand der TechnikState of the art
Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit zu einer elektrochemischen Umsetzung eines Brennstoffs und mit zumindest einer Versorgungseinheit zu einer Aufbereitung des Brennstoffs und/oder eines weiteren Prozessfluids vorgeschlagen worden.A fuel cell device with at least one fuel cell unit for electrochemically converting a fuel and with at least one supply unit for processing the fuel and/or a further process fluid has already been proposed.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit zu einer elektrochemischen Umsetzung eines Brennstoffs und mit zumindest einer Versorgungseinheit zu einer Aufbereitung des Brennstoffs und/oder eines weiteren Prozessfluids.The invention is based on a fuel cell device with at least one fuel cell unit for electrochemical conversion of a fuel and with at least one supply unit for processing the fuel and/or another process fluid.
Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit zumindest einen Aufnahmeraum ausbildet, in welchem zumindest eine Funktionseinheit der Versorgungseinheit angeordnet ist. Die Brennstoffzelleneinheit umfasst vorzugsweise zumindest eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Vielzahl an Brennstoffzellen. Die zumindest eine Brennstoffzelle ist vorzugsweise als Hochtemperaturbrennstoffzelle, insbesondere als Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) oder als Schmelzkarbonbrennstoffzelle (MCFC) ausgebildet. Die Brennstoffzelleneinheit weist vorzugsweise eine vorgesehene Betriebstemperatur von mehr als 500°C auf. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest einen Stack an Brennstoffzellen. Besonders bevorzugt umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest einen weiteren Stack an Brennstoffzellen. Der Stack und der weitere Stack sind vorzugsweise zumindest im Wesentlichen baugleich, insbesondere bis auf eine Fertigungstoleranz baugleich, ausgebildet.It is proposed that the fuel cell unit forms at least one receiving space in which at least one functional unit of the supply unit is arranged. The fuel cell unit preferably comprises at least one fuel cell, in particular a large number of fuel cells. The at least one fuel cell is preferably designed as a high-temperature fuel cell, in particular as a solid oxide fuel cell (SOFC) or as a molten carbon fuel cell (MCFC). The fuel cell unit preferably has an intended operating temperature of more than 500°C. The fuel cell unit preferably comprises at least one stack of fuel cells. The fuel cell unit particularly preferably comprises at least one further stack of fuel cells. The stack and the further stack are preferably at least essentially identical in construction, in particular identical in construction except for a manufacturing tolerance.
Die Funktionseinheit der Versorgungseinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, während eines Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung in direktem Kontakt mit dem Brennstoff oder einem der weiteren Prozessfluide zu stehen. Vorzugsweise ist die Funktionseinheit keine bloße Fluidleitung. Die Funktionseinheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, zumindest einen Parameter, beispielsweise einen Druck, eine Temperatur, eine chemische Zusammensetzung oder dergleichen, des Brennstoffs und/oder eines der weiteren Prozessfluids gezielt zu ändern. Der Brennstoff ist vorzugsweise als Wasserstoff, als Methan oder als ein anderer Kohlenwasserstoff ausgebildet. Das weitere Prozessfluid kann ein sauerstoffhaltiges Fluid, insbesondere Umgebungsluft oder ein sauerstoffhaltiges Industriegas, zu einem elektrochemischen Umsetzen des Brennstoffs sein oder ein bei einem elektrochemischen Umsetzen des Brennstoffs mit dem sauerstoffhaltigen Fluid entstehendes Abgas sein. Die Versorgungseinheit umfasst vorzugsweise mehrere Funktionseinheiten, welche insbesondere fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Die Funktionseinheiten können direkt aneinander angeordnet sein oder über Fluidleitungen miteinander verbunden sein. Vorzugsweise weist die zumindest eine Funktionseinheit, die innerhalb des Aufnahmeraums angeordnet ist, eine vorgesehene Betriebstemperatur von mehr als 200°C, vorzugsweise von mehr als 350°C, besonders bevorzugt von mehr als 450°C auf. Optional ist zumindest eine weitere Funktionseinheit der Versorgungseinheit, welche insbesondere eine vorgesehene Betriebstemperatur von weniger als 400°C, bevorzugt von weniger als 300°C, besonders bevorzugt von weniger als 200°C, aufweist, außerhalb des Aufnahmeraums angeordnet.The functional unit of the supply unit is preferably intended to be in direct contact with the fuel or one of the other process fluids during operation of the fuel cell device. The functional unit is preferably not just a fluid line. The functional unit is preferably intended to specifically change at least one parameter, for example a pressure, a temperature, a chemical composition or the like, of the fuel and/or one of the further process fluids. The fuel is preferably in the form of hydrogen, methane or another hydrocarbon. The further process fluid can be an oxygen-containing fluid, in particular ambient air or an oxygen-containing industrial gas, for an electrochemical conversion of the fuel or an exhaust gas produced during an electrochemical conversion of the fuel with the oxygen-containing fluid. The supply unit preferably comprises a plurality of functional units which are in particular fluidly connected to one another. The functional units can be arranged directly next to one another or can be connected to one another via fluid lines. The at least one functional unit, which is arranged within the receiving space, preferably has an intended operating temperature of more than 200°C, preferably more than 350°C, particularly preferably more than 450°C. Optionally, at least one further functional unit of the supply unit, which in particular has an intended operating temperature of less than 400°C, preferably less than 300°C, particularly preferably less than 200°C, is arranged outside the receiving space.
Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Gehäuseeinheit, welche den Aufnahmeraum begrenzt. Der Aufnahmeraum ist vorzugsweise thermisch mit der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit gekoppelt. Die Gehäuseeinheit kann separat von der zumindest einen Brennstoffzelle ausgebildet sein oder zumindest abschnittsweise von der Brennstoffzelle gebildet werden. Die zumindest eine Brennstoffzelle, insbesondere der Stack und/oder der weitere Stack, kann außerhalb des Aufnahmeraums an der Gehäuseeinheit angeordnet sein, in den Aufnahmeraum hineinragen oder vollständig in dem Aufnahmeraum angeordnet sein. Bevorzugt ist die zumindest eine Brennstoffzelle mit dem Aufnahmeraum fluidtechnisch verbunden. Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum zu einer Verteilung des Brennstoffs oder des sauerstoffhaltigen Fluids auf zumindest zwei verschiedene Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere auf den Stack und den weiteren Stack, ausgebildet. Alternativ ist der Aufnahmeraum zu einer Zusammenführung des Abgases aus verschiedenen Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere aus dem Stack und dem weiteren Stack vorgesehen. Die Funktionseinheit ist bevorzugt vollständig in dem Aufnahmeraum angeordnet. Alternativ ragt die Funktionseinheit in den Aufnahmeraum hinein.The fuel cell device preferably comprises a housing unit which delimits the accommodation space. The accommodation space is preferably thermally coupled to the at least one fuel cell unit. The housing unit can be formed separately from the at least one fuel cell or can be formed at least in sections by the fuel cell. The at least one fuel cell, in particular the stack and/or the further stack, can be arranged outside the accommodation space on the housing unit, protrude into the accommodation space or be arranged completely in the accommodation space. The at least one fuel cell is preferably fluidly connected to the receiving space. The receiving space is preferably designed to distribute the fuel or the oxygen-containing fluid to at least two different fuel cells of the fuel cell unit, in particular to the stack and the further stack. Alternatively, the receiving space is provided for merging the exhaust gas from different fuel cells of the fuel cell unit, in particular from the stack and the further stack. The functional unit is preferably arranged entirely in the receiving space. Alternatively, the functional unit protrudes into the receiving space.
Die Versorgungseinheit umfasst vorzugsweise eine Brennstoffversorgung zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit dem Brennstoff. Die Brennstoffversorgungseinheit ist bevorzugt als zentrale Brennstoffversorgung ausgebildet, welche zumindest zwei verschiedene Brennstoffzellen, insbesondere zumindest zwei verschiedene Stacks der Brennstoffzelleneinheit, besonders bevorzugt alle Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinheit, mit dem Brennstoff versorgt. Die Brennstoffversorgung umfasst als Funktionseinheit vorzugsweise zumindest einen Reformer zu einem Reformieren des Brennstoffs. Die Brennstoffversorgung umfasst als Funktionseinheit vorzugsweise zumindest einen Brennstoffwärmeübertrager zu einem Erhitzen des Brennstoffs, insbesondere vor einer Einspeisung in die zumindest eine Brennstoffzelle. Die Brennstoffversorgung umfasst als Funktionseinheit vorzugsweise eine Fördereinheit, insbesondere eine Pumpe, einen Ventilator oder einen Kompressor, zu einem Fördern des Brennstoffs zu der Brennstoffzelleneinheit.The supply unit preferably includes a fuel supply for supplying the fuel cell unit with the fuel. The fuel supply unit is preferably designed as a central fuel supply, which supplies at least two different fuel cells, in particular at least two different stacks of the fuel cell unit, particularly preferably all fuel cells of the fuel cell unit, with the fuel. As a functional unit, the fuel supply preferably comprises at least one reformer for reforming the fuel. The fuel supply includes as Functional unit preferably at least one fuel heat exchanger for heating the fuel, in particular before it is fed into the at least one fuel cell. As a functional unit, the fuel supply preferably comprises a delivery unit, in particular a pump, a fan or a compressor, for delivering the fuel to the fuel cell unit.
Die Versorgungseinheit umfasst vorzugsweise eine Sauerstoffversorgung zu einer Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit dem sauerstoffhaltigen Fluid. Die Sauerstoffversorgung umfasst als Funktionseinheit vorzugsweise einen Sauerstoffwärmeübertrager zu einem Erhitzen des sauerstoffhaltigen Fluids, insbesondere vor einer Einspeisung in die zumindest eine Brennstoffzelle. Die Sauerstoffversorgung umfasst als Funktionseinheit vorzugsweise eine Fördereinheit, insbesondere eine Pumpe, einen Ventilator oder einen Kompressor, zu einem Fördern des sauerstoffhaltigen Fluids zu der Brennstoffzelleneinheit. Die Sauerstoffversorgung umfasst als Funktionseinheit optional einen elektrischen Vorheizer, um die Brennstoffzelleneinheit mittels des sauerstoffhaltigen Fluids auf Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit zu bringen.The supply unit preferably includes an oxygen supply for supplying the fuel cell unit with the oxygen-containing fluid. As a functional unit, the oxygen supply preferably comprises an oxygen heat exchanger for heating the oxygen-containing fluid, in particular before it is fed into the at least one fuel cell. As a functional unit, the oxygen supply preferably comprises a delivery unit, in particular a pump, a fan or a compressor, for delivering the oxygen-containing fluid to the fuel cell unit. As a functional unit, the oxygen supply optionally includes an electrical preheater in order to bring the fuel cell unit to the operating temperature of the fuel cell unit by means of the oxygen-containing fluid.
Die Versorgungseinheit umfasst vorzugsweise eine Abgasaufbereitung. Die Abgasaufbereitung ist bevorzugt dazu vorgesehen, das von der Brennstoffzelleneinheit bei einem Umsetzen des Brennstoffs mit dem sauerstoffhaltigen Fluid erzeugte Abgas abzuführen. Die Abgasaufbereitung umfasst als Funktionseinheit vorzugsweise zumindest einen Nachbrenner, zu einem Verbrennen von in dem Abgas enthaltenen Brennstoffresten. Die Abgasaufbereitung umfasst als Funktionseinheit optional eine Rezirkulationsfördereinheit, insbesondere eine Pumpe, einen Ventilator, oder einen Kompressor, zu einer Rückspeisung eines Teils des Abgases in den Brennstoff. Die Abgasaufbereitung umfasst als Funktionseinheit, insbesondere den bereits genannten Brennstoffwärmeübertrager, zu einer Übertragung von Wärme von dem Abgas auf den Brennstoff. Die Abgasaufbereitung umfasst als Funktionseinheit, insbesondere den bereits genannten Sauerstoffwärmeübertrager, zu einem Übertragen von Wärme von dem Abgas auf das sauerstoffhaltige Fluid.The supply unit preferably includes an exhaust gas treatment. The exhaust gas treatment is preferably provided to discharge the exhaust gas generated by the fuel cell unit when the fuel is reacted with the oxygen-containing fluid. The exhaust gas treatment preferably comprises at least one afterburner as a functional unit for burning fuel residues contained in the exhaust gas. As a functional unit, the exhaust gas treatment optionally includes a recirculation delivery unit, in particular a pump, a fan, or a compressor, for feeding part of the exhaust gas back into the fuel. As a functional unit, the exhaust gas treatment includes, in particular, the fuel heat exchanger already mentioned, for transferring heat from the exhaust gas to the fuel. As a functional unit, the exhaust gas treatment includes, in particular, the oxygen heat exchanger already mentioned, for transferring heat from the exhaust gas to the oxygen-containing fluid.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft kompakte Brennstoffzellenvorrichtung bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine Abwärme der Brennstoffzelleneinheit und/oder der in dem Aufnahmeraum angeordneten Funktionseinheit vorteilhaft effizient genutzt werden. Ferner können Fluidleitungen zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Funktionseinheit vorteilhaft kurz gehalten werden. Insbesondere können Wärmeverluste der Brennstoffzellenvorrichtung bei einem Stofftransport von der Funktionseinheit zu der Brennstoffzelleneinheit oder umgekehrt vorteilhaft klein gehalten werden.An advantageously compact fuel cell device can be provided by the configuration according to the invention. In particular, waste heat from the fuel cell unit and/or from the functional unit arranged in the receiving space can advantageously be used efficiently. Furthermore, fluid lines between the fuel cell unit and the functional unit can advantageously be kept short. In particular, heat losses from the fuel cell device during a mass transport from the functional unit to the fuel cell unit or vice versa can advantageously be kept small.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit zumindest zwei Brennstoffzellen umfasst, die auf verschiedenen Seiten des Aufnahmeraums angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist der Aufnahmeraum in einem Zwischenraum zwischen den Brennstoffzellen angeordnet. Insbesondere weist die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine Gerade auf, entlang derer der Aufnahmeraum zwischen den Brennstoffzellen angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Aufnahmeraum drei zueinander paarweise senkrechte Mittenebene auf, welche sich in einem geometrischen Schwerpunkt des Aufnahmeraums schneiden. DieIt is further proposed that the fuel cell unit comprises at least two fuel cells which are arranged on different sides of the accommodation space. The receiving space is particularly preferably arranged in an intermediate space between the fuel cells. In particular, the fuel cell unit has at least one straight line along which the accommodation space between the fuel cells is arranged. The receiving space preferably has three central planes which are perpendicular to one another in pairs and which intersect at a geometric center of gravity of the receiving space. The
Brennstoffzelleneinheit umfasst vorzugsweise zumindest zwei Brennstoffzellen, welche auf verschiedenen Seiten genau einer der Mittenebenen angeordnet sind. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest zwei Brennstoffzellen, die auf verschiedenen Seiten zweier der Mittenebenen angeordnet sind. Optional umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest zwei Brennstoffzellen, die bezüglich aller drei Mittenebenen auf verschiedenen Seiten angeordnet sind. In einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine, beispielsweise ringförmige oder halbringförmige, Brennstoffzelle, welche den Aufnahmeraum zumindest teilweise umgibt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft effektive Beheizung des Aufnahmeraums mit einer Abwärme der Brennstoffzelleneinheit erreicht werden.The fuel cell unit preferably comprises at least two fuel cells, which are arranged on different sides of exactly one of the center planes. The fuel cell unit preferably comprises at least two fuel cells which are arranged on different sides of two of the center planes. Optionally, the fuel cell unit comprises at least two fuel cells, which are arranged on different sides with respect to all three center planes. In an alternative configuration, the fuel cell unit comprises at least one fuel cell, for example annular or semi-annular, which at least partially surrounds the receiving space. Due to the configuration according to the invention, an advantageously effective heating of the receiving space can be achieved with waste heat from the fuel cell unit.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzelleneinheit zumindest zwei Brennstoffzellen umfasst, die auf derselben Seite des Aufnahmeraums angeordnet sind. Bevorzugt umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest zwei Brennstoffzellen, die bezüglich einer der Mittenebenen des Aufnahmeraums auf derselben Seite angeordnet sind, insbesondere bezüglich derjenigen der Mittenebene, welche die größte Schnittfläche mit dem Aufnahmeraum aufweist. Vorzugsweise sind die Brennstoffzellen, die auf derselben Seite des Aufnahmeraums angeordnet sind, in zumindest zwei, insbesondere voneinander beabstandeten, Stacks der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Brennstoffzelleneinheit vorteilhaft kompakt gebaut werden.Furthermore, it is proposed that the fuel cell unit comprises at least two fuel cells which are arranged on the same side of the accommodation space. The fuel cell unit preferably comprises at least two fuel cells which are arranged on the same side with respect to one of the center planes of the accommodation space, in particular with respect to that of the center plane which has the largest interface with the accommodation space. The fuel cells, which are arranged on the same side of the receiving space, are preferably arranged in at least two stacks of the fuel cell unit, in particular spaced apart from one another. Due to the configuration according to the invention, the fuel cell unit can advantageously be built in a compact manner.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Funktionseinheit als Wärmeübertrager ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Brennstoffwärmeübertrager in dem Aufnahmeraum angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der Sauerstoffwärmeübertrager in dem Aufnahmeraum angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein über Stofftransport vermittelter Abfluss von Wärme aus dem Aufnahmeraum hinaus vorteilhaft gering gehalten werden.Furthermore, it is proposed that the functional unit is designed as a heat exchanger. The fuel heat exchanger is particularly preferably arranged in the receiving space. Alternatively or additionally, the oxygen heat transfer ger arranged in the recording space. Due to the configuration according to the invention, an outflow of heat from the receiving space mediated by mass transport can advantageously be kept low.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Funktionseinheit oder eine weitere Funktionseinheit der Versorgungseinheit als Reformer ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Reformer in dem Aufnahmeraum angeordnet. Vorzugsweise ist der Reformer zusätzlich zu dem Brennstoffwärmeübertrager in dem Aufnahmeraum angeordnet. Alternativ ist der Reformer oder der Brennstoffwärmeübertrager in dem Aufnahmeraum angeordnet. Vorzugsweise ist der Reformer an dem Brennstoffwärmeübertrager angeordnet, insbesondere befestigt. Der Reformer ist insbesondere bezogen auf den Brennstoff stromabwärts des Brennstoffwärmeübertragers angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein dem reformierten Brennstoff ausgesetzter Abschnitt der Brennstoffversorgung vorteilhaft kurz gehalten werden.Furthermore, it is proposed that the functional unit or a further functional unit of the supply unit is designed as a reformer. The reformer is preferably arranged in the receiving space. The reformer is preferably arranged in the receiving space in addition to the fuel heat exchanger. Alternatively, the reformer or the fuel heat exchanger is arranged in the receiving space. The reformer is preferably arranged, in particular fastened, on the fuel heat exchanger. The reformer is arranged downstream of the fuel heat exchanger, in particular in relation to the fuel. As a result of the configuration according to the invention, a section of the fuel supply exposed to the reformed fuel can advantageously be kept short.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine, insbesondere die bereits genannte, den Aufnahmeraum begrenzende Gehäuseeinheit umfasst, wobei die Gehäuseeinheit zumindest eine Wartungsöffnung umfasst. Die Wartungsöffnung ist vorzugsweise an einer Seite der Gehäuseeinheit angeordnet, welche frei von Brennstoffzellen der Brennstoffzelleneinheit ist. Die Wartungsöffnung ist vorzugsweise an einer Seite des Aufnahmeraums angeordnet, welche einem Brennstoffeinlass der Brennstoffversorgung in den Aufnahmeraum gegenüberliegend angeordnet ist. Bevorzugt ist die Funktionseinheit und/oder die weitere Funktionseinheit zwischen der Wartungsöffnung und dem Brennstoffeinlass angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Gehäuseeinheit zumindest ein Verschlusselement, zu einem insbesondere bezüglich des Brennstoffs dichten Verschluss der Wartungsöffnung. Das Verschlusselement kann beispielsweise als Wartungsklappe, als Schiebetür, als Verschlusskappe oder dergleichen ausgebildet sein. Die Wartungsöffnung ist vorzugsweise zumindest so groß, dass die Funktionseinheit und/oder die weitere Funktionseinheit durch die Wartungsöffnung hindurch ausgetauscht werden kann. Besonders bevorzugt weist die Wartungsöffnung eine maximale Öffnungsweite auf, die zumindest mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 75 %, besonders bevorzugt mehr als 90 % einer dazu parallelen Aufnahmeweite des Aufnahmeraums entspricht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können Verschleißteile, insbesondere der Reformer, vorteilhaft einfach ausgetauscht werden.Furthermore, it is proposed that the fuel cell device comprises at least one housing unit, in particular the housing unit already mentioned, which delimits the receiving space, the housing unit comprising at least one maintenance opening. The maintenance opening is preferably arranged on a side of the housing unit which is free of fuel cells of the fuel cell unit. The maintenance opening is preferably arranged on a side of the accommodating space which is arranged opposite a fuel inlet of the fuel supply into the accommodating space. The functional unit and/or the further functional unit is/are preferably arranged between the maintenance opening and the fuel inlet. The housing unit preferably comprises at least one closure element for sealing the maintenance opening tightly, in particular with respect to the fuel. The closure element can be designed, for example, as a maintenance flap, as a sliding door, as a closure cap or the like. The maintenance opening is preferably at least large enough that the functional unit and/or the further functional unit can be exchanged through the maintenance opening. The maintenance opening particularly preferably has a maximum opening width which corresponds to at least more than 50%, preferably more than 75%, particularly preferably more than 90% of a receiving width of the receiving space parallel thereto. Due to the design according to the invention, wearing parts, in particular the reformer, can advantageously be easily replaced.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine an die Brennstoffzelleneinheit angeordnete Abgasleitung der Versorgungseinheit, insbesondere der Abgasaufbereitung, zumindest teilweise in dem Aufnahmeraum angeordnet ist oder von dem Aufnahmeraum ausgebildet wird. Vorzugsweise führt die Abgasleitung das Abgas innerhalb des Aufnahmeraums und/oder durch den Aufnahmeraum hindurch. Besonders bevorzugt führt die Abgasleitung das Abgas von der Brennstoffzelleneinheit zu dem Brennstoffwärmeübertrager, zu dem Sauerstoffwärmeübertrager und/oder zu dem Nachbrenner. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann der Aufnahmeraum selbst vorteilhaft als Wärmeübertrager genutzt werden.Furthermore, it is proposed that an exhaust gas line of the supply unit, in particular of the exhaust gas treatment, which is arranged on the fuel cell unit, is at least partially arranged in the receiving space or is formed by the receiving space. The exhaust gas line preferably guides the exhaust gas within the receiving space and/or through the receiving space. The exhaust gas line particularly preferably leads the exhaust gas from the fuel cell unit to the fuel heat exchanger, to the oxygen heat exchanger and/or to the afterburner. Due to the configuration according to the invention, the receiving space itself can advantageously be used as a heat exchanger.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Funktionseinheit zur Ausbildung einer Prozessfluidleitung beabstandet von einer Innenwand einer, insbesondere der bereits genannten, den Aufnahmeraum begrenzenden Gehäuseeinheit angeordnet ist. Vorzugsweise mündet ein Auslass des Reformers in den Aufnahmeraum. Vorzugsweise münden Brennstoffeinlässe der Brennstoffzelleneinheit in den Aufnahmeraum. Bevorzugt ist der Aufnahmeraum dazu ausgelegt, den reformierten Brennstoff von dem Reformer zu der Brennstoffzelleneinheit zu leiten, insbesondere auf die unterschiedlichen Stacks zu verteilen. Insbesondere ist das den Aufnahmeraum begrenzende Gehäuse gasdicht bezüglich des reformierten Brennstoffs ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Funktionseinheit und/oder die weitere Funktionseinheit über Abstandshalter der Gehäuseeinheit an der Innenwand befestigt. Alternativ ist die Funktionseinheit und/oder die weitere Funktionseinheit an zumindest einer weiteren Innenwand der Gehäuseeinheit befestigt, insbesondere mittels einer Aufhängung und/oder an einem Sockel der Gehäuseeinheit. Alternativ ist die Funktionseinheit und/oder die weitere Funktionseinheit an dem Verschlusselement befestigt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine vorteilhaft homogene Temperaturverteilung innerhalb des Aufnahmeraums erreicht werden. Insbesondere kann ein Risiko von thermomechanischen Spannungen vorteilhaft gering gehalten werden.In addition, it is proposed that the functional unit for forming a process fluid line is arranged at a distance from an inner wall of a housing unit, in particular the housing unit already mentioned, which delimits the receiving space. An outlet of the reformer preferably opens into the receiving space. Fuel inlets of the fuel cell unit preferably open into the receiving space. The receiving space is preferably designed to conduct the reformed fuel from the reformer to the fuel cell unit, in particular to distribute it to the different stacks. In particular, the housing delimiting the receiving space is designed to be gas-tight with respect to the reformed fuel. The functional unit and/or the further functional unit are particularly preferably attached to the inner wall by means of spacers of the housing unit. Alternatively, the functional unit and/or the additional functional unit is attached to at least one additional inner wall of the housing unit, in particular by means of a suspension and/or to a base of the housing unit. Alternatively, the functional unit and/or the further functional unit is attached to the closure element. The configuration according to the invention makes it possible to achieve an advantageously homogeneous temperature distribution within the receiving space. In particular, a risk of thermomechanical stresses can advantageously be kept low.
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.The fuel cell device according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the fuel cell device according to the invention can have a number of individual elements, components and units that differs from the number specified here in order to fulfill a function described herein. In addition, in the value ranges specified in this disclosure, values lying within the specified limits should also be considered disclosed and can be used as desired.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following description of the drawing. In the drawing an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.
Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung.
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1 a schematic representation of a fuel cell device according to the invention.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst zumindest eine Versorgungseinheit 16. Die Versorgungseinheit 16 ist zu einer Aufbereitung des Brennstoffs 14 und/oder eines weiteren Prozessfluids, insbesondere des Abgases, vorgesehen. Die Brennstoffzelleneinheit 12 bildet zumindest einen Aufnahmeraum 18 aus. In dem Aufnahmeraum 18 ist zumindest eine Funktionseinheit 20 der Versorgungseinheit 16 angeordnet. In dem Aufnahmeraum 18 ist vorzugsweise zumindest eine weitere Funktionseinheit 22 der Versorgungseinheit 16 angeordnet. Die Funktionseinheit 20 ist als Wärmeübertrager 24, insbesondere als Brennstoffwärmeübertrager, ausgebildet. Die weitere Funktionseinheit 22 der Versorgungseinheit 16 ist als Reformer 26 ausgebildet. Der Reformer 26 ist bezogen auf den Brennstoff 14 stromabwärts des Wärmeübertragers 24 angeordnet. Eine Brennstoffzuleitung der Versorgungseinheit 16 zu dem Wärmeübertrager 24 ragt vorzugsweise aus dem Aufnahmeraum 18 hinaus. Bevorzugt ist eine Fördereinheit der Versorgungseinheit 16 zu einem Fördern des Brennstoffs 14 durch die Funktionseinheiten 20, 22 in dem Aufnahmeraum 18 außerhalb des Aufnahmeraums 18 angeordnet.The
Die Brennstoffzelleneinheit 12 umfasst zumindest zwei Brennstoffzellen, die auf verschiedenen Seiten des Aufnahmeraums 18 angeordnet sind. Der Aufnahmeraum 18 umfasst zumindest eine Mittenebene, welche einen geometrischen Schwerpunkt des Aufnahmeraums 18 umfasst. In der Mittenebene sind die Funktionseinheiten 20, 22 vorzugsweise entlang einer Anordnungsrichtung angeordnet. Bevorzugt umfasst die Brennstoffzelleneinheit 12 auf beiden Seiten der Mittenebene zumindest einen Stack an Brennstoffzellen, hier beispielhaft jeweils drei. Die Brennstoffzelleneinheit 12 umfasst zumindest zwei Brennstoffzellen, die, insbesondere in verschiedenen Stacks, auf derselben Seite des Aufnahmeraums 18, insbesondere der Mittenebene, angeordnet sind.The
Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 umfasst eine den Aufnahmeraum 18 begrenzende Gehäuseeinheit 28. Die Gehäuseeinheit 28 umfasst zumindest eine Wartungsöffnung. Die Gehäuseeinheit 28 umfasst insbesondere zumindest ein Verschlusselement 34 zu einem Verschluss der Wartungsöffnung. Vorzugsweise ist die Wartungsöffnung in einer Ebene angeordnet, welche senkrecht zu der Mittenebene verläuft. Vorzugsweise ist der Reformer 26 der Wartungsöffnung zugewandt in dem Aufnahmeraum 18 angeordnet. Optional ist die Brennstoffzelleneinheit 12 zusammen mit der Gehäuseeinheit 28 in einem thermisch isolierenden äußeren Gehäuse angeordnet, wobei insbesondere die Fördereinheit für den Brennstoff 14 außerhalb des äußeren Gehäuses angeordnet ist.The
Die Versorgungseinheit 16 umfasst eine an der Brennstoffzelleneinheit 12 angeordnete Abgasleitung 30. Die Abgasleitung 30 ist zumindest teilweise in dem Aufnahmeraum 18 angeordnet. Die Abgasleitung 30 ist insbesondere an einem Auslass der Brennstoffzelleneinheit 12 angeschlossen. Die Abgasleitung 30 ist insbesondere an dem Wärmeübertrager 24 angeschlossen. Der Wärmeübertrager 24 ist insbesondere dazu vorgesehen, Wärme von dem Abgas auf den Brennstoff 14 zu übertragen. Die Funktionseinheit 22 und die weitere Funktionseinheit 22 sind zur Ausbildung einer Prozessfluidleitung 32 beabstandet von einer Innenwand der den Aufnahmeraum 18 begrenzenden Gehäuseeinheit 28 angeordnet. Die Prozessfluidleitung 32 ist insbesondere dazu vorgesehen, den Brennstoff 14 auf die unterschiedlichen Stacks der Brennstoffzelleneinheit 12 zu verteilen. Bevorzugt mündet ein Auslass des Reformers 26 in den Aufnahmeraum 18.The
Claims (8)
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