DE202006002731U1 - Arrangement of individual fuel cell stacks has individual stacks, which are arranged in compact, ring-like structure, so that side surface of stacks, at which air enters or discharges, are oriented inwards - Google Patents

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Abstract

Arrangement has individual fuel cell stacks (2), which are arranged in compact, ring-like structure, so that side surface of stacks, at which air enters or discharges (depending upon direction of flow of air by general arrangement), is oriented inwards, so that with assumed air pressure difference between interior of ring-like arrangement and outer space, all single stacks are supplied in principle likewise with fresh air.

Description

Die folgende Erfindung beschreibt eine vorteilhafte Anordnung von einzelnen Brennstoffzellenmodulen in einem Gesamtsystem.The The following invention describes an advantageous arrangement of individual Fuel cell modules in an overall system.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellen benötigen für den Betrieb ein Oxidationsmittel, üblicherweise Sauerstoff, der in der Mehrzahl der Anwendungen der natürlichen Umgebungsluft entnommen wird. Dabei stellt sich die Frage der Zuführung der Luft zu den Reaktionszonen im Innern der Brennstoffzelle. Bei geschlossenen Systemen wird die Frischluft üblicherweise durch eine Membranpumpe bzw. einen Kompressor der Brennstoffzelle zugeführt. In mancher Hinsicht (z.B. bzgl. einer möglicherweise erforderlichen Konditionierung (Befeuchtung, ggf. Temperierung) der Luft) bietet ein System mit einer geschlossenen Kathode gewisse Vorteile, für manche Anwendungen bzw. Brennstoffzellengestaltungen ist dies jedoch nicht erforderlich, so daß der (meist erhebliche) elektrische Energiebedarf dieser peripheren Komponenten durch Wahl eines Brennstoffzellenstacks mit offener Kathode deutlich reduziert werden kann, so daß der Systemwirkungsgrad insgesamt höher ausfällt.PEM (Polymer electrolyte membrane) fuel cells require for operation an oxidizing agent, usually Oxygen, which in the majority of applications of the natural Ambient air is removed. This raises the question of the supply of Air to the reaction zones inside the fuel cell. When closed Systems, the fresh air is usually by a diaphragm pump or a compressor of the fuel cell fed. In some respects (e.g., one that may be required Conditioning (humidification, possibly temperature control) of the air) offers a system with a closed cathode has certain advantages, for some However, this is not applications or fuel cell designs required, so that the (usually considerable) electrical energy requirements of these peripheral components by choosing a fuel cell stack with open cathode clearly can be reduced so that the Overall system efficiency higher fails.

Für die Zuführung der Frischluft bei einem System mit offener Kathode werden üblicherweise auf die entsprechende Seitenfläche des Stacks kleine Ventilatoren/Gebläse aufgesetzt, die die Frischluft zwangsweise dem Stack zuführen bzw. die Luft durch die offene Kathode des Stacks ansaugen. Häufig ist jedoch die Förderleistung dieser Gebläse bei Betrieb mit Nennspannung viel größer als für den Luftbedarf des jeweiligen Stacks erforderlich, so daß entweder mit Hilfe zusätzlicher Steuerungs- bzw. Regelungstechnik die Drehzahl der Gebläse dem aktuellen Luftbedarf des Stacks angepaßt werden muß bzw. die Gebläse überdimensioniert sind.For the supply of Fresh air in an open cathode system is usually on the corresponding side surface of the stack small fans / blower mounted, which forced the fresh air to the stack or suck in the air through the open cathode of the stack. Frequently, however the delivery rate this fan when operating at nominal voltage much larger than for the air requirement of the respective Stacks required, so that either with Help additional Control technology the speed of the fans the current Air requirement of the stack adapted must be or the blowers oversized are.

Vorgeschlagene technische LösungSuggested technical solution

Eine vorteilhafte Gestaltung eines Gesamtsystems aus mehreren Brennstoffzellenmodulen erfordert hingegen lediglich ein Gebläse für die Zuführung der Frischluft zu den einzelnen Brennstoffzellenmodulen. Hierfür werden die einzelnen Module zu einer ringähnlichen geschlossenen Anordnung montiert, so daß lediglich ein Gebläse für das Gesamtsystem erforderlich ist (1 bis 5).An advantageous design of an overall system comprising a plurality of fuel cell modules, however, requires only a blower for the supply of fresh air to the individual fuel cell modules. For this purpose, the individual modules are mounted in a ring-like closed arrangement, so that only one blower for the entire system is required ( 1 to 5 ).

Größere elektrische Leistungen können mit einem derart aufgebauten modularen System beispielsweise durch Aufeinanderstapeln der ringähnlichen Subsysteme realisiert werden (6). Auch in diesem Fall ist bei entsprechender Auslegung lediglich ein Gebläse erforderlich. Auf diese Weise ist eine Zuführung von Frischluft mit sehr geringem elektrischen Energieaufwand für das Gesamtsystem möglich.Larger electrical services can be realized with a modular system constructed in this way, for example by stacking up the ring-like subsystems ( 6 ). Also in this case only one fan is required with appropriate design. In this way, a supply of fresh air with very little electrical energy consumption for the entire system is possible.

Zeichnungendrawings

1 Anordnung aus zwei gegenüberliegenden Einzelstacks, die zusammen mittels eines Gebläses mit Frischluft versorgt werden; 1: Gebläse, 2: Brennstoffzellenstack 1 Arrangement of two opposing single stacks, which are supplied together by means of a blower with fresh air; 1 : Blower, 2 : Fuel cell stack

2 Anordnung aus drei regelmäßig angeordneten Einzelstacks, die zusammen mittels eines Gebläses mit Frischluft versorgt werden 2 Arrangement of three regularly arranged individual stacks, which are supplied together by means of a blower with fresh air

3 Anordnung aus vier regelmäßig angeordneten Einzelstacks, die zusammen mittels eines Gebläses mit Frischluft versorgt werden 3 Arrangement of four regularly arranged single stacks, which are supplied together by means of a blower with fresh air

4 Anordnung wie 3, Drehrichtung des Gebläses entgegengesetzt 4 Arrangement like 3 , Opposite direction of rotation of the fan

5 Anordnung aus sechs regelmäßig angeordneten Einzelstacks, die zusammen mittels eines Gebläses mit Frischluft versorgt werden 5 Arrangement of six regularly arranged individual stacks, which are supplied together by means of a blower with fresh air

6 Beispielhafte Anordnung aus zwei übereinandergesetzten, ringähnlichen Anordnungen aus jeweils sechs regelmäßig angeordneten Einzelstacks, die zusammen mittels eines Gebläses mit Frischluft versorgt werden, 3: Bodenplatte 6 Exemplary arrangement of two stacked, ring-like arrangements of six regularly arranged individual stacks, which are supplied together by means of a blower with fresh air, 3 : Base plate

Claims (12)

Anordnung einzelner Brennstoffzellenstacks mit jeweils offener Kathode, gekennzeichnet dadurch, daß die einzelnen Stacks zu einem geschlossenen, ringähnlichen Aufbau angeordnet sind, so daß die Seitenflächen der Stacks, an denen die Luft ein- bzw. austritt (je nach Strömungsrichtung der Luft durch die Gesamtanordnung), sämtlich nach innen (bzgl. der ringähnlichen Anordnung) orientiert sind, so daß bei einer angenommenen Luftdruckdifferenz zwischen Innenraum der ringähnlichen Anordnung und Außenraum sämtliche Einzelstacks im Prinzip gleichermaßen mit Frischluft versorgt werden. Arrangement of individual fuel cell stacks, each with an open cathode, characterized in that the individual stacks are arranged in a closed, ring-like structure, so that the side surfaces of the stacks, at which the air enters or exits (depending on the flow direction of the air through the overall arrangement) , are all oriented inwards (with respect to the ring-like arrangement), so that all individual stacks are in principle equally supplied with fresh air at an assumed air pressure difference between the interior of the ring-like arrangement and outdoor space. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die ringähnliche Anordnung einzelner Stacks zu einer Seite hin luftdicht (z.B. mittels einer Platte) abgeschlossen ist und an der gegenüberliegenden Fläche ein Gebläse montiert ist, so daß je nach Drehrichtung des Gebläses entweder Zuluft in den Innenraum der Anordnung geblasen oder – durch die offenen Kathoden der einzelnen Stacks hindurch – Luft aus dem Innenraum der Anordnung gefördert wird.Arrangement according to claim 1, wherein the ring-like Arrangement of individual stacks to one side airtight (for example by means of a plate) is completed and on the opposite surface fan is mounted so that ever according to the direction of rotation of the blower either supply air blown into the interior of the arrangement or - by the open cathodes of each stack through - air out promoted the interior of the arrangement becomes. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, wobei die einzelnen Stacks untereinander gleiche Abmessungen aufweisen, so daß eine regelmäßige Anordnung der Einzelstacks zu einer ringähnlichen Anordnung ermöglicht wird.Arrangement according to claims 1 and 2, wherein the individual stacks have mutually identical dimensions, so that a regular Anord tion of single stacks is made possible to a ring-like arrangement. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zwei Einzelstacks zu einem oben beschriebenen Gesamtsystem angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein two single stacks are arranged to a total system described above. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei drei Einzelstacks zu einer dreieckförmigen Gesamtstruktur angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein three single stacks to a triangular Forest are arranged. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei vier Einzelstacks zu einer rechteckförmigen bzw. quadratischen Gesamtstruktur angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein four single stacks to a rectangular or square forest are arranged. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei fünf Einzelstacks zu einem Fünfeck angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein five single stacks to a pentagon are arranged. Anordnung nach Anspruch 7, wobei fünf Einzelstacks zu einem gleichmäßigen Fünfeck angeordnet sind.Arrangement according to claim 7, wherein five single stacks arranged to a uniform pentagon are. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei sechs Einzelstacks zu einem Sechseck angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein six Single stacks are arranged to a hexagon. Anordnung nach Anspruch 9, wobei sechs Einzelstacks zu einem regelmäßigen Sechseck angeordnet sind.Arrangement according to claim 9, wherein six single stacks to a regular hexagon are arranged. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei mehr als sechs Einzelstacks zu einer geschlossenen ringähnlichen Struktur angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein more as six single stacks to a closed ring-like Structure are arranged. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei mehrere derartige ringähnliche Anordnungen von Einzelstacks übereinander angeordnet sind und mit einem zentral angeordneten Gebläse mit Luft versorgt werden (6)Arrangement according to claim 1, 2 or 3, wherein a plurality of such ring-like arrangements of individual stacks are arranged one above the other and are supplied with a centrally arranged fan with air ( 6 )
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