DE69513032T2 - Interne fluidsammelkanaleinheit für eine batterie von elektrochemischen brennstoffzellenstapeln - Google Patents

Interne fluidsammelkanaleinheit für eine batterie von elektrochemischen brennstoffzellenstapeln

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrochemische Brennstoffzellen. Mehr im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Fluidsammelleitungsanordnung für eine Gruppierung von Brennstoffzellenstapeln, die auch die Endplatten für die einzelnen Brennstoffzellenstapel vorsieht.
    • Hintergrund der Erfindung:
  • Elektrochemische Brennstoffzellen verwandeln Brennstoff und Oxidationsmittel in Elektrizität und Reaktionsprodukt. Elektrochemische Brennstoffzellen mit festem Polymer verwenden im allgemeinen eine Membran-Elektroden-Anordnung ("MEA"), die eine Ionenaustauschmembran oder einen festen Polymerelektrolyten, der zwischen zwei Elektroden aus porösem, elektrisch leitendem Blattmaterial angeordnet ist, typischerweise Kohlefaserpapier, umfaßt. Die MEA enthält eine Lage Katalysator, typischerweise in Form von feinverteiltem Platin, an jeder Membran/Elektrode-Grenzfläche, um die gewünschte elektrochemische Reaktion zu induzieren. Die Elektroden sind im allgemeinen elektrisch verbunden, um einen Weg für die Elektronenleitung zwischen den Elektroden zu einer externen Last vorzusehen.
  • An der Anode durchdringt der Brennstoff das poröse Elektrodenmaterial und reagiert an der Katalysatorlage unter Bildung von Kationen, die durch die Membran zur Kathode wandern. An der Kathode reagiert das zugeführte sauerstoffhaltige Gas an der Katalysatorlage unter Bildung von Anionen. Die an der Kathode gebildeten Anionen reagieren mit den Kationen unter Bildung eines Reaktionsproduktes.
  • In elektrochemischen Brennstoffzellen, die Wasserstoff als Brennstoff und sauerstoffhaltige Luft (oder im wesentlichen reinen Sauerstoff) als Oxidationsmittel verwenden, erzeugt die katalysierte Reaktion an der Anode Wasserstoffkationen (Protonen) aus der Brennstoffzufuhr. Die Ionenaustauschmembran fördert die Wanderung der Wasserstoffionen von der Anode zur Kathode. Zusätzlich dazu, daß sie die Wasserstoffionen leitet, isoliert die Membran den wasserstoffhaltigen Brennstoffstrom vom sauerstoffhaltigen Oxidationsmittelstrom. An der Kathode reagiert der Sauerstoff an der Katalysatorlage unter Bildung von Anionen. Die an der Kathode gebildeten Anionen reagieren mit den Wasserstoffionen, die die Membran durchquert haben, unter Bildung von Wasser als Reaktionsprodukt. Die Anoden- und Kathodenreaktionen in Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzellen werden in den folgenden Gleichungen gezeigt:
  • Anodenreaktion: H&sub2; → 2 H&spplus; + 2 e&supmin;
  • Kathodenreaktion: ¹/&sub2; O&sub2; + 2 H&spplus; + 2 e&supmin; → H&sub2;O
  • In typischen Brennstoffzellen ist die MEA zwischen elektrisch leitenden Platten angeordnet, in denen jeweils mindestens ein Strömungsweg graviert oder gefräst ist. Diese Fluid-Strömungsfeldplatten bestehen typischerweise aus Graphit. Die Strömungswege führen den Brennstoff und das Oxidationsmittel zu den jeweiligen Elektroden, nämlich der Anode an der Brennstoffseite und der Kathode an der Oxidationsmittelseite. In einer einzelnen Zellenanordnung sind auf der Anoden- und der Kathodenseite Fluid-Strömungsfeldplatten vorgesehen. Die Platten wirken als Stromkollektoren, bieten den Elektroden Stütze, sehen die Zugangskanäle für Brennstoff und Oxidationsmittel zur Anoden- bzw. Kathodenfläche vor und bieten Kanäle für die Entfernung des während des Betriebs der Zelle gebildeten Wassers.
  • Zwei oder mehr Brennstoffzellen können verbunden werden, im allgemeinen in Serie, aber manchmal auch parallel, um die Gesamtenergieausbeute der Anordnung zu erhöhen. In Serienanordnungen dient eine Seite einer gegebenen Platte als Anodenplatte für eine Zelle, und die andere Seite der Platte kann als Kathodenplatte der benachbarten Zelle dienen. Eine olche in Serie verbundene mehrfache Brennstoffzellenanordnung wird als Brennstoffzellenstapel bezeichnet und wird üblicherweise durch Verbindungsstangen und Endplatten im zusammengebauten Zustand gehalten. Der Stapel schließt typischerweise Sammelleitungen und Einlaßöffnungen ein, um Brennstoff (im wesentlichen reinen Wasserstoff, Methanol-Reformat oder Erdgas- Reformat) und Oxidationsmittel (im wesentlichen reinen Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Luft) zu den Anoden- und Kathoden-Strömungsfeldkanälen zu führen. Der Stapel schließt üblicherweise auch eine Sammelleitung und eine Einlaßöffnung ein, um Kühlfluid, typischerweise Wasser, zu inneren Kanälen in dem Stapel zu führen, um die durch die exotherme Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff in den Brennstoffzellen erzeugte Wärme zu absorbieren. Der Stapel schließt im allgemeinen auch Ableitsammelleitungen und Auslaßöffnungen ein, um nicht umgesetzte Brennstoff- und Oxidationsmittelgase, die jeweils Wasser mitführen, auszutragen, sowie eine Ableitsammelleitung und Auslaßöffnung für das Kühlwasser, das aus dem Stapel austritt.
  • Zwei oder mehr Brennstoffzellenstapel können elektrisch verbunden werden, im allgemeinen in Serie, aber auch parallel, um die Gesamtenergieausbeute des Systems zu erhöhen. Eine solche in Serie verbundene Brennstoffzellenstapel-Anordnung wird als Brennstoffzellenstapel-Gruppierung bezeichnet.
  • In herkömmlichen Brennstoffzellenstapel-Gruppierungen werden die Einlaß-Brennstoff- (im wesentlichen reiner Wasserstoff, Methanol-Reformat oder Erdgas-Reformat), -Oxidationsmittel- (im wesentlichen reiner Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Luft) und -Kühlmittelströme den einzelnen Brennstoffzellensta peln im allgemeinen durch getrennte, externe Einlaßleitungen zugeführt, die jede einen einzelnen Stapel versorgen. Ähnlich werden Auslaß-Brennstoff-, -Oxidationsmittel- und -Kühlmittelströme im allgemeinen aus den Stapeln durch getrennte, externe Auslaßleitungen, die jeweils einen einzelnen Stapel bedienen, abgeleitet. Herkömmliche Gruppierungen haben daher typischerweise ein komplexes Netzwerk von Reaktanten- und Kühlmittel- Zuführ- und -Ableitleitungen damit assoziiert. Ein solches komplexes Netzwerk von Leitungen macht die Wartung der einzelnen Stapel insofern schwierig, als jede Leitung separat identifiziert, von der entsprechenden Einlaß- oder Auslaßöffnung abgetrennt und dann nach Beendigung der Wartung wieder angeschlossen werden muß. Ein komplexes Netzwerk getrennter, externer Zuführ- und Ableitleitungen erfordert auch ein beträchtliches Volumen, nicht nur wegen des von den Leitungen eingenommenen gesamten Raums, sondern auch wegen des Raums, der für den Zugang und die Handhabung der Leitungen und der entsprechenden Einlaß- und Auslaßöffnungen während der Wartung erforderlich ist.
  • Folglich ist ein Ziel der Erfindung die Bereitstellung einer Fluidsammelleitungsanordnung für eine Gruppierung von Brennstoffzellenstapeln, wobei die Zahl und die Komplexität der Komponenten für die Lieferung der Einlaß-Reaktanten- und -Kühlmittelströme zu den Stapeln und das Ableiten der Auslaß- Reaktanten- und -Kühlmittelströme aus den Stapeln reduziert wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieses Ziel durch die Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 1 erreicht werden, die auch den Vorteil bietet, daß die Volumeneffizienz einer Gruppierung von Brennstoffzellenstapeln verbessert wird.
  • GB-A-2000626 offenbart eine Sammelleitungsanordnung, die einen einzelnen I-Träger enthält, der Einlaß- und Auslaßleitungen enthält, die durch die Ober- bzw. Unterseite einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln in Fluidverbindung stehen. Diese Publikation offenbart jedoch keine Sammelleitung, die Endplatten umfaßt, von denen sich die Brennstoffzellenstapel erstrecken. Separate Endplatten wären erforderlich, um die Stapel zusammenzudrücken.
  • FR-A-1312948 offenbart eine Sammelleitungsanordnung, die aus Einlaßkanäle enthaltenden unteren Platten und Auslaßkanäle enthaltenden oberen Platten besteht. Diese Publikation offenbart jedoch keine Fluidsammelleitungsanordnung, die in einem Gehäuse Mittel zum Einführen mindestens eines Fluidstroms zu jedem der Brennstoffzellenstapel und im selben Gehäuse Mittel zum Ableiten mindestens eines Auslaßfluidstroms aus jedem der Brennstoffzellenstapel umfaßt, wie das durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird. Weiters offenbart diese Publikation kein einzelnes Gehäuse, das Verbindungsendplatten aufweist, wie das von der vorliegenden Erfindung gelehrt wird.
  • FR-A-2208197 offenbart eine Sammelleitungsplatte, die in Fluidverbindung mit zwei Brennstoffzellenstapel steht, die Ende an Ende angeordnet sind. Diese Publikation offenbart jedoch keine Fluidsammelleitungsanordnung für eine Gruppierung von Brennstoffzellenstapeln, worin sich mindestens zwei der Stapel Seite an Seite benachbart von der Fluidsammelleitungsanordnung erstrecken, wie das in der vorliegenden Erfindung gelehrt wird. Diese in dieser Publikation geoffenbarte Sammelleitung 11 ist für eine Erweiterung auf eine größere Anzahl von Brennstoffzellenstapeln auch nicht geeignet.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fluidsammelleitungsanordnung haben die Merkmale von einem oder mehreren der Ansprüche 2, 3 und 4.
  • In einer weiteren verbesserten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung erstreckt sich von jeder der Endplatte ein Brennstoffzellenstapel; vorzugsweise ist jede der Endplatten an einem aus der Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln angebracht.
  • Vorteilhafterweise werden die Brennstoffzellenstapel gegen die Endplatten gepreßt.
  • Noch eine weitere verbesserte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Merkmale des Anspruchs 7, und vorzugsweise ist jeder der Einlaßdurchgänge und der Auslaßdurchgänge im wesentlichen von einer Dichtung umgeben.
  • Alternativ hat die Fluidsammelleitungsanordnung der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Anspruchs 8. Vorzugsweise paßt das Rohr zu dem entsprechenden Durchgang in der benachbarten Endplatte. Für Ausführungsformen, die von Verbindungsrohren Gebrauch machen, ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruchs 9 zu verwenden, wodurch eine im wesentlichen fluidundurchlässige Dichtung zwischen dem Verbindungsrohr und der benachbarten Endplatte gebildet wird.
  • Wenn die Endplatten zusammengebaut werden, bilden die verbundenen Durchgänge die Fluidsammelleitungen, die sich durch die Anordnung erstrecken.
  • Es ist auch von Vorteil, die erfindungsgemäße Fluidsammelleitungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorzusehen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • Die Fig. 1 ist eine Endansicht zweier herkömmlicher gestapelter Gruppierungen von Brennstoffzellenstapeln und zeigt die Vielfalt der Öffnungen, mit denen getrennte, externe Einlaß- und Auslaßleitungen verbunden sind. Die Fig. 2 ist eine per spektivische Ansicht einer, internen Fluidsammelleitungsanordnung für eine Gruppierung von fünf elektrochemischen Brennstoffzellenstapeln. Die Fig. 3 ist eine Endansicht eines der in der Gruppierung der Fig. 2 gezeigten Brennstoffzellenstapel. Die Fig. 4 ist eine seitliche Schnittansicht des Brennstoffzellenstapels in Richtung der Pfeile A-A in der Fig. 3. Die Fig. 5 ist eine Endansicht der Außenfläche der Fluidsammelleitungs-Endplatte des in der Fig. 4 gezeigten Brennstoffzellenstapels. Die Fig. 6 ist eine Seitenansicht der in der Fig. 5 gezeigten Fluidsammelleitungs-Endplatte. Die Fig. 7 ist eine Endansicht der Innenfläche der Fluidsammelleitungs-Endplatte des in der Fig. 4 gezeigten Brennstoffzellenstapels. Die Fig. 8 ist eine seitliche Schnittansicht in Richtung der Pfeile B-B in der Fig. 5. Die Fig. 9 ist eine seitliche Schnittansicht in Richtung der Pfeile C-C in der Fig. 5. Die Fig. 10 ist eine Endansicht zweier gestapelter Gruppierungen von Brennstoffzellenstapeln mit einer internen Fluidsammelleitungsanordnung. Die Fig. 11 ist eine Seitenansicht der beiden gestapelten Gruppierungen von Brennstoffzellenstapeln, die in der Fig. 10 gezeigt werden. Die Fig. 12 ist eine Endansicht, teilweise im Schnitt, einer Fluidsammelleitungsanordnung für eine Gruppierung von Brennstoffzellen, wobei die Verbindungsrohre gezeigt werden, die sich an der Verbindung jedes benachbarten Paares von Fluidsammelleitungs-Endplatten befinden. Die Fig. 13 ist eine Schnittansicht, welche die Verbindungsrohre und die ihnen zugeordneten elastischen Dichtungsringe zeigt, die sich an der Verbindung jedes benachbarten Paares von Fluidsammelleitungs-Endplatten befinden.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:
  • Zuerst zu Fig. 1: Ein auf Brennstoffzellen basierendes Energieerzeugungssystem 10 umfaßt zwei herkömmliche, nach dem Stand der Technik gestapelte Gruppierungen von fünf Brennstoffzellenstapeln pro Gruppierung für insgesamt 10 Stapel.
  • Der repräsentative Stapel 12 in der Fig. 1 hat sechs Öffnungen, die mit Fluideinlaß- und -auslaßleitungen (in der Fig. 1 nicht gezeigt) verbinden. Die sechs Öffnungen schließen die Einlaß-Brennstoffstromöffnung 14, die Auslaß-Brennstoffstromöffnung 16, die Einlaß-Oxidationsmittelstromöffnung 18, die Auslaß-Oxidationsmittelstromöffnung 20, Einlaß-Kühlmittelstromöffnung 22 und die Auslaß-Kühlmittelstromöffnung 24 ein. Die Platten und Schichten, die den Stapel 12 aufbauen, werden mit Hilfe von Druckstäben 34a, 34b zusammengedrückt, die eine Druckkraft auf die Endplatte 32 ausüben.
  • Nun zu Fig. 2: Eine Gruppierung 100 von fünf elektrochemischen Brennstoffzellenstapeln, von denen einer in der Fig. 2 als Stapel 102 bezeichnet wird, schließt eine interne Fluidsammelleitungsanordnung ein, wobei eine Komponente davon die Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 ist. Der Brennstoffzellenstapel 102 umfaßt einen elektrochemisch aktiven Abschnitt 104, einen Befeuchtungsabschnitt 106, Sammelplatten 108a, 108b. Wie in der Fig. 1 gezeigt wird, sind mit der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 die Einlaß-Brennstoffleitung 132, die Auslaß-Brennstoffleitung 134, die Einlaß-Oxidationsmittelleitung 136, die Auslaß-Oxidationsmittelleitung 138, die Einlaß-Kühlmittelleitung 140 und die Auslaß-Kühlmittelleitung 142 in Fluidverbindung verbunden.
  • Der Brennstoffzellenstapel 102 ist mit Hilfe eines Druckmechanismus, der Druckstäbe 116a, 116b, Verbindungsstangen 118a, 118b, Befestigungsmuttern 120a, 120b und die Druck-Endplatte 122 einschließt, im zusammengepreßten Zustand konsolidiert. Das Drehen der Befestigungsmuttern 120a, 120b entlang der Verbindungsstangen 118a, 118b hin zum Inneren des Stapels 102 bringt die Druckstäbe 116a, 116b gegen die Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 und gegen die Druck-Endplatte 122, wobei die Platten und Schichten, die zwischen der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 und der Druck-Endplatte 122 angeordnet sind, zusammengedrückt werden.
  • Die Dichtungen, von denen eine in der Fig. 2 als Dichtung 121 bezeichnet wird, sind an der Verbindung benachbarter Fluidsammelleitungs-Endplatten angeordnet. Die Dichtung 121 umgibt im wesentlichen jeden der Einlaß- und Auslaßdurchgänge in den Fluidsammelleitungs-Endplatten, um zu verhindern, daß Fluidströme, die in den Durchgängen strömen, mit der Umgebung der Gruppierung 100 in Verbindung kommen. Die Dichtung 121 besteht vorzugsweise aus einem geeigneten Dichtmaterial, wie beispielsweise einem elastischen synthetischen Gummi oder einem Material auf Silicon-Basis.
  • Die Fig. 3 zeigt ebenfalls den Brennstoffzellenstapel 102, wie er die Fluidsammelleitungs-Endplatte 114, die Druckstäbe 116a, 116b und die Befestigungsmuttern 120a, 120b einschließt.
  • In der in der Fig. 4 gezeigten Schnittansicht des Stapels 102 hat die Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 Durchgänge für die Aufnahme der in den Stapel 102 und die anderen Stapel in der Gruppierung eingeführten Einlaß-Fluidströme sowie für die aus dem Stapel 102 und den anderen Stapeln in der Gruppierung abgeleiteten Auslaß-Fluidströme darin geformt. Die für die Einlaß-Fluidströme in der Fluidsammelleitungs-Endplatte 17L4 gebildeten Durchgänge sind der Einlaß-Brennstoffstromdurchgang 232, der Einlaß-Oxidationsmittelstromdurchgang 236 und der Einlaß-Kühlmittelstromdurchgang 240. Die für die Auslaß-Fluidströme in der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 gebildeten Durchgänge sind der Auslaß-Brennstoffstromdurchgang 234, der Auslaß-Oxidationsmittelstromdurchgang 238 und der Auslaß-Kühlmittelstromdurchgang 242. Eine Aussparung 221 ist in der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 für das Anbringen und Enthalten einer Dichtung ausgebildet, die jeden der Durchgänge 232, 234, 236, 238, 240, 242 umgibt und jeden der Durchgänge hinsichtlich der Fluide von der Umgebung des Stapels 102 iso liert.
  • Die Außenfläche der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114, die vom Rest des Stapels weg weist, wird in der Fig. 5 gezeigt. Die Fig. 6 illustriert die Stelle der Durchgänge 232, 234, 236, 238, 240, 242, die in der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 gebildet sind, sowie die Dichtungsaussparung 221, die jeden der Durchgänge umgibt. Die Fig. 7 zeigt die Innenfläche der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114, die zum Rest des Stapels hin zeigt.
  • In der in der Fig. 8 gezeigten Schnittansicht der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 weist der Einlaß-Oxidationsmittelstromdurchgang 236 eine Zweigleitung 236a zum Einführen des Einlaß-Oxidationsmittelstroms in den Einlaßkopf, der die Kathoden des Stapels speist (in der Fig. 8 nicht gezeigt), auf. Ähnlich weist der Auslaß-Oxidationsmittelstromdurchgang 238 eine Zweigleitung 238a für die Aufnahme des Auslaß-Oxidationsmittelstroms vom Auslaßkopf von den Kathoden des Stapels auf.
  • In der in der Fig. 9 gezeigten Schnittansicht der Fluidsammelleitungs-Endplatte 114 weist der Einlaß-Brennstoffstromdurchgang eine Zweigleitung 232a zum Einführen des Einlaß-Brennstoffstroms in den Einlaßkopf, der die Anoden des Stapels speist (in der Fig. 9 nicht gezeigt), auf. Ähnlich weist der Auslaß-Brennstoffstromdurchgang 234 eine Zweigleitung 234a für die Aufnahme des Auslaß-Brennstoffstroms vom Auslaßkopf von den Anoden des Stapels auf.
  • Die Fig. 10 zeigt eine Anordnung von zwei gestapelten Gruppierungen 302, 304 von Brennstoffzellenstapeln, jede mit einer internen Fluidsammelleitungsanordnung. Die Gruppierungen 302, 304 sind auf einer Basis 306 aufgebaut. Die Zahl 308 in der Fig. 10 bezeichnet das Volumen, das von den Einlaß- und Auslaßleitungen eingenommen wird, welche die Einlaßströme zu je der Gruppierung und die Auslaßströme aus jeder Gruppierung leiten. Die Fig. 11 zeigt die Zunge-Rille-Anordnung der gestapelten Gruppierungen 302, 304 der Fig. 10. Die Zunge-Rille-Anordnung hält die Ausrichtung und strukturelle Stabilität der Brennstoffzellenstapel-Gruppierungen aufrecht.
  • Als Alternative zu den an der Verbindung benachbarter Fluidsammelleitungs-Endplatten angeordneten Dichtungen können auch Verbindungsrohre in den Einlaß- und Auslaßdurchgängen verwendet werden. Wie in der Fig. 12 gezeigt wird, vervollständigen an der Verbindung jedes benachbarten Paares von Fluidsammelleitungs-Endplatten befindliche Verbindungsrohre die Fluidverbindung für jeden Durchgang innerhalb der Fluidsammelleitungs- Endplatten, die die Fluidsammelleitungsanordnung der Brennstoffzellenstapel-Gruppierung bilden. Die Verbindungsrohre 542a, 542b, 542c, 542d sind innerhalb der Fluidverbindung für den Durchgang 442 angeordnet und vervollständigen ihn. Ähnlich befinden sich Verbindungsrohre 538, 540 in der Fluidverbindung für die Durchgänge 438 bzw. 440 und vervollständigen sie.
  • Wie im Detail in der Fig. 13 gezeigt wird, hat jedes Verbindungsrohr 538, 540, 542a einen oder mehrere elastische Dichtungsringe an der Außenfläche angeordnet. Beispielsweise hat das Verbindungsrohr 542a einen elastischen Dichtungsring 642a an der Außenfläche angeordnet, um eine im wesentlichen fluid- undurchlässige Dichtung zwischen dem Verbindungsrohr 542a und der Fluidsammelleitungs-Endplatte 714a herzustellen. Ähnlich hat das Verbindungsrohr 542b einen anderen elastischen Dichtungsring 642b an seiner Außenfläche angeordnet, um eine im wesentlichen fluidundurchlässige Dichtung zwischen dem Verbindungsrohr 542a und der Fluidsammelleitungs-Endplatte 714b herzustellen.
  • Die Komponenten der vorliegenden Fluidsammelleitungsanordnung bestehen vorzugsweise aus einem formbaren, elektrisch isolie renden und thermisch isolierenden Material, wie z. B. einem thermoplastischen oder härtbaren Material. Die erforderlichen Eigenschaften für das Material sind chemische Kompatibilität mit den Bestandteilen der Einlaß- und Auslaßströme der Brennstoffzelle sowie gute Leistungs-Charakteristika, wie beispielsweise hohe Biegefestigkeit, geringes Kriechen und geringe Wärmeausdehnung. Ein bevorzugtes Material schließt etwa 20% Glasfasern ein und hat ungefähr den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Aluminium.
  • Die Bildung der individuellen Endplatten der Fluidsammelleitung aus einem Kunststoffmaterial führt zu elektrischer und thermischer Isolierung der Endplatten. Elektrische Isolierung ist besonders problematisch, wenn Kühlwasser durch eine elektrisch leitende Platte strömt, wobei die Möglichkeit von Kurzschlüssen aufgrund der Leitfähigkeit des Wasserstroms besteht. Die Verwendung eines thermisch isolierenden Kunststoffmaterials bei der Bildung der Endplatten vermeidet auch Wärmeverluste, die manchmal mit herkömmlichen Rohrleitungen aus rostfreiem Stahl verbunden sind. In manchen herkömmliche Konstruktionen war der Wärmeverlust durch Rohrleitungen aus rostfreiem Stahl so wesentlich, daß die Temperatur des benachbarten Brennstoffzellenstapels übermäßig gesenkt wurde. Die Verwendung von Endplatten aus Kunststoffmaterial fördert daher die aktive Regelung der Stapeltemperatur durch Isolierung des Stapels von den Wärmebedingungen der Außenumgebung.

Claims (10)

1. Fluidsammelleitungsanordnung für eine Gruppierung, die eine Vielzahl von elektrochemischen Brennstoffzellenstapeln (102) umfaßt, die sich von der Fluidsammelleitungsanordnung erstrecken, wobei sich mindestens zwei der Brennstoffzellenstapel (102) Seite an Seite benachbart von der Fluidsammelleitungsanordnung erstrecken, wobei die Fluidsammelleitungsanordnung umfaßt:
(a) ein im wesentlichen fluidundurchlässiges Gehäuse, das eine Vielzahl von Endplatten (114) aufweist, wobei sich von jeder Endplatte (114) mindestens einer der Brennstoffzellenstapel (102) erstreckt;
(b) in dem Gehäuse Mittel (232, 232a, 236, 236a, 240, 240a) zum Einführen von mindestens einem Einlaß-Fluidstrom in jeden der Brennstoffzellenstapel (102), wobei das Einführmittel eine Fluidverbindung für den mindestens einen Einlaß-Fluidstrom zwischen benachbarten Endplatten bildet;
(c) in dem Gehäuse Mittel (234, 234a, 238, 238a, 242, 242a) zum Ableiten von mindestens einem Auslaß-Fluidstrom aus jedem der Brennstoffzellenstapel (102), wobei dieses Ableitmittel eine Fluidverbindung für den mindestens einen Auslaß- Fluidstrom zwischen benachbarten Endplatten bildet.
2. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 1, worin das Einführmittel (232, 232a, 236, 236a, 240, 240a) mindestens einen in dem Gehäuse ausgebildeten Einlaßdurchgang (232, 236, 240) aufweist, wobei jeder dieser Einlaßdurchgänge (232, 236, 240) einen der Einlaß-Fluidströme in dem Gehäuse enthält, und das Ableitmittel (234, 234a, 238, 238a, 242, 242a) mindestens einen in dem Gehäuse ausgebildeten Auslaßdurchgang (234, 238, 242) aufweist, wobei jeder dieser Auslaßdurchgänge (234, 238, 242) einen der Auslaß-Fluidströme in dem Gehäuse enthält.
3. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 2, worin der mindestens eine Einlaß-Fluidstrom einen Einlaß-Brennstoffstrom und einen Einlaß-Oxidationsmittelstrom umfaßt, das Einführmittel (232, 232a, 236, 236a, 240, 240a) zwei Einlaßdurchgänge (232, 236) aufweist, wobei jeder Einlaßdurchgang (232, 236) einen Einlaß-Brennstoffstrom oder einen Einlaß- Oxidationsmittelstrom enthält, der mindestens einen Auslaß- Fluidstrom, einen Auslaß-Brennstoffstrom und einen Auslaß- Oxidationsmittelstrom umfaßt, das Ableitmittel (234, 234a, 238, 238a, 242, 242a) zwei Auslaßdurchgänge (234, 238) aufweist, wobei jeder Auslaßdurchgang (234, 238) einen Auslaß- Brennstoffstrom oder einen Auslaß-Oxidationsmittelstrom enthält.
4. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 3, worin der mindestens eine Einlaß-Fluidstrom weiter einen Einlaß- Kühlmittelstrom umfaßt, das Einführmittel (232, 232a, 236, 236a, 240, 240a) weiter einen dritten Einlaßdurchgang (240) aufweist, wobei dieser dritte Einlaßdurchgang (240) den Einlaß-Kühlmittelstrom enthält, der mindestens einen Auslaß- Fluidstrom, weiter einen Auslaß-Kühlmittelstrom umfaßt, das Ableitmittel (234, 234a, 238, 238a, 242, 242a) einen dritten Auslaßdurchgang (242) aufweist, der den Auslaß- Kühlmittelstrom enthält.
5. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 2, worin sich von jeder der Endplatten (114) einer der Brennstoffzellenstapel (102) erstreckt.
6. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 5, worin die Brennstoffzellenstapel (102) gegen die Endplatten (114) gepreßt sind.
7. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 5, die weiter eine an der Verbindung von jeweils zwei benachbarten Platten (114) angeordnete Dichtung (121) aufweist, wobei diese Dichtung (121) mindestens einen Teil von jedem Einlaßdurchgang (232, 236, 240) und jedem Auslaßdurchgang (234, 238, 242) umgibt.
8. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 5, worin an der Verbindung von jeweils zwei benachbarten Platten (714a, 714b) ein Verbindungsrohr (538, 540, 542a) in jedem Einlaßdurchgang (232, 236, 240) und in jedem Auslaßdurchgang (234, 238, 242) angeordnet ist.
9. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 8, worin das Verbindungsrohr (538, 540, 542a) mindestens einen elastischen Dichtungsring (642a, 642b) an der Außenfläche angeordnet hat.
10. Fluidsammelleitungsanordnung nach Anspruch 5, worin jede aus der Vielzahl von Endplatten einen von einem Rand vorstehenden Zungenabschnitt und einen entlang des entgegengesetzten Randes ausgebildeten Rillenabschnitt aufweist, sodaß der Zungenabschnitt jeder Endplatte in den Rillenabschnitt einer benachbarten Endplatte (Fig. 4 und 11) eingreift.
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