本發(fā)明涉及一種燃料電池，其帶有：兩個在燃料電池的堆垛方向上相繼布置的雙極板，至少一個工作介質(zhì)管路穿過雙極板在堆垛方向上延伸；膜片電極組件；以及用于使雙極板彼此電絕緣的絕緣元件，其中，絕緣元件橫向于堆垛方向布置在工作介質(zhì)管路和膜片電極組件之間。此外，本發(fā)明涉及一種用于燃料電池裝置的燃料電池堆垛，其帶有至少兩個在堆垛方向上相繼布置的燃料電池，其中，在燃料電池之間設(shè)置通入工作介質(zhì)管路中的中間腔。此外，本發(fā)明涉及一種帶有燃料電池堆垛的燃料電池裝置。此外，本發(fā)明涉及一種機動車，其帶有提供用于機動車的驅(qū)動能的燃料電池裝置。

背景技術(shù)：

開頭所述類型的燃料電池、燃料電池堆垛、燃料電池裝置和機動車是普遍已知的。

燃料電池利用燃料與氧的化學(xué)轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生電能。為此，燃料電池包含膜片電極組件作為核心組件，其分別可設(shè)計成由離子、尤其地質(zhì)子、傳導(dǎo)的膜片和分別兩側(cè)地布置在膜片處的電極(陽極和陰極)組成的復(fù)合物。此外，氣體擴散層可在膜片電極組件的兩側(cè)布置在電極的背離膜片的側(cè)處。通常，燃料電池裝置具有多個布置成堆垛的燃料電池，其電功率累加。在燃料電池的運行中，燃料、尤其地氫氣h2或含氫氣的氣體混合物被輸送給陽極，在陽極處，在釋放電子的情況下進行h2到h⁺的電化學(xué)氧化。經(jīng)由電解質(zhì)或使反應(yīng)腔氣密地彼此分離并且電絕緣的膜片，實現(xiàn)與水相關(guān)地或無水地將質(zhì)子h⁺從陽極室中傳送到陰極室中。在陽極處提供的電子經(jīng)由電氣管路被導(dǎo)向陰極處。將氧氣或含氧氣的氣體混合物輸送給陰極，從而在吸收電子的情況下進行從o2到o^2-的還原。同時，在陰極室中，氧陰離子在形成水的情況下與經(jīng)由膜片傳送的質(zhì)子反應(yīng)。相對于其它發(fā)電機，通過直接從化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，燃料電池由于避開了卡諾系數(shù)得到更好的效率。

因此，燃料電池裝置通過多個布置成堆垛的燃料電池或單電池形成，從而也稱為燃料電池堆垛。雙極板可用于與膜片電極組件的可導(dǎo)電的接觸。

在裝配燃料電池的情況中，由于可出現(xiàn)公差，膜片電極組件在雙極板之間橫向于堆垛方向布置在其理論位置之外。在此，膜片電子組件優(yōu)選地如此設(shè)計(bemessen)，即，燃料電池也利用偏移地布置的膜片電極組件工作。然而，誤定位的膜片電極組件可向工作介質(zhì)管路的方向上擠壓絕緣元件，從而絕緣元件伸入工作介質(zhì)管路中。由于絕緣元件的重力和彈性性能，在此可能的是，被推動的絕緣元件變形并且至少部分地覆蓋中間腔到工作介質(zhì)管路中的通入部。然而，通過中間腔引導(dǎo)為了使燃料電池運行所需的工作介質(zhì)中的一種。于是，如果絕緣元件覆蓋中間腔的通入部，則其阻斷工作介質(zhì)在中間腔和工作介質(zhì)管路之間的流動，從而燃料電池不再可正常運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)在，本發(fā)明所基于的目的是，提供開頭所述類型的燃料電池、燃料電池堆垛、燃料電池裝置和機動車，其中，燃料電池可簡單裝配并且尤其地可簡單地定位帶有大的位置公差的膜片電極組件，而絕緣元件不可覆蓋中間腔到工作介質(zhì)管路中的通入部。

對于開頭所述的燃料電池，該目的由此實現(xiàn)，即，雙極板中的一個橫向于堆垛方向至少區(qū)段地比雙極板中的另一個的區(qū)段更多地伸入工作介質(zhì)管路中。對于開頭所述的燃料電池堆垛，該目的由此實現(xiàn)，即，燃料電池中的至少一個是根據(jù)本發(fā)明的燃料電池。對于開頭所述類型的燃料電池裝置，該目的由此實現(xiàn)，即，燃料電池堆垛是根據(jù)本發(fā)明的燃料電池堆垛。對于開頭所述的機動車，該目的由此，即，燃料電池裝置是根據(jù)本發(fā)明的燃料電池裝置。

通過使雙極板中的一個橫向于堆垛方向至少區(qū)段地比另一雙極板的區(qū)段更多地伸入工作介質(zhì)管路中，雙極板中的一個可支撐絕緣元件，從而絕緣元件不可到達通入部之前并且由此妨礙或甚至阻斷工作介質(zhì)流。由于雙極板中的一個從雙極板中的另一個中至少區(qū)段地突出，突出的區(qū)段不需要通過絕緣元件與雙極板中的另一個電絕緣，因為其不可與另一雙極板接觸。因此，如果膜片電極組件布置在其理論位置中，則絕緣元件不需要伸到突出部上。

如果沒有另外闡述，根據(jù)本發(fā)明的解決方案可通過不同的、分別對于自身而言有利的、可任意相互組合的設(shè)計方案進一步改善。以下討論這些設(shè)計形式和與其相關(guān)的優(yōu)點。

如此，伸入工作介質(zhì)管路中的區(qū)段可為伸入工作介質(zhì)管路中的突出部，其優(yōu)選地伸出超過雙極板中的另一個的鄰近的區(qū)段。也就是說可為足夠的是，絕緣元件僅僅部分地、即不是完全地或整面地被支撐，以防止絕緣元件到達通入孔上。由此，可節(jié)省用于構(gòu)造保留支撐面的材料，以防止燃料電池的不必要的高重量。

兩個雙極板可分別具有伸入工作介質(zhì)管路中的突出部，其中，突出部橫向于堆垛方向彼此間隔開。如此構(gòu)造的燃料電池可與燃料電池在空間中的取向無關(guān)地在堆垛方向上且與堆垛方向相反地支撐絕緣元件，并且由此防止絕緣元件放在通入孔上。

例如，雙極板中的一個的突出部在堆垛方向上的投影不可與雙極板中的另一個重疊。于是，一個雙極板的突出部的投影與雙極板中的另一不重疊。如果雙極板中的兩個都具有突出部，兩個突出部沿著堆垛方向的投影優(yōu)選地同樣不重疊，從而其在堆垛方向上的投影不重疊。

伸入工作介質(zhì)管路中的區(qū)段可為兩個燃料電池中的一個的指離燃料電池的中心的且接觸工作介質(zhì)管路的邊緣，其中，該邊緣從兩個燃料電池中的另一個的指離燃料電池的中心的且接觸工作介質(zhì)管路的邊緣中凸出。例如，這些邊緣指向燃料電池的邊緣區(qū)域。由此，尤其地可在這樣的情況中支撐絕緣元件，即，膜片電極組件擠壓絕緣元件遠離中心并且例如向工作介質(zhì)管路的方向?qū)⑵鋽D向燃料電池的邊緣區(qū)域。

如果燃料電池中的至少兩個被組成燃料電池堆垛，燃料電池中的一個的伸入工作介質(zhì)管路中的區(qū)段鄰接到在燃料電池之間存在的中間腔處。由此，可以節(jié)省空間的方式提供保留支撐面并且可有效地防止絕緣元件放在通入孔上。

于是，伸入工作介質(zhì)管路中的區(qū)段可構(gòu)成用于絕緣元件的保留支撐面。

附圖說明

下面在實施例中根據(jù)從屬的附圖闡述本發(fā)明。其中：

圖1以俯視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池的實施例的示意圖，

圖2和3以截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池堆垛的實施例的示意圖，

圖4以截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池裝置的實施例的示意圖，

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的機動車的實施例的示意圖。

具體實施方式

下面示例性地根據(jù)實施形式參考圖紙闡述本發(fā)明。在此，實施形式的不同特征可彼此獨立地相互組合，如已經(jīng)在單個有利的設(shè)計方案中說明的那樣。

首先，參考圖1的實施例描述根據(jù)本發(fā)明的燃料電池的結(jié)構(gòu)和功能。

圖1示出了帶有兩個雙極板2,3的燃料電池1，兩個雙極板2,3相繼布置在堆垛方向s上并且由此被堆垛。工作介質(zhì)管路4沿著堆垛方向s延伸穿過雙極板2,3。為了構(gòu)造工作介質(zhì)管路4，雙極板2,3具有孔，其相繼布置在堆垛方向s上并且優(yōu)選地至少基本上彼此對準。

雙極板2至少區(qū)段地比另一雙極板3的區(qū)段更多地伸入工作介質(zhì)管路4中。尤其地，雙極板2具有至少一個突出部5并且例如具有兩個突出部5,6，其橫向于堆垛方向s且例如在燃料電池1的寬度方向b上從雙極板中的另一個3中凸出，并且伸入工作介質(zhì)管路4中。寬度方向b優(yōu)選地指向燃料電池1的邊緣區(qū)域r的方向，工作介質(zhì)管路4布置在邊緣區(qū)域r附近。如果雙極板2具有突出部5,6，其可設(shè)置成彼此間隔開，尤其地垂直于堆垛方向s和寬度方向b。

尤其地，雙極板中的一個2可在朝向燃料電池1的邊緣區(qū)域r的方向上至少區(qū)段地從雙極板中的另一個3中突出，從而例如突出部5,6向邊緣區(qū)域r的方向延伸。優(yōu)選地，工作介質(zhì)管路4在突出部5,6和邊緣區(qū)r之間延伸。

雙極板中的另一個3也可具有至少一個突出部5a并且例如具有兩個突出部5a,6a，其關(guān)于雙極板中的一個2的區(qū)段例如在朝向邊緣區(qū)域r的方向上突出到工作介質(zhì)管路4中。為了避免突出部5,5a,6,6a彼此機械地接觸并且由此可產(chǎn)生在雙極板2,3之間的電短路，雙極板2的突出部5,6橫向于堆垛方向s且例如在寬度方向b上布置成與雙極板3的突出部5a,6a間隔開。因此，突出部5,6在堆垛方向s上的投影不與突出部5a,6a重疊，而是相反地與突出部5a,6a間隔開地延伸。

圖2以側(cè)向的截面圖示意性地示出了燃料電池堆垛10，其中，該截面圖相應(yīng)于在圖1中利用符號a-a指出的截面。對于在功能和/或結(jié)構(gòu)中與在圖1的實施例的元件相應(yīng)的元件，使用相同的附圖標記。為了簡化，以下僅僅討論與圖1的實施例的區(qū)別。

燃料電池堆垛10具有圖1的實施例的燃料電池1。此外，圖2示出了另外兩個燃料電池1a,1b，其中，燃料電池1,1a,1b相繼布置在堆垛方向s上并且如此被聯(lián)合成燃料電池堆垛10地示出。在燃料電池1和1a之間以及在燃料電池1和1b之間分別設(shè)置中間腔11。中間腔11分別具有通入孔12，工作介質(zhì)可通過該通入孔12從工作介質(zhì)管路4中流入相應(yīng)的中間腔11中。

燃料電池1,1a,1b中的每一個具有膜片電子組件13，其布置在相應(yīng)的燃料電池1,1a,1b的雙極板2,3之間。此外，燃料電池1,1a,1b中的每一個具有絕緣元件14，其使燃料電池1,1a,1b中的每一個的雙極板2,3彼此電分離，從而雙極板2,3不通過電短路相互連接。橫向于堆垛方向s且例如在寬度方向b上，絕緣元件14布置在膜片電子組件13和工作介質(zhì)管路4之間。

絕緣元件14可在其橫向于插塞方向s、例如在燃料電池堆垛10的寬度方向b上的走向上具有加厚部15，其作為密封元件防止橫向于堆垛方向s穿流相應(yīng)的燃料電池1,1a,1b。

燃料電池1b的膜片電極組件13橫向于堆垛方向s并且至少在寬度方向b上布置在其理論位置中。然而，燃料電池13的絕緣元件14不伸入工作介質(zhì)管路4中。

相反地，燃料電池1的膜片電極組件13橫向于堆垛方向s且例如在寬度方向b上布置成相對于燃料電池1b的膜片電極組件13偏移以錯位v。由此，燃料電池1的絕緣元件14也被推向工作介質(zhì)管路4的方向，從而尤其地絕緣元件14的自由端部16伸入工作介質(zhì)管路4中。例如，由于重力或通過環(huán)流自由端部16的工作介質(zhì)，延伸到工作介質(zhì)管路4中的自由端部16可變形并且如此覆蓋在燃料電池1和1b之間存在的通入孔12，從而工作介質(zhì)不可在工作介質(zhì)管路4與在燃料電池1和1a之間設(shè)置的中間腔11之間流動。由此，至少燃料電池1以及可能同樣燃料電池1a的運行僅僅受限地實現(xiàn)或者完全不可行，因為工作介質(zhì)在運行中不再可流入中間腔11中或者可從中流出。然而，突出部6a形成用于絕緣元件14的保留支撐面17，從而絕緣元件14被突出部6a支撐并且由此不再可覆蓋通入孔12。

圖3示出了帶有不同地設(shè)計的燃料電池1,1a,1b的根據(jù)本發(fā)明的燃料電池堆垛10的另一實施例。對于在功能和/或結(jié)構(gòu)中與在圖1和2的實施例的元件相應(yīng)的元件，使用相同的附圖標記。為了簡化，以下僅僅討論與圖1和2的實施例的區(qū)別。

在圖3中，也如在圖1中通過截面a-a指出的那樣剖切地示出了燃料電池堆垛10。然而，至少一個燃料電池1的雙極板2,3不具有突出部5,6或5a,6a。相反地，鄰接到工作介質(zhì)管路4處的邊緣18橫向于插塞方向s且例如在寬度方向b上伸出超過雙極板2的鄰接到工作介質(zhì)管路4處的邊緣19。

凸出的邊緣18同樣形成用于絕緣元件14的自由端部16的保留支撐面17，從而甚至在膜片電極組件13錯位v時絕緣元件14也不會覆蓋并由此至少部分地封閉在燃料電池1和1a之間的通入孔12。

圖4以示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池裝置的第一實施例。對于在功能和/或結(jié)構(gòu)中與在至此的圖中的實施例的元件相應(yīng)的元件，使用相同的附圖標記。為了簡化，以下僅僅討論與至此的圖的實施例的區(qū)別。

燃料電池裝置20具有帶有多個燃料電池1的之前的實施例中的一個的燃料電池堆垛10。附加于工作介質(zhì)管路4，另一工作介質(zhì)管路4a延伸穿過燃料電池堆垛10，其中，工作介質(zhì)管路4,4a橫向于插塞方向s且例如在寬度方向b上彼此布置在雙極板2,3的彼此相反的側(cè)處。

根據(jù)本發(fā)明的燃料電池堆垛10以及根據(jù)本發(fā)明的燃料電池1,1a,1b可具有至少兩個、并且例如至少四個工作介質(zhì)管路4。工作介質(zhì)管路4中的至少兩個可通過選擇出的中間腔11傳導(dǎo)工作介質(zhì)地相互連接并且構(gòu)成工作介質(zhì)路徑，該工作介質(zhì)路徑在工作介質(zhì)管路4之間在中間腔11的區(qū)域中扇形展開。膜片電極組件13優(yōu)選地布置在工作介質(zhì)路徑中的一個的工作介質(zhì)管路4之間。

根據(jù)本發(fā)明，雙極板2,3的兩個鄰接到工作介質(zhì)管路4,4a處的側(cè)可構(gòu)造成帶有凸出或突出的且伸入工作介質(zhì)管路中的區(qū)段、例如突出部5,5a,6,6a。

此外，燃料電池裝置可具有控制裝置21，其可傳輸控制信號地與燃料電池堆垛10相連接。

圖5示出了帶有燃料電池裝置20的根據(jù)本發(fā)明的機動車的第一實施例。

機動車30具有驅(qū)動裝置31、例如電動機，其傳輸驅(qū)動能地與燃料電池裝置20相連接。在運行中，燃料電池裝置20產(chǎn)生驅(qū)動能，其被引導(dǎo)至驅(qū)動裝置31，由此可利用電的燃料電池能驅(qū)動機動車30。

附圖標記清單

1,1a,1b燃料電池

2,3雙極板

4,4a工作介質(zhì)管路

5,5a,6,6a突出部

10燃料電池堆垛

11中間腔

12通入孔

13膜片電極組件

14絕緣元件

15加厚部

16絕緣元件的自由端部

17保留支撐面

18雙極板3的鄰接到工作介質(zhì)管路處的邊緣

19雙極板2的鄰接到工作介質(zhì)管路處的邊緣

20燃料電池裝置

21控制裝置

30機動車

31驅(qū)動裝置

b寬度方向

s堆垛方向

r邊緣區(qū)域

v錯位。