包括燃料电池单元和部件的装置、用于该装置的部件单元和堆叠部件的制作方法_2

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设置,使得主流体流(或第一流体)不会混合其他流体,例如部件的第二流体。相邻设置的实施还可以支持在装置中沿着主流向的基本线性的流动并使得主流向基本上平行于装置的纵向。基本上平行于纵向轴线的主流体流还可以包括从平行方向的微小偏差,例如由于装置的相邻部分的不同的入口或出口形状和尺寸。
[0017]在根据本发明的装置的优选实施方式中,部件包括多个板,所述多个板以彼此平行且上下叠置的方式布置以形成堆叠部件。借助于根据本发明的主流体流以及优选在此说明的其他流的具体导向,板的整个表面可用于沿着板来引导流体流。可沿着多个板的边缘并在各个板之间设置间隔以隔离所述多个板。这样,在多个板之间建立了单个连续的管道,用于在多个板之间引导流体。间隔可以直接用于封闭多个板之间的侧部。例如也可以通过由此形成的板(异形板)来形成管道,例如通过模具成型或冲模。在这些情况中,这些边缘可以直接由焊接或铜焊密封。邻近间隔或用于封闭板侧部的其他封闭机构,不存在或不需要用于使流体通过该板或垂直于该板的开口或管。这样,部件中一个板的整个表面可用于沿着该板来引导流体。这样,例如,整个表面可用于物理或化学工艺,例如热交换工艺或重整工艺。另外,板的侧部区域例如可用于优化流向,同时板的大的中央区域仍旧用于部件所打算用于的热交换或其他工艺。同时,在根据本发明的装置中不会发生流从一个板到一个垂直设置入口或出口管的重新定向。同时,在第一或第二管道中不存在分立部件,这会将多个管道分离为独立的小通道,其可导致严重的压降和不均匀的热交换。这样,流以及该流中的压力和温度是更均匀的。
[0018]根据本发明的装置的一个方面,在燃料电池单元和部件之间设置有间隙。通过该间隙,在燃料电池单元和部件的内部或之间不需要或不会具有机械连接(除了外壳)。这里利于根据本发明的装置的安装、制造和保养。在制造这种装置时也可以更加灵活。例如,各个部分可以制造为模块并可以分别替换。例如,燃料电池单元也可以由不同类型的燃料电池单元来替换。通过提供间隙,从而不需要其他界面或偏转板。这不仅降低了成本还允许更紧凑的制造该装置。另外,进一步提供了主流体流的均匀性,并防止了由于存在机械部件而引起的压力损失。
[0019]如果提供多个部件,优选所有部件彼此相邻设置或分别邻近燃料电池单元设置,在所有部件之间以及该部件和燃料电池单元之间提供一个间隙。
[0020]间隙可以具有例如在Imm至25mm之间、例如在2mm至15mm之间、例如在3mm至5mm之间范围内的宽度。
[0021]根据本发明的装置的另一方面,装置还包括具有入口分布部分的主入口,其中该入口分布部分的深度优选沿着该部件的高度是可变化的。入口分布部分布置成邻近燃料电池单元或者邻近所述部件,这取决于装置的哪一部分被设置在最上游。可将主流体穿过主入口开口而引入主入口。随后,主流体被分布在入口分布部分的内侧,优选在装置的整个侧面之上,优选在燃料电池单元或部件的核心堆叠的整个高度和宽度之上。通过改变主入口的入口分布部分的深度来改变装置的纵向上的入口分布部分的延伸。有利的是,相比于入口分布部分的与主入口开口对置(opposite)(例如与装置的底部相对(versus))的那个端部区域,入口分布部分的与主入口开口相对(例如与装置的顶部相对)的那个端部区域更宽。这样,主流体可以分别进入燃料电池或部件的整个侧面。通过改变入口分布部分的深度,主流可以均匀地分布在整个堆叠之上,除非流体入口仅设置在中央区域。这也提高了根据本发明的装置的性能。
[0022]根据本发明的装置还可以提供具有出口收集部分的主出口。出口收集部分可与主分布部分以相似的方式建立,而例如深度不同于入口分布部分的深度。主出口被布置成邻近装置的最下游部分,例如邻近另一个部件。优选地,在主入口和装置的被布置成邻近该主入口的那一部分之间,以及在主出口和装置的被布置成邻近该主出口的那一部分之间提供有几毫米的小间隙。
[0023]根据本发明的装置的另一方面,该部件还包括具有第二流体入口和第二流体出口的第二管道。该第二管道适于使第二流体穿过部件。由于根据本发明的装置中采用的大多数部件需要第二流,例如热交换器(热和冷却流)或重整器(热和含燃料流),所以该部件中对于第二流的优化,尤其是对于沿主流向流动的第一流的优化,可以进一步提高根据本发明的装置的整体性能。可以实现整体性能,而无需在各个流体间交换质量流。
[0024]优选地,第二流体入口和第二流体出口分别沿着部件或堆叠的高度设置,并且设置在堆叠的相反两侧。这样,第二流体可以只在部件的一侧(例如顶侧)供应,并在第二入口中分布在部件的整个高度上。随后,第二流体流入第二管道,穿过该第二管道(其优选在板的整个表面延伸),并经由第二流体出口离开该部件。为了进一步优化该部件中的流,该第二流体入口可以设置在该部件的一侧的上游区域并且该第二流体出口可以设置在该部件的相反侧的下游区域。这样,第二流体可以从部件的一侧进入部件,随后实质上在部件的中央区域平行于主流向流动并在相反侧离开该部件。中央区域中的这种对流设置例如在热交换器或重整器中可能是优选的。然而,对于对流设置,第二流体入口还可以设置在部件的一侧的下游区域中,并且第二流体出口可以设置在部件的相反侧的上游区域中。
[0025]在一种紧凑设置中,装置和部件的宽度由此可以比部件的长度(即,比装置的纵向上的部件的延伸)大。这样,第二流体流不得不分布在部件的整个宽度上,优选均匀地分布在部件的整个宽度上。优选这样做,使得板的第二管道的中央区域分别优选覆盖部件的横截面的大部分,并优选使得在这个中央区域中实现具有低速的相似流。这样,可以在部件中实施任何工艺。
[0026]根据本发明的装置的其他方面,部件还包括位于第二管道中的阻挡机构。有利的是,提供阻挡机构以在部件的第二管道中实现第二流体的局部可变的压降或局部变化的流体速度。通过局部改变流的特性,可以提高和改变第二管道中的第二流体流的分布、导向、收集、热交换、化学反应或其组合。通过正确选择阻挡机构,流体特性也可以适应该部件的几何形状或根据本发明的装置的其他需求。例如,可以支持该部件的宽度上的第二流体分布以及直接被第二流体出口收集的第二流。有利的是,可以在第二管道的入口分布区域中、中央区域中以及出口收集区域中设置不同的阻挡机构。优选地,所述不同的阻挡机构使得由中央区域中的阻挡机构导致的第二流体的压降高于在入口分布区域和出口收集区域中导致的压降。这样的一个不同的压降例如也可以通过在中央区域而不在入口分布区域和出口收集区域设置阻挡来实现。为了支持入口分布区域中的分布以及出口收集区域中的收集,阻挡机构也可以在一个区域中变化。例如,可以提供阻挡机构,使得只在靠近入口或出口处产生低的压降,而在靠近入口或出口的各相反侧处以及中央区域中产生高压降。优选地,阻挡机构与流向相适应。
[0027]优选地,阻挡机构是设置在管道壁上的结构,例如形成管道壁的板表面中的结构。结构可以是板中具有周期系列的脊和谷的轮廓。脊和谷例如可以在板的中央区域具有更小的周期,或者具有表示更低水压直径的不同轮廓。这也有利于部件的中央区域中的热交换。
[0028]也可以通过粗糙表面来实现结构,例如管道壁的涂层。涂层也可以仅覆盖部分中央区域或板的部分其他区域。涂层例如可以是催化涂层,例如位于热交换器或重整器的至少部分中央区域中。这样,可以将催化反应限制在部件的具体区域中。选择这个区域以使得反应仅发生在一个区域中,在这个区域中,例如该流是均匀的,温度分布最适于反应发生或者例如适于以有效方式与其他(主)流的热交换。
[0029]另外,涂层的厚度可以减小流管道的剩余厚度,使得压降在所涂覆的节段中增加。这进一步利于该节段中流的均匀性。
[0030]如果阻挡机构采用板形的形式,则设计成以便例如优选不影响主流路径中的流分布。然而,由于主流较大并且已经具有大的压降,可以期望减小主流管道中的压降。这例如可以通过降低板的脊之间的开口空间来实现。这些脊和谷之间的开口空间随后会在板的其他侧变得更大,即,在主流的侧面。这样,主流的路径中的压降会降低,而第二流的压降会增加。
[0031]根据本发明的装置的其他方面,主入口开口和主出口开口设置在装置的相反两端并能从该装置的同一侧实现主流体供应和主流体排放。这样,有利于将流体供应到装置和从装置排放流体。优选地,从装置的顶侧供应和排放流体。优选地,这样设置装置的各部分的所有入口和出口,使得所有流体供应和所有流体排放可以设置在装置的同一侧,优选在顶侧。这样,装置例如可以被插入尺寸与该装置的尺寸相匹配的隔室中。例如,将第二流体入口和出口设置在例如装置的侧面,使得它们邻近燃料电池堆的供应入口和排污口,它们可以连接到这里。随后实施上述装置的安装和保养,而无需进入装置的下部。
[0032]在装置的底部没有入口和出口是有利的。这样,装置可以安装在
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