AT407589B - Brennstoffzelle - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle gemäss dem Oberbegriff es Anspruches 1. 



   Bei bekannten derartigen Brennstoffzellen weisen die mäanderfömig verlaufenden Kanäle einen über deren Länge gleichbleibenden Querschnitt auf. Dadurch ergibt sich jedoch das Problem, dass über die Länge der Kanäle die Wasserstoffkonzentration des Brenngases abnimmt. 



  Dies ist durch den Umstand bedingt, dass Wasserstoff durch die Membrane wandert und die rest- lichen Gase im Prozessgasstrom unverändert verbleiben. Dadurch kann über die Länge der mäan- derförmigen Kanäle immer weniger Wasserstoff umgesetzt werden, was zur Folge hat, dass es zu unterschiedlichen Flächenbelastungen und thermischen sowie mechanischen Spannungen in einer Zelle kommt. 



   Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Brennstoffzelle der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der eine im wesentlichen gleichmässige Flächenbelastung   erziel-   bar ist. 



   Erfindungsgemäss wird dies bei einer Brennstoffzelle der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



   Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es möglich, eine weitgehende gleichmässige Flächenbelastung der Brennstoffzelle zu erreichen. 



   Dabei nimmt auf der Anodenseite die Wasserstoffkonzentration ab, da die Wasserstoffatome durch die Membran und die Wasserstoffelektronen über den Stromkreislauf wandern. Mit geringer werdender Wasserstoffkonzentration nimmt die Menge des wandernden Wasserstoffs pro Flächen- einheit ab. Um dies zu kompensieren, wird der Mäanderquerschnitt vergrössert, wodurch die ver- brauchte Wasserstoffmenge pro Lauflänge in Strömungsrichtung konstant bleibt. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergeben sich Vorteile hinsichtlich des fertigungs- technischen Aufwandes, insbesondere bei langen Kanälen. Exponentielle Querschnittserweite- rungen bedingen zunächst sehr schmale Kanäle, die später sehr breit werden. Dies bedingt, dass weite Flächen ungenutzt bleiben. Dieser Nachteil lässt sich mit einer linearen Erweiterung der Kanäle leicht vermeiden. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil einer sehr guten Anpassung der Fläche zur Wasserstoffkonzentration des durchströmenden Fluids, so dass die Flächenbelastung sehr weitgehend konstant bleibt. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 4 lasst sich de Gesamtfläche sehr gut nutzen und gleich- zeitig die Zelle sehr einfach herstellen. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 5 wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Wasserstoffkonzentration insbesondere auf der Anodenseite relevant ist. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 6 wird berücksichtigt, dass der Querschnitt der Kathoden- seite für das Abgas relevant ist, das in Strömungsrichtung zunimmt, da immer mehr Wasserdampf aus der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff hinzukommt. 



   Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Brennstoffzelle. 



   Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: 
Fig. 1 schematisch eine Brennstoffzelle, 
Fig. 2 und 3 Diagramme der Brenngaszusammensetzung über die Länge der mäanderförmig verlaufenden Kanäle, 
Fig. 4a und 4b Querschnitte durch mäanderförmig verlaufende Kanäle 
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Brennstoffzelle mit Anoden- und Kathodenseite, und 
Fig. 6 und 7 schematisch, bzw. übertrieben dargestellte weitere Ausführungsformen von mäan- derförmig verlaufenden Kanälen. 



   Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile. 



   Eine Brennstoffzelle 1 nach der Fig. 1 weist einen mäanderfömig verlaufenden Kanal 4 auf, bei dem Reformat in den Prozessgaseintritt 2 eintritt und zum Prozessgasaustritt 3 strömt. 



   Wie aus den Diagrammen gemäss den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ändert sich die Zusammen- setzung des Prozessgases. Dies ist durch den Umstand bedingt, dass Wasserstoffgas durch die 
Membrane 7 der Brennstoffzelle 1 (Fig 5) diffundiert. 



   Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, weist die Brennstoffzelle 1 eine Anodenseite 5 und eine 
Kathodenseite 6 auf, die durch eine Membrane 7 voneinander getrennt sind. In den mäanderförmig verlaufenden Kanälen 8 und 12, die eine Einheit bilden, strömt wasserstoffreiches Prozessgas. In 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 den mäanderförmig verlaufenden Kanälen 9 und 11, die ebenfalls eine Einheit bilden, strömt Luft und Abgas. Dabei verjüngen sich die Kanäle 8 und 9 in Blickrichtung, wogegen sich die Kanäle 11 und 12 in Blickrichtung aufweiten. 



   Wie aus den Fig. 4a und 4b zu ersehen ist, erweitern sich die Kanäle 8, 9,11, 12 in Strömungsrichtung, wobei die Fig 4a eine lineare Erweiterung und die Fig. 4b eine exponentielle Erweiterung des Kanals zeigt. 



   Die Fig. 6 zeigt, übertrieben dargestellt, einen sich linear erweiternden mäanderförmig ver- laufenden Kanal 4, wogegen die Fig. 7 einen sich stufenweise erweiternden mäanderformig ver- laufenden Kanal 4 zeigt. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Brennstoffzelle mit mindestens einem mäanderförmig verlaufenden Kanal (8,9, 11,12) zur 
Versorgung einer Brennstoffzellen-Membrane (7), bzw. des Elektrolyts der Brennstoffzelle, der mit Reformat beschickbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des mäanderförmig verlaufenden Kanals (8, 9, 11,12) in Strömungsrichtung vergrössert.

Claims (1)

1. 2 Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des mäanderförmig verlaufenden Kanals (8, 9, 11,12) in Strömungsrichtung linear erweitert.

   3. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des mäanderförmig verlaufenden Kanals (8, 9,11, 12) exponentiell erweitert.

   4. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mäanderförmig verlaufende Kanal (9, 11) stufenweise erweitert.

   5. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich lediglich der Querschnitt des mäanderförmig verlaufenden Kanals (9,11) der Brenngas- seite der Brennstoffzelle erweitert.

   6. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich lediglich der Querschnitt des mäanderförmig verlaufenden Kanals (8, 12) der Oxidanten- seite der Brennstoffzelle erweitert.

   7. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der mäanderförmig verlaufenden Kanäle (8, 9,11, 12) der Brenngasseite und der Oxidantenseite erweitern