AT523336B1 - Bearing arrangement for a SOFC system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung (10) für ein SOFC-System (11), aufweisend eine Hochtemperatur-Betriebseinheit (12), einen Träger (13), mehrere am Träger (13) befestigte Verbindungsstangen (14) und ein mit den Verbindungsstangen (14) verbundenes Lagermittel (15), wobei die Hochtemperatur- Betriebseinheit (12) ein Gegen-Lagermittel (28) aufweist, mittels welchem die Hochtemperatur-Betriebseinheit (12) am Lagermittel (15) schwimmend gelagert ist, wodurch die Hochtemperatur-Betriebseinheit (12) über das Gegen-Lagermittel (28) am Lagermittel (15) eingehängt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein SOFC-System (11) mit einer erfindungsgemäßen Lageranordnung (10).The present invention relates to a bearing arrangement (10) for an SOFC system (11), comprising a high-temperature operating unit (12), a carrier (13), a plurality of connecting rods (14) fastened to the carrier (13) and a connecting rod ( 14) connected bearing means (15), wherein the high-temperature operating unit (12) has counter-bearing means (28) by means of which the high-temperature operating unit (12) is floatingly mounted on the bearing means (15), whereby the high-temperature operating unit (12 ) is hung on the bearing means (15) via the counter-bearing means (28). The invention also relates to an SOFC system (11) with a bearing arrangement (10) according to the invention.
Description
LAGERANORDNUNG FÜR EIN SOFC-SYSTEM BEARING ARRANGEMENT FOR A SOFC SYSTEM
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für ein SOFC-System zum Lagern einer Hochtemperatur-Betriebseinheit. Außerdem betrifft die Erfindung ein SOFC-System mit einer solchen Lageranordnung. The present invention relates to a bearing assembly for an SOFC system for bearing a high-temperature operational unit. The invention also relates to an SOFC system with such a bearing arrangement.
[0002] Gattungsgemäße SOFC-Systeme weisen einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt auf. Stromaufwärts des Anodenabschnitts ist in der Regel ein Reformer zum Reformieren von Brennstoff angeordnet, welcher anschließend dem Anodenabschnitt zugeführt wird. Dem Kathodenabschnitt wird für gewöhnlich Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Fluid zugeführt. Unter dem reformierten Brennstoff im Anodenabschnitt und der Luft im Kathodenabschnitt wird im Brennstoffzellenstapel Strom erzeugt. Gleichzeitig wird im Anodenabschnitt Abgas erzeugt und im Kathodenabschnitt Luft verbraucht. Im Anodenabschnitt ist dies im Wesentlichen ein wasserstoffhaltiges Fluid und im Kathodenabschnitt im Wesentlichen Luft. Das Anodenabgas und das Kathodenabgas werden bei bekannten Systemen zu einem sogenannten Nachbrenner geführt, in welchem die Fluide zur Wärmeerzeugung erneut verbrannt werden können, oder zumindest deren Restwärme genutzt werden kann. Der Nachbrenner ist häufig in Form eines Wärmetauschers ausgeführt, um beispielsweise den Reformer, mit welchem der Nachbrenner in diesem Fall in wärmeübertragender Verbindung stehen kann, auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen oder auf einer solchen Betriebstemperatur zu halten. [0002] Generic SOFC systems have a fuel cell stack with an anode section and a cathode section. A reformer for reforming fuel, which is then fed to the anode section, is generally arranged upstream of the anode section. Air or other oxygen-containing fluid is typically supplied to the cathode section. Electricity is generated in the fuel cell stack among the reformed fuel in the anode section and the air in the cathode section. At the same time, exhaust gas is generated in the anode section and air is consumed in the cathode section. This is essentially a hydrogen-containing fluid in the anode section and essentially air in the cathode section. In known systems, the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas are led to a so-called afterburner, in which the fluids can be burned again to generate heat, or at least their residual heat can be used. The afterburner is often designed in the form of a heat exchanger in order, for example, to bring the reformer, with which the afterburner can be in heat-transferring connection in this case, to a desired operating temperature or to keep it at such an operating temperature.
[0003] Nachbrenner und Reformer können Teil einer sogenannten Gasaufbereitungseinheit sein. Da in SOFC-Systemen im Bereich einer Gasaufbereitungseinheit Temperaturen von bis zu 1000°C herrschen, stellt eine stabile und langlebige Befestigung der Gasaufbereitungseinheit im SOFC-System stets eine gewisse Herausforderung dar. Durch eine zu starre Befestigung der Gasaufbereitungseinheit oder von Bauteilen der Gasaufbereitungseinheit können aufgrund von hohen Temperaturunterschieden gegenüber der Umgebung sowie den unterschiedlichen Betriebsbedingen im Heißbereich mit stark wechselnden Temperaturverhältnissen Spannungen entstehen, die zur Beschädigung oder Zerstörung der Bauteile führen. [0003] Afterburners and reformers can be part of a so-called gas processing unit. Since temperatures of up to 1000°C prevail in the area of a gas conditioning unit in SOFC systems, a stable and long-lasting attachment of the gas conditioning unit in the SOFC system always poses a certain challenge from high temperature differences compared to the environment and the different operating conditions in the hot area with strongly changing temperature conditions, stresses arise that lead to damage or destruction of the components.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lageranordnung für ein SOFC-System zu schaffen, mit welcher eine Gasaufbereitungseinheit oder Bauteile im Bereich der Gasaufbereitungseinheit sicher und beschädigungsfrei in der gewünschten Position gehalten werden können. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein SOFC-System mit einer solchen Lageranordnung zur Verfügung zu stellen. The object of the present invention is to at least partially take account of the problems described above. In particular, the object of the present invention is to create an improved bearing arrangement for an SOFC system, with which a gas processing unit or components in the area of the gas processing unit can be held in the desired position securely and without damage. In addition, it is an object of the invention to provide an SOFC system with such a bearing arrangement.
[0005] Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch die Lageranordnung gemäß Anspruch 1 sowie das SOFCSystem gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Lageranordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen SOFC-System und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird oder werden kann. The above object is solved by the patent claims. In particular, the above object is achieved by the bearing arrangement according to claim 1 and the SOFC system according to claim 8. Further advantages of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the bearing arrangement naturally also apply in connection with the SOFC system according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to mutually.
[0006] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lageranordnung für ein SOFC-System zur Verfügung gestellt. Die Lageranordnung weist eine Hochtemperatur-Betriebseinheit, einen Träger, mehrere am Träger befestigte Verbindungsstangen und ein mit den Verbindungsstangen verbundenes Lagermittel auf, wobei die Hochtemperatur-Betriebseinheit ein Gegen-Lagermittel aufweist, mittels welchem die Hochtemperatur-Betriebseinheit am Lagermittel schwimmend gelagert ist, wodurch die Hochtemperatur-Betriebseinheit über das GegenLagermittel am Lagermittel eingehängt ist. According to a first aspect of the present invention, a bearing assembly for a SOFC system is provided. The bearing arrangement has a high-temperature operating unit, a carrier, a plurality of connecting rods attached to the carrier and a bearing means connected to the connecting rods, the high-temperature operating unit having a counter-bearing means by means of which the high-temperature operating unit is floatingly mounted on the bearing means, whereby the High-temperature operating unit is mounted on the counter-bearing means on the bearing means.
[0007] Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass eine ortsfeste In experiments within the scope of the present invention, it was recognized that a stationary
oder starre Befestigung der Hochtemperatur-Betriebseinheit nicht zwingend erforderlich ist. Daraufhin wurde das Konzept zur schwimmenden Lagerung der Hochtemperatur-Betriebseinheit entwickelt. Durch die schwimmende Lagerung der Hochtemperatur-Betriebseinheit lassen sich Spannungen an der Hochtemperatur-Betriebseinheit während des Betriebs des SOFC-Systems, die zur Beschädigung oder Zerstörung der Hochtemperatur-Betriebseinheit und/oder umliegender Funktionsbauteile führen können, verhindern. or rigid attachment of the high-temperature operating unit is not absolutely necessary. As a result, the concept for the floating bearing of the high-temperature operating unit was developed. The floating mounting of the high-temperature operating unit makes it possible to prevent stresses on the high-temperature operating unit during operation of the SOFC system, which can lead to damage or destruction of the high-temperature operating unit and/or surrounding functional components.
[0008] Zur Realisierung der schwimmenden Lagerung kann das Gegen-Lagermittel mit dem Lagermittel in mechanischem Kontakt stehen und sich mit einem vordefinierten Spiel am Lagermittel bewegen, insbesondere in einem vordefinierten Bereich verschiebbar angeordnet sein. Unter dem Träger kann ein Befestigungsabschnitt zum Befestigen der Lageranordnung im SOFC-System verstanden werden. Bevor die Lageranordnung im SOFC-System montiert ist, lässt sich die Hochtemperatur-Betriebseinheit einfach auf das Lagermittel heben und mittels des Gegen-Lagermittels einhängen. D.h., die Hochtemperatur-Betriebseinheit kann in das Lagermittel eingehängt sein. Dies führt mit Hinblick auf Fertigungs- und Montagetoleranzen zu einer einfachen Montage der Hochtemperatur-Betriebseinheit. Entsprechend einfach und unkompliziert lassen sich auch Servicearbeiten an der Hochtemperatur-Betriebseinheit durchführen. Im Wartungs- oder Schadensfall kann die Lageranordnung einschließlich Hochtemperatur-Betriebseinheit einfach aus dem SOFC-System entfernt werden. Anschließend kann die Hochtemperatur-Betriebseinheit und/oder eine Bauteileinheit einschließlich der Hochtemperatur-Betriebseinheit vom Lagermittel gehoben und wie gewünscht untersucht werden. Die Bauteilanordnung bestehend aus Träger, Verbindungsstangen und Lagermittel kann als eine Art Schaukelform ausgestaltet sein, bei welcher die Verbindungsstangen jedoch nicht schwenkbar, sondern starr am Träger befestigt sind und das Lagermittel der Schaukelplatte entspricht, auf welchem die Hochtemperatur-Betriebseinheit mittels des Gegen-Lagermittels schwimmend gelagert ist. [0008] In order to implement the floating mounting, the counter-bearing means can be in mechanical contact with the bearing means and can move with a predefined play on the bearing means, in particular be slidably arranged in a predefined area. The carrier can be understood to mean a fastening section for fastening the bearing arrangement in the SOFC system. Before the bearing arrangement is installed in the SOFC system, the high-temperature operating unit can be simply lifted onto the bearing means and hung using the counter-bearing means. That is, the high-temperature operation unit can be hung on the bearing means. With regard to manufacturing and assembly tolerances, this leads to simple assembly of the high-temperature operating unit. Service work on the high-temperature operating unit can be carried out in a correspondingly simple and uncomplicated manner. In the event of maintenance or damage, the bearing assembly, including the high-temperature operating unit, can be easily removed from the SOFC system. Thereafter, the high-temperature operation unit and/or a component unit including the high-temperature operation unit can be lifted from the storage means and inspected as desired. The component arrangement consisting of carrier, connecting rods and bearing means can be designed as a kind of swing shape, in which the connecting rods are not pivoted but are fixed rigidly to the carrier and the bearing means corresponds to the rocking plate, on which the high-temperature operating unit floats by means of the counter-bearing means is stored.
[0009] Im Rahmen der Erfindung ist unter der Betriebseinheit insbesondere eine Gasverarbeitungseinheit zu verstehen, welche eines oder mehrere Elemente umfassen kann, welche dazu ausgebildet und angeordnet sind, Fluide oder Gase zu einer Verarbeitung in einem Brennstoffzellenstapel zur Verfügung zu stellen. Die Betriebseinheit kann also beispielsweise einen Verdampfer, einer Wärmetauscher, einen Reformer und/oder Brenner aufweisen. In the context of the invention, the operating unit is to be understood in particular as a gas processing unit, which can comprise one or more elements which are designed and arranged to provide fluids or gases for processing in a fuel cell stack. The operating unit can therefore have an evaporator, a heat exchanger, a reformer and/or burner, for example.
[0010] Die Lageranordnung kann zwei oder mehr Verbindungsstangen aufweisen. Vorzugsweise weist die Lageranordnung drei Verbindungsstangen auf. Dies hat sich bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung als vorteilhafter Kompromiss aus Gewicht der Verbindungsstangen und stabiler Befestigung des Lagermittels am Träger herausgestellt. Das Lagermittel ist mit jeder Verbindungsstange fest verbunden. Das Lagermittel ist hierzu einstückig oder im Wesentlichen einstückig ausgestaltet. Dieses kann allerdings auch mehrteilig ausgebildet sein. Im Bereich der Verbindungsstangen kann das Lagermittel einen Befestigungsabschnitt aufweisen, über welchen das Lagermittel form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit der jeweiligen Verbindungsstange verbunden ist. Das Lagermittel kann direkt oder indirekt, beispielsweise durch eine Verbindungshülse, mit den Verbindungsstangen verbunden sein. Bei der Verwendung einer Verbindungshülse kann diese beispielsweise die jeweilige Verbindungsstange umschließen oder ummanteln, während das Lagermittel mit der Verbindungshülse verbunden, beispielsweise verschweißt, ist. In diesem Fall kann zwischen der Verbindungshülse und der jeweiligen Verbindungsstange ein Spiel ausgestaltet sein, durch welches ein weiterer, die schwimmende Lagerung unterstützender Bewegungsausgleich in der Lageranordnung geschaffen werden kann. Um zu verhindern, dass die Verbindungshülse im montierten Zustand von der jeweiligen Verbindungsstange rutscht, kann diese an einem Endabschnitt der jeweiligen Verbindungsstange durch ein Haltemittel, beispielsweise eine auf ein Gewinde gedrehte Mutter oder einen Zapfen, gegen ein Verschieben entlang der jeweiligen Verbindungsstange in Richtung des Endabschnitts der jeweiligen Verbindungsstange gehalten werden. The bearing assembly may include two or more connecting rods. Preferably, the bearing assembly has three connecting rods. In tests within the scope of the present invention, this has turned out to be an advantageous compromise between the weight of the connecting rods and a stable attachment of the bearing means to the carrier. The bearing means is fixedly connected to each connecting rod. For this purpose, the bearing means is designed in one piece or essentially in one piece. However, this can also be designed in several parts. In the area of the connecting rods, the bearing means can have a fastening section, via which the bearing means is connected to the respective connecting rod in a positive, non-positive and/or material connection. The bearing means can be connected to the connecting rods directly or indirectly, for example by a connecting sleeve. When using a connecting sleeve, this can, for example, enclose or encase the respective connecting rod, while the bearing means is connected, for example welded, to the connecting sleeve. In this case, play can be designed between the connecting sleeve and the respective connecting rod, through which a further movement compensation can be created in the bearing arrangement, which supports the floating mounting. In order to prevent the connecting sleeve from slipping off the respective connecting rod in the assembled state, it can be secured at an end section of the respective connecting rod by a retaining means, for example a nut turned onto a thread or a pin, against displacement along the respective connecting rod in the direction of the end section of the respective connecting rod.
[0011] Die Verbindungsstangen bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Hochtemperaturstahl. Das Lagermittel kann ebenfalls aus Metall und ebenso bevorzugt aus Hochtemperaturstahl bestehen. Auch der Träger besteht bevorzugt aus Metall oder zumindest im Wesentlichen aus Metall. The connecting rods are preferably made of metal, in particular high-temperature steel. The bearing means can also be made of metal and also preferably made of high-temperature steel. The carrier is also preferably made of metal or at least essentially of metal.
[0012] Lagermittel und Gegen-Lagermittel stehen zum Lagern der Hochtemperatur-Betriebseinheit am Lagermittel über mehrere Lagerpunkte in Kontakt miteinander. D.h., das Lagermittel und das Gegen-Lagermittel können jeweils mehrere Lagerelemente und/oder Lagerabschnitte mit den jeweiligen Lagerpunkten aufweisen. Bearing means and counter-bearing means are in contact with one another via a number of bearing points for storing the high-temperature operating unit on the bearing means. That is, the bearing means and the counter-bearing means can each have a plurality of bearing elements and/or bearing sections with the respective bearing points.
[0013] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Lageranordnung das Lagermittel bandförmig oder im Wesentlichen bandförmig ausgestaltet ist und die Hochtemperatur-Betriebseinheit auf einer Stirnseite des bandförmigen Lagermittels gelagert ist. Durch die bandförmige oder im Wesentlichen bandförmige Ausgestaltung des Lagermittels oder zumindest eines Teils des Lagermittels lässt sich dieses platzsparend und trotzdem für den gewünschten Zweck ausreichend stabil bereitstellen. Unter der Stirnseite ist vorliegend nicht ein Ende in Längsrichtung des Lagermittels, sondern in einer Breiterichtung des Lagermittels zu verstehen. In einem Zustand, in welchem das Lagermittel in einem SOFC-System installiert ist, kann eine Längsrichtung des Lagermittels horizontal oder im Wesentlichen horizontal verlaufen. Eine Höhenrichtung kann in Gravitationsrichtung und eine Breitenrichtung orthogonal zur Gravitationsrichtung sowie orthogonal zur Längsrichtung verlaufen, wobei die Breite vorzugsweise deutlich schmäler, beispielsweise wenigstens doppelt so schmal, insbesondere wenigstens fünf Mal so schmal, wie die Höhe des Lagermittels sein kann. Unter der Bandform kann eine Gurtform verstanden werden. Das Lagermittel ist bevorzugt starr oder im Wesentlichen starr ausgestaltet. Eine elastische und/oder plastische Verformbarkeit des Lagermittels soll möglichst verhindert werden. Gleichwohl kann das Lagermittel durch die Bandform leicht federnd ausgestaltet sein. Dies kann vorteilhaft für die gewünschte schwimmende und entsprechend flexible Lagerung der Hochtemperatur-Betriebseinheit sein. According to a further embodiment of the present invention, it is possible that in a bearing arrangement, the bearing means is designed in a strip-shaped or essentially strip-shaped manner and the high-temperature operating unit is mounted on an end face of the strip-shaped bearing means. The band-shaped or essentially band-shaped configuration of the bearing means or at least a part of the bearing means allows this to be provided in a space-saving manner and nevertheless sufficiently stable for the desired purpose. In the present case, the end face is not to be understood as an end in the longitudinal direction of the bearing means, but rather in a width direction of the bearing means. In a state where the bearing means is installed in a SOFC system, a longitudinal direction of the bearing means may be horizontal or substantially horizontal. A height direction can run in the gravitational direction and a width direction orthogonal to the gravitational direction and orthogonal to the longitudinal direction, the width preferably being significantly narrower, for example at least twice as narrow, in particular at least five times narrower, than the height of the bearing means. The band shape can be understood to mean a belt shape. The bearing means is preferably designed to be rigid or essentially rigid. An elastic and/or plastic deformability of the bearing means should be prevented as far as possible. At the same time, the bearing means can be designed to be slightly resilient due to the shape of the band. This can be advantageous for the desired floating and correspondingly flexible mounting of the high-temperature operating unit.
[0014] Ferner ist es möglich, dass bei einer erfindungsgemäßen Lageranordnung der Träger plattenförmig ausgestaltet ist und an einer der Hochtemperatur-Betriebseinheit zugewandten Seite des Trägers eine Isolationsschicht zur thermischen Isolierung des Trägers gegenüber der Hochtemperatur-Betriebseinheit angeordnet ist. D.h., die Isolationsschicht ist zumindest teilweise zwischen dem Träger und der Hochtemperatur-Betriebseinheit angeordnet. Der Träger und die Isolierschicht können damit platzsparend in der Lageranordnung bereitgestellt sein. Eine plattenförmige Ausgestaltung ist zudem hinsichtlich der Fertigung einfach und kostengünstig realisierbar. Darüber hinaus kann damit eine gleichmäßige und effektive Isolierung gegenüber der Umgebung der Hochtemperatur-Betriebseinheit geschaffen werden. Zudem kann eine Bauteileinheit, die den Träger, die Isolationsschicht, die Verbindungsstangen, das Lagermittel sowie die Hochtemperatur-Betriebseinheit aufweist, bereitgestellt werden. Eine solche Bauteileinheit kann vor dem Einbau in eine Prüfvorrichtung vormontiert und getestet werden. Die Bauteileinheit kann nach dem Betrieb, beispielsweise für Servicezwecke, aus der Prüfvorrichtung entfernt und als eine Einheit in das SOFC-System eingebaut werden. Dies erhöht die Servicierbarkeit der Lageranordnung und erleichtert den Ein- und Ausbau der Lageranordnung unter Einhaltung von vorgegebenen Montagetoleranzen. It is also possible that in a bearing arrangement according to the invention the carrier is designed plate-shaped and an insulating layer for thermal insulation of the carrier relative to the high-temperature operating unit is arranged on a side of the carrier facing the high-temperature operating unit. That is, the insulating layer is at least partially interposed between the substrate and the high-temperature operating unit. The carrier and the insulating layer can thus be provided in the bearing arrangement in a space-saving manner. A plate-shaped configuration can also be implemented easily and cost-effectively with regard to manufacture. In addition, it can be used to provide uniform and effective insulation from the environment of the high-temperature operating unit. In addition, a component unit including the support, the insulating layer, the connecting rods, the bearing means, and the high-temperature operating unit can be provided. Such a component unit can be preassembled and tested in a testing device before installation. The component unit can be removed from the test device after operation, for example for service purposes, and installed as a unit in the SOFC system. This increases the serviceability of the bearing arrangement and facilitates installation and removal of the bearing arrangement while maintaining specified assembly tolerances.
[0015] Darüber hinaus ist es möglich, dass sich die Verbindungsstangen bei einer Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung parallel zueinander und orthogonal zu einer der Hochtemperatur-Betriebseinheit zugewandten Seite des Trägers erstrecken. Damit lässt sich die Lagerlast gleichmäßig auf die Verbindungsstangen verteilen. Darüber hinaus können damit relativ dünne Verbindungsstangen mit einer trotzdem ausreichend hohen Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit, platzsparend in der Lageranordnung zur Verfügung gestellt werden. Die Verbindungsstangen erstrecken sich in einem Zustand der Lageranordnung, in welchem diese im SOFC-System implementiert ist, vorzugsweise in einer Gravitationsrichtung. D.h., eine Längsrichtung der Verbindungsstangen kann parallel und/oder entlang der Gravitationsrichtung verlaufen. Furthermore, it is possible for the connecting rods in a bearing assembly according to the present invention to extend parallel to one another and orthogonally to a side of the beam facing the high-temperature operating unit. This allows the bearing load to be distributed evenly over the connecting rods. In addition, relatively thin connecting rods with a nevertheless sufficiently high strength, in particular tensile strength, can be made available in a space-saving manner in the bearing arrangement. The connecting rods preferably extend in a gravitational direction in a state of the bearing arrangement in which it is implemented in the SOFC system. That is, a longitudinal direction of the connecting rods can run parallel and/or along the gravitational direction.
[0016] Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Lageranordnung die Länge einer Verbindungsstange jeweils wenigstens ein 5faches bis ein 10-faches einer Breite der jeweiligen Verbindungsstange ist. D.h., die Verbindungsstangen sollen und können möglichst dünn, also mit einem möglichst kleinen Durchmesser, ausgestaltet sein. Damit können Wärmeübergänge an den Verbindungsstangen zu Befestigungspunkten am Träger klein gehalten werden. D.h., es kann ein geringer Wärmeleitungsverlust er-According to a further embodiment variant of the present invention, it is possible that in a bearing assembly the length of a connecting rod is at least 5 times to 10 times the width of the respective connecting rod. This means that the connecting rods should and can be designed to be as thin as possible, i.e. with the smallest possible diameter. In this way, heat transfer from the connecting rods to the attachment points on the carrier can be kept small. I.e., there can be a small heat conduction loss
reicht werden. be enough.
[0017] Von weiterem Vorteil kann es hierbei sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lageranordnung die Verbindungsstangen zumindest abschnittsweise von einem Isolationsmantel zur thermischen Isolierung der Verbindungsstangen gegenüber der Hochtemperatur-Betriebseinheit umschlossen sind. Auch dadurch lassen sich Wärmeübergänge von den Verbindungsstangen zu Befestigungspunkten am Träger gering halten. Der Isolationsmantel kann aus Metall, insbesondere aus Hochtemperaturstahl bestehen. Zwischen dem Isolationsmantel und der zugehörigen Verbindungsstange kann ein thermisch isolierender Luftspalt gebildet sein. Der Isolationsmantel kann eine Dicke in einem Bereich von ca. 1 mm bis ca. 3 mm, insbesondere 2 mm, aufweisen. Die Verbindungsstangen weisen vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. Der Isolationsmantel kann entsprechend einen ringförmigen Querschnitt aufweisen. Zwischen einer Verbindungsstange und einem zugehörigen Isolationsmantel kann jeweils ein ring- und/oder röhrenförmiger Luftspalt gebildet sein. Ferner kann eine Bauteileinheit, die den Träger, die Isolationsschicht, die Verbindungsstangen, jeweils einen Isolationsmantel um eine zugehörige Verbindungsstange, das Lagermittel sowie die Hochtemperatur-Betriebseinheit aufweist, bereitgestellt werden. Mit einer solchen Bauteileinheit können die bereits vorstehend zur alternativen Bauteileinheit beschriebenen Vorteile erzielt werden. It can be of further advantage here if, in a bearing assembly according to the invention, the connecting rods are at least partially surrounded by an insulating jacket for thermal insulation of the connecting rods from the high-temperature operating unit. This also allows heat transfer from the connecting rods to attachment points on the carrier to be kept low. The insulating jacket can be made of metal, in particular made of high-temperature steel. A thermally insulating air gap can be formed between the insulating jacket and the associated connecting rod. The insulating jacket can have a thickness in a range from approx. 1 mm to approx. 3 mm, in particular 2 mm. The connecting rods preferably have a round cross-section. The insulating jacket can correspondingly have an annular cross section. An annular and/or tubular air gap can be formed between a connecting rod and an associated insulating jacket. Furthermore, a structural unit comprising the support, the insulating layer, the connecting rods, each insulating jacket around an associated connecting rod, the bearing means, and the high-temperature operating unit can be provided. With such a component unit, the advantages already described above for the alternative component unit can be achieved.
[0018] Weiterhin ist es bei einer Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Hochtemperatur-Betriebseinheit einen Reformer, einen Nachbrenner und/oder einen Brennstoffzellenstapel umfasst. In diesem Fall kann unter der Hochtemperatur-Betriebseinheit eine Gasaufbereitungseinheit verstanden werden. In einer solchen Gasaufbereitungseinheit sind bei gattungsgemäßen SOFC-Systemen neben dem Reformer und dem Nachbrenner noch weitere Funktionsbauteile wie Wärmetauscher, Verdampfer und/oder Startbrenner angeordnet. Grundsätzlich umfasst die Lageranordnung vorteilhaft eine Gasaufbereitungseinheit, welche eines oder mehrere der oben genannten Elemente umfasst. Furthermore, it is possible with a bearing arrangement according to the present invention that the high-temperature operating unit comprises a reformer, an afterburner and/or a fuel cell stack. In this case, the high-temperature operating unit can be understood to mean a gas processing unit. In addition to the reformer and the afterburner, further functional components such as heat exchangers, evaporators and/or start-up burners are arranged in such a gas processing unit in SOFC systems of the generic type. In principle, the bearing arrangement advantageously comprises a gas processing unit which comprises one or more of the elements mentioned above.
[0019] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein SOFC-System mit einer wie vorstehend beschriebenen Lageranordnung zur Verfügung gestellt. Damit bringt ein erfindungsgemäßes SOFC-System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Lageranordnung beschrieben worden sind. According to a further aspect of the present invention, a SOFC system is provided with a bearing arrangement as described above. A SOFC system according to the invention thus brings with it the same advantages as have been described in detail with reference to the bearing arrangement according to the invention.
[0020] Ein erfindungsgemäßes SOFC-System kann einen Rahmen, an welchem der Träger befestigt ist, und eine Hotbox mit einem Innenvolumen, in welchem die Hochtemperatur-Betriebseinheit am Lagermittel gelagert ist, aufweisen, wobei wenigstens ein Teil des Trägers außerhalb eines Innenvolumens der Hotbox angeordnet ist. Durch die Anordnung der Hochtemperatur-Betriebseinheit innerhalb der Hotbox können temperaturempfindliche Funktionsbauteile in der Umgebung der Hochtemperatur-Betriebseinheit vor den hohen Temperaturen der HochtemperaturBetriebseinheit geschützt werden. Durch die Positionierung des Trägers zumindest teilweise auBerhalb des Innenvolumens der Hotbox ist dieser für Installationsarbeiten leicht zugänglich. Der Träger kann einen Teil der Hotbox bilden. Damit könnte die erfindungsgemäße Lageranordnung besonders platz- und gewichtssparend im SOFC-System bereitgestellt werden. A SOFC system according to the invention may include a frame to which the carrier is fixed and a hot box having an inner volume in which the high-temperature operating unit is stored on the storage means, with at least a part of the carrier being outside an inner volume of the hot box is arranged. By arranging the high-temperature operating unit within the hotbox, temperature-sensitive functional components in the vicinity of the high-temperature operating unit can be protected from the high temperatures of the high-temperature operating unit. By positioning the carrier at least partially outside the inner volume of the hotbox, it is easily accessible for installation work. The carrier can form part of the hotbox. The bearing arrangement according to the invention could thus be provided in a particularly space-saving and weight-saving manner in the SOFC system.
[0021] Darüber hinaus kann bei einem SOFC-System gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hotbox mit einem Innenvolumen, in welchem die Hochtemperatur-Betriebseinheit am Lagermittel gelagert ist, wobei mehrere Fluidleitabschnitte zum Zuführen von Betriebsfluiden zur Hochtemperatur-Betriebseinheit jeweils von außerhalb der Hotbox in das Innenvolumen der Hotbox führen und die Fluidleitabschnitte im Innenvolumen jeweils einen Metallbalg für eine Fluidverbindung zwischen der Hochtemperatur-Betriebseinheit und dem jeweiligen Fluidleitabschnitt aufweisen. Unter Verwendung der Metallbälge kann eine zuverlässige Medienführung in der Hochtemperatur-Betriebseinheit mit geringen Druckverlusten realisiert werden. Durch die Verwendung von Metallbälgen an Anschlussflanschen der Fluidleitabschnitte werden thermisch bedingte Längenänderungen in alle Richtungen zugelassen. Einem Verspannen der Lageranordnung und/oder im SOFC- System unter Temperatureinfluss kann somit entgegengewirkt werden. Folglich kann die Gefahr einer Rissbildung an Funktionsbauteilen verringert werden. In addition, in a SOFC system according to the present invention, a hot box having an internal volume in which the high-temperature operating unit is supported on the bearing means, with a plurality of fluid guide sections for supplying operating fluids to the high-temperature operating unit, each from outside the hot box into the Lead inner volume of the hot box and the fluid conducting sections in the inner volume each have a metal bellows for a fluid connection between the high-temperature operating unit and the respective fluid conducting section. Reliable media routing in the high-temperature operating unit with low pressure losses can be achieved by using the metal bellows. The use of metal bellows on the connecting flanges of the fluid guide sections allows thermally induced changes in length in all directions. Warping of the bearing arrangement and/or in the SOFC system under the influence of temperature can thus be counteracted. Consequently, the risk of crack formation on functional components can be reduced.
[0022] Alternativ zu den Metallbälgen können vorteilhaft auch metallische Rohre (beispielsweise As an alternative to the metal bellows, metallic tubes (e.g
aus einem Stahl) verwendet, werden, welche sich bei hohen Temperaturen verbiegen und somit Längenänderungen in alle Richtungen zulassen. Eine weitere Alternative stellen Rohre dar, welche mehrere Biegungen aufweisen, sodass diese Biegungen die Längenänderungen zulassen. made of steel) are used, which bend at high temperatures and thus allow changes in length in all directions. Another alternative is pipes that have several bends, so that these bends allow changes in length.
[0023] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Further measures improving the invention result from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures.
[0024] Es zeigen jeweils schematisch: [0024] They each show schematically:
[0025] Figur 1 eine Vorderansicht eines SOFC-System gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, [0025] FIG. 1 shows a front view of a SOFC system according to a preferred embodiment of the present invention,
[0026] Figur 2 eine Detailansicht des in Fig. 1 dargestellten SOFC-Systems, und [0027] Figur3 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestellte SOFC-System. [0026] FIG. 2 shows a detailed view of the SOFC system shown in FIG. 1, and [0027] FIG. 3 shows a plan view of the SOFC system shown in FIG.
[0028] Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference symbols in FIGS.
[0029] Fig. 1 zeigt ein SOFC-System 11 mit einer Lageranordnung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die dargestellte Lageranordnung 10 weist eine Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 in Form einer Gasaufbereitungseinheit, einen Träger 13, mehrere am Träger 13 befestigte Verbindungsstangen 14 (in Fig. 2 im Detail gezeigt) und ein mit den Verbindungsstangen 14 verbundenes Lagermittel 15 auf. Die Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 weist ein Gegen-Lagermittel 28 auf, mittels welchem die Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 am Lagermittel 15 schwimmend gelagert ist. Die dargestellte Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 umfasst einen Reformer 19 und einen Nachbrenner 20. Grundsätzlich kann die Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 allerdings ein oder mehrere beliebige Element eine Gasaufbereitungseinheit aufweisen. 1 shows a SOFC system 11 with a bearing assembly 10 according to a preferred embodiment. The illustrated bearing assembly 10 includes a high temperature operating unit 12 in the form of a gas conditioning unit, a bracket 13, a plurality of tie rods 14 (shown in detail in FIG. 2) attached to the bracket 13, and a bearing means 15 connected to the tie rods 14. The high-temperature operating unit 12 has a counter-bearing means 28 by means of which the high-temperature operating unit 12 is floatingly mounted on the bearing means 15 . The high-temperature operating unit 12 shown comprises a reformer 19 and an afterburner 20. In principle, however, the high-temperature operating unit 12 can have one or more arbitrary elements of a gas processing unit.
[0030] Das Gegen-Lagermittel 28 weist drei Metallwinkel auf, die am Lagermittel 15 aufliegen und somit die schwimmende Lagerung der Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 schaffen. D.h., die Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 kann als über das Gegen-Lagermittel 28 am Lagermittel 15 eingehängt betrachtet werden. The counter-bearing means 28 has three metal brackets that rest on the bearing means 15 and thus create the floating mounting of the high-temperature operating unit 12. That is, the high-temperature operation unit 12 can be considered to be suspended from the bearing means 15 via the counter-bearing means 28 .
[0031] Das in Fig. 1 dargestellte Lagermittel 15 ist im Wesentlichen bandförmig ausgestaltet, wobei die Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 auf einer schmalen Stirnseite 16 des bandförmigen Lagermittels 15 gelagert ist. The bearing means 15 shown in FIG. 1 is designed essentially in the form of a strip, with the high-temperature operating unit 12 being mounted on a narrow end face 16 of the strip-shaped bearing means 15 .
[0032] Der Träger 13 ist plattenförmig ausgestaltet. An einer der Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 zugewandten Seite des Trägers 13 ist eine Isolationsschicht 17 zur thermischen Isolierung des Trägers 13 gegenüber der Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 angeordnet. The carrier 13 is designed in the form of a plate. An insulating layer 17 for thermally isolating the carrier 13 from the high-temperature operating unit 12 is arranged on a side of the carrier 13 facing the high-temperature operating unit 12 .
[0033] Die Verbindungsstangen 14 erstrecken sich parallel zueinander und orthogonal zu einer der Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 zugewandten Seite des Trägers 13. Die Verbindungsstangen 14 sind jeweils relativ lang und schmal ausgestaltet. The connecting rods 14 extend parallel to each other and orthogonally to a side of the support 13 facing the high-temperature operation unit 12. The connecting rods 14 are each configured relatively long and narrow.
[0034] Das in Fig. 1 gezeigte SOFC-System 11 weist ferner einen Rahmen 21, an welchem der Träger 13 befestigt ist, und eine Hotbox 22 mit einem Innenvolumen 23, in welchem die Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 am Lagermittel 15 gelagert ist, auf. Der Träger 13 ist Teil der Hotbox 22, wodurch ein Teil des Trägers 13 außerhalb des Innenvolumens 23 angeordnet ist. The SOFC system 11 shown in FIG. 1 further comprises a frame 21 to which the carrier 13 is attached, and a hot box 22 with an inner volume 23 in which the high-temperature operating unit 12 is mounted on the bearing means 15 . The carrier 13 is part of the hotbox 22, as a result of which part of the carrier 13 is arranged outside of the inner volume 23. FIG.
[0035] Das SOFC-System 11 weist mehrere Fluidleitabschnitte 24, 25 zum Zuführen von Betriebsfluiden zur Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 auf, wobei die Fluidleitabschnitte 24, 25 jeweils von außerhalb der Hotbox 22 in das Innenvolumen 23 der Hotbox 22 führen und die Fluidleitabschnitte 24, 25 im Innenvolumen jeweils einen Metallbalg 26, 27 für eine Fluidverbindung zwischen der Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 und dem jeweiligen Fluidleitabschnitt 24, 25 aufweisen. The SOFC system 11 has a plurality of fluid guide sections 24, 25 for supplying operating fluids to the high-temperature operating unit 12, the fluid guide sections 24, 25 each leading from outside the hotbox 22 into the interior volume 23 of the hotbox 22 and the fluid guide sections 24, 25 each have a metal bellows 26, 27 for a fluid connection between the high-temperature operating unit 12 and the respective fluid conducting section 24, 25 in the inner volume.
[0036] In Fig. 2 kann insbesondere eine Verbindungsstange 14 sowie ein Isolationsmantel 18, der die Verbindungsstange 14 zur thermischen Isolierung der Verbindungsstangen 14 gegenüber der Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 umschließt, erkannt werden. In particular, a connecting rod 14 and an insulating jacket 18 which encloses the connecting rod 14 for thermally isolating the connecting rods 14 from the high-temperature operating unit 12 can be seen in FIG.
[0037] Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestellte SOFC-System 11. Damit kann in Fig. 3 die schmale Oberseite des bandförmigen Lagermittels 15 erkannt werden, auf welcher die Hochtemperatur-Betriebseinheit 12 lagert. FIG. 3 shows a plan view of the SOFC system 11 shown in FIG. 1. The narrow upper side of the strip-shaped bearing means 15 can thus be seen in FIG. 3, on which the high-temperature operating unit 12 rests.
[0038] Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h. die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden. In addition to the illustrated embodiments, the invention permits further design principles. i.e. the invention should not be considered limited to the exemplary embodiments explained with reference to the figures.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
10 Lageranordnung 10 Bearing Arrangement
11 SOFC-System 11 SOFC system
12 Hochtemperatur-Betriebseinheit 13 Träger 12 high temperature operating unit 13 carrier
14 Verbindungsstange 14 connecting rod
15 Lagermittel 15 storage means
16 Stirnseite 16 face
17 Isolationsschicht 17 insulation layer
18 Isolationsmantel 18 insulation jacket
19 Reformer 19 reformers
20 Nachbrenner 20 afterburners
21 Rahmen 22 Hotbox 23 Innenvolumen 21 frame 22 hotbox 23 internal volume
24 Fluidleitabschnitt 25 Fluidleitabschnitt 26 Metallbalg 24 fluid guide section 25 fluid guide section 26 metal bellows
27 Metallbalg 27 metal bellows
28 Gegen-Lagermittel 28 counter-camp means
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