DE102007061650B4

DE102007061650B4 - Tubular fuel cell and method of operating a tubular fuel cell

Info

Publication number: DE102007061650B4
Application number: DE102007061650A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: DE102007061650A1

Abstract

Brennstoffzelle mit einer Vielzahl von Zuführleitungen für ein Brenngas und für Sauerstoff, ionenleitenden Membranen und Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführleitungen (4, 5) für eine Gasabgabe porös sind und konzentrisch für den Sauerstoff in einem ersten Zylinder (2) und für das Brenngas in einem zweiten Zylinder (3) jeweils aus einer Keramik (10), angeordnet sind und zwischen den Zylindern (2, 3) mit Katalysematerial (6) beschichtete Membranen angeordnet sind.A fuel cell having a plurality of fuel gas and oxygen, ion conducting membrane and electrode supply ducts, characterized in that the gas discharge supply ducts (4, 5) are porous and concentric with the oxygen in a first cylinder (2) and the fuel gas in a second cylinder (3) each of a ceramic (10) are arranged, and between the cylinders (2, 3) with catalytic material (6) coated membranes are arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einer Vielzahl von Zuführleitungen für ein Brenngas und für Sauerstoff, ionenleitenden Membranen und Elektroden.The invention relates to a fuel cell with a plurality of supply lines for a fuel gas and for oxygen, ion-conducting membranes and electrodes.

In der Brennstoffzelle wird durch eine chemische Reaktion zwischen einem wasserstoffhaltigen Brenngas und Sauerstoff Strom an einer Membran mit einer Katalysatorschicht erzeugt. An der Katalysatorschicht werden die Gase ionisiert und die Ionen wandern durch die Membran.In the fuel cell, electricity is generated on a membrane having a catalyst layer by a chemical reaction between a hydrogen-containing fuel gas and oxygen. At the catalyst layer, the gases are ionized and the ions migrate through the membrane.

Bei der chemischen Reaktion entsteht Prozesswärme, die je nach verwendetem Elektrolyten und eingesetztem Brenngas zu unterschiedlichen Betriebstemperaturen führt. So werden die Brennstoffzellen nach dem eingesetzten Elektrolyten und der damit verbundenen Betriebstemperatur typisiert. Am meisten verbreitet sind die Niedertemperatur-Typen AFC (Alkaline Fuel Cell), PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) und DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), die bei 60°C bis 120°C arbeiten. Aber auch der Hochtemperaturtyp SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) mit einer Betriebstemperatur von 800°C bis 1000°C wird zunehmend an Bedeutung gewinnen. Um eine brauchbare Leistung der Brennstoffzelle entnehmen zu können, muss die Katalysatorschicht eine große Oberfläche besitzen.The chemical reaction produces process heat, which leads to different operating temperatures depending on the electrolyte used and the fuel gas used. Thus, the fuel cells are typified by the electrolyte used and the associated operating temperature. The most common are the low temperature types AFC (Alkaline Fuel Cell), PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) and DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) operating at 60 ° C to 120 ° C. But also the high-temperature type SOFC (solid oxide fuel cell) with an operating temperature of 800 ° C to 1000 ° C will become increasingly important. In order to be able to extract useful power from the fuel cell, the catalyst layer must have a large surface area.

In der Patentanmeldung DE 10 2004 026 714 A1 und der damit verbundenen Zusatzanmeldung DE 10 2005 011 669 A1 sind SOFC-Brennstoffzellen-Strukturen beschrieben, bei denen Elektrodenplatten mit wellenförmiger Katalyseschicht angelegt sind. Mit den dort beschriebenen Bauformen ist die Oberfläche nur begrenzt optimiert. Auch sind keine rund angelegten Bauformen einer Brennstoffzelle gezeigt, bei der sich die Temperaturbedingungen beherrschen lassen.In the patent application DE 10 2004 026 714 A1 and the associated additional application DE 10 2005 011 669 A1 there are described SOFC fuel cell structures in which electrode plates with a wave-shaped catalytic layer are applied. With the designs described there, the surface is only limited optimized. Also, no round-shaped designs of a fuel cell are shown in which the temperature conditions can be controlled.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine tubulare Bauform für eine Brennstoffzelle mit einer optimierten Katalyseoberfläche anzugeben.It is an object of the invention to provide a tubular design for a fuel cell with an optimized catalytic surface.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Die Zuführleitungen für das Brenngas und den Sauerstoff sind in konzentrischen Zylindern angeordnet. Dabei sind sie porös, so dass sie Gas an die Membran-Keramik abgeben. Das Brenngas ist im inneren Zylinder geführt, der Sauerstoff (oder Luft) ist in dem äußeren Zylinder geführt. Die Anordnung kann aber auch so gewählt sein, dass das Brenngas im äußeren Ring und der Sauerstoff im inneren Ring geführt sind. Die Elektroden sind dann entsprechend auch vertauscht. Zur Übersichtlichkeit wird die Anordnung aber nur in der ersten Weise beschrieben.The supply lines for the fuel gas and the oxygen are arranged in concentric cylinders. They are porous so they release gas to the membrane ceramic. The fuel gas is guided in the inner cylinder, the oxygen (or air) is guided in the outer cylinder. The arrangement may also be chosen so that the fuel gas in the outer ring and the oxygen are guided in the inner ring. The electrodes are then reversed accordingly. For clarity, the arrangement will be described only in the first way.

Das Brenngas gelangt an die Katalyseschicht. Das Gas wird ionisiert und die Elektronen wandern zu der Kathode. Ebenso wird Sauerstoff ionisiert und Strom erzeugt.The fuel gas reaches the catalytic layer. The gas is ionized and the electrons migrate to the cathode. Likewise, oxygen is ionized and electricity is generated.

Die Keramikmembran ist als Strangprofil ausgebildet, so dass es einfach hergestellt werden kann. Es ist extrudierbar. Die Katalyseschicht ist großflächig durch Beschichtungsprozesse, z. B. durch Sintern, auf die Membran aufgebracht.The ceramic membrane is formed as an extruded profile, so that it can be easily manufactured. It is extrudable. The catalytic layer is over a large area by coating processes, eg. B. by sintering, applied to the membrane.

Eine große Oberfläche ergibt sich durch die geeignete Ausformung des Strangprofils. In einer vorteilhaften Ausführung ergeben sich in etwa ringsegmentförmige Querschnitte der Katalysatorflächen. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung ergibt sich ein flügelförmiger Querschnitt, der auch große Katalyseflächen bietet.A large surface results from the appropriate shaping of the extruded profile. In an advantageous embodiment, approximately annular segment-shaped cross sections of the catalyst surfaces result. In another advantageous embodiment, a wing-shaped cross-section results, which also offers large catalytic surfaces.

In der Keramik sind vorteilhafterweise auch Kanäle für das Abgas, für Wasserdampf und für das Kohlendioxid eingezogen. Diese Kanäle sind ebenso wie die Zuführleitungen in Längsrichtung der Brennstoffzelle ausgerichtet.In the ceramic advantageously channels are drawn for the exhaust gas, water vapor and carbon dioxide. These channels are aligned as well as the supply lines in the longitudinal direction of the fuel cell.

Die Zuführleitungen bilden vorteilhafterweise auch die Elektroden für die Stromabgabe. So kann jeweils eine Sauerstoffleitung als Kathode und eine Brennstoffleitung als Anode genutzt werden. Durch entsprechende Verbindung der Leitungen untereinander können die Zellen elektrisch in Reihe geschaltet werden.The supply lines advantageously also form the electrodes for the current delivery. Thus, in each case an oxygen line can be used as the cathode and a fuel line as the anode. By appropriate connection of the lines with each other, the cells can be electrically connected in series.

Weiterhin ist es günstig, neben den Abgaskanälen in der Keramik weitere Kanäle für die Verteilung des Brenngases und des Sauerstoffes vorzusehen. Diese zusätzlichen Kanäle sind in Längsrichtung in die Keramik eingezogen. Zur besseren Verteilung des Gases sind diese zusätzlichen Kanäle auch noch mit quer liegenden Verbindungskanälen untereinander verbunden.Furthermore, it is favorable to provide, in addition to the exhaust ducts in the ceramic, further channels for the distribution of the fuel gas and of the oxygen. These additional channels are retracted in the longitudinal direction of the ceramic. For better distribution of the gas, these additional channels are also connected to each other with transverse connection channels.

Der äußere und der innere Zylinder sind aus isolierendem Material aufgebaut. Damit können die Elektroden in Reihe geschaltet werden. Die äußere Isolation wird vorteilhafterweise gleichzeitig auch als Wärmeisolation genutzt.The outer and the inner cylinder are made of insulating material. This allows the electrodes to be connected in series. The outer insulation is advantageously used simultaneously as a thermal insulation.

Der innere Zylinder ist elektrisch isolierend, aber wärmeleitend, und vorzugsweise aus Keramik, aufgebaut. Damit kann die entstehende Prozesswärme an den inneren Zuganker abgegeben werden. Dieser ist vorteilhaft als Wärmeleitrohr ausgebildet, durch das ein Wärmetransportmittel fließt. Darüber kann die Wärme in einem Wärmekreislauf zusätzlich genutzt werden.The inner cylinder is electrically insulating, but thermally conductive, and preferably made of ceramic constructed. Thus, the resulting process heat can be delivered to the inner tie rods. This is advantageously designed as a heat pipe, flows through which a heat transfer medium. In addition, the heat in a heat cycle can be used additionally.

Einige Typen von Brennstoffzellen, insbesondere SOFC-Zellen, benötigen eine zusätzliche Heizung, um zu Beginn des Betriebes die gewünschte Betriebstemperatur zu erreichen. Dazu ist es günstig, im Inneren der Brennstoffzelle eine Heizung vorzusehen, über die der Betrieb gestartet wird. Bei Erreichen der Betriebstemperatur wird diese Heizung abgeschaltet. Dann kann die Temperaturregelung über eine gesteuerte Wärmeabfuhr erfolgen, wie sie über Wärmeträger in den Konstruktionsteilen bewirkt werden kann. Some types of fuel cells, particularly SOFC cells, require additional heating to achieve the desired operating temperature at the beginning of operation. For this purpose, it is favorable to provide a heater inside the fuel cell, via which the operation is started. When the operating temperature is reached, this heater is switched off. Then, the temperature control can be done via a controlled heat dissipation, as it can be effected via heat transfer in the structural parts.

Die Brennstoffzelle ist an beiden Enden durch eine Abschlussplatte begrenzt. Die Zuführrohre und Kanäle enden in dieser Abschlussplatte. Die einzelnen Brennstoff- und Sauerstoffrohre sind über Querkanäle in der Abschlussplatte miteinander verbunden. Die Abschlussplatte dichtet die Brennstoffzelle und die Zuführleitungen ab. Dazu ist die Abschlussplatte über den mittleren Zuganker mit der Keramik und den Leitungen verpresst. Über weitere Zuganker kann die Stabilität der Anordnung weiter erhöht werden. Die zusätzlichen Zuganker können außerhalb der Keramik oder durch diese hindurch verlaufen.The fuel cell is bounded at both ends by an end plate. The feed tubes and channels terminate in this end plate. The individual fuel and oxygen tubes are interconnected via transverse channels in the end plate. The end plate seals the fuel cell and the supply lines. For this purpose, the end plate is pressed over the middle tie rod with the ceramic and the wires. Further tie rods can further increase the stability of the arrangement. The additional tie rods may extend outside of or through the ceramic.

An einer Abschlussplatte kann auch eine Turbine montiert sein, die die Energie der Abgase der Brennstoffzelle aufnimmt und in andere Energieformen wandelt. So kann ein elektrischer Generator an dieser Turbine angeschlossen sein. Die Abgase werden dann nach der Turbine abgeführt.An end plate can also be fitted with a turbine that absorbs the energy of the fuel cell's exhaust gases and converts them into other forms of energy. So an electric generator can be connected to this turbine. The exhaust gases are then removed to the turbine.

Die Abschlussplatten sind in einer anderen Bauform auf den äußeren Zylinder aufgeschraubt. Auf diese Weise lässt sich auch eine effektive Abdichtung erreichen.The end plates are screwed onto the outer cylinder in a different design. In this way, an effective seal can be achieved.

Weiterhin sind günstigerweise die elektrischen Anschlüsse der Elektroden aus den Abschlussplatten herausgeführt. Die Abschlussplatten können auch mehrteilig aufgebaut sein und Ringe für die einzelnen Zuführleitungen und Kanäle besitzen. Diese Ringe sind dann vorteilhafterweise auf dem inneren Zylinder und/oder der Keramik aufgeschraubt. Somit können Teile der Abschlussplatten auch übereinander verschraubt sein.Furthermore, the electrical connections of the electrodes are advantageously led out of the end plates. The end plates can also be constructed in several parts and have rings for the individual supply lines and channels. These rings are then advantageously screwed onto the inner cylinder and / or the ceramic. Thus, parts of the end plates can also be screwed on top of each other.

Die Zuführleitungen können als runde oder eckige Rohre ausgeführt sein. Die Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit, die chemische Beständigkeit und die mechanische Stabilität werden mit Rohren aus Kupfer oder Edelstahl erfüllt. Eine andere Möglichkeit sind auch Leitungen aus leitendem, faserverstärktem Kunststoff. Sie erfüllen ebenso die Anforderungen.The supply lines can be designed as round or square tubes. The requirements for electrical conductivity, chemical resistance and mechanical stability are fulfilled with pipes made of copper or stainless steel. Another option is to use cables made of conductive, fiber-reinforced plastic. They also meet the requirements.

Die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle wird weiter erhöht, indem mehrere Keramikzylinder konzentrisch ineinander geschachtelt werden. Jeder dieser Keramikzylinder enthält die Katalyseschicht und alle Kanäle die vorstehend beschrieben wurden. Da jeder dieser Zylinder eine eigenständige Brennstoffzelle darstellt, können die erzeugten Spannungen durch Hintereinanderschaltung der Elektroden addiert werden. Somit ergibt sich eine hohe abgegebene Spannung und eine entsprechend große Leistung.The performance of the fuel cell is further increased by concentrically nested several ceramic cylinders. Each of these ceramic cylinders contains the catalyst layer and all the channels described above. Since each of these cylinders represents a self-contained fuel cell, the voltages generated can be added by connecting the electrodes in series. This results in a high output voltage and a correspondingly high power.

Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Brennstoffzelle auch zur Reformation des Brenngases eingesetzt werden kann. Dazu wird ein Überschuss an Brenngas der Brennstoffzelle zugeführt. Das reformierte Brenngas kann aus den Wasserdampfkanälen wieder entnommen werden.It has been found that the fuel cell according to the invention can also be used for the reforming of the fuel gas. For this purpose, an excess of fuel gas is supplied to the fuel cell. The reformed fuel gas can be removed from the water vapor channels again.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren beispielhaft dargestellt.Embodiments of the invention are exemplified in the figures.

1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle. 1 schematically shows a cross section through a fuel cell according to the invention.

2 zeigt eine andere Ausführungsform im Querschnitt. 2 shows another embodiment in cross section.

3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brennstoffzelle. 3 shows a longitudinal section through a fuel cell.

4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brennstoffzelle mit montierter Turbine. 4 shows a longitudinal section through a fuel cell with mounted turbine.

5 zeigt perspektivisch eine Brennstoffzelle mit abgeschraubtem Abschluss. 5 shows in perspective a fuel cell with unscrewed completion.

6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Brennstoffzelle mit mehreren Heizspiralen. 6 schematically shows a cross section through a fuel cell with multiple Heizspiralen.

In 1 ist ein Querschnitt durch eine Brennstoffzelle 1 gezeigt. In dem äußeren Zylinder 2 befinden sich die Zuführungsrohre 5 für Sauerstoff oder Luft. In dem inneren Zylinder 3 sind die Zuführleitungen 4 für den Brennstoff nebeneinander angeordnet. Der Brennstoff gelangt aus dem porösen Rohr 4 an die Katalyseschicht 6 auf der ionenleitenden Keramik 10. Die Ionen wandern zu der Kathode 7. Die Anode 8 wird auch durch die Zuführrohre 4 für den Brennstoff gebildet. Auf jeder Seite der Katalyseschicht 6 finden die Reaktionen der Brennstoffzelle statt.In 1 is a cross section through a fuel cell 1 shown. In the outer cylinder 2 are the supply pipes 5 for oxygen or air. In the inner cylinder 3 are the supply lines 4 arranged side by side for the fuel. The fuel comes out of the porous tube 4 to the catalytic layer 6 on the ion-conducting ceramic 10 , The ions migrate to the cathode 7 , The anode 8th is also through the feed pipes 4 formed for the fuel. On each side of the catalytic layer 6 the reactions of the fuel cell take place.

Für das sich bildende Abgas sind in der Keramik 10 die Kanäle 22 sowie Kanäle für Wasserdampf 25 und Kanäle für das Kohlendioxid 23 vorgesehen. Diese Gase entstehen beim Betrieb der Brennstoffzelle und werden abgeführt.For the forming exhaust gas are in the ceramic 10 the channels 22 as well as channels for water vapor 25 and channels for the carbon dioxide 23 intended. These gases are produced during operation of the fuel cell and are dissipated.

Neben den Wasserdampfkanälen 25 sind noch zusätzliche Kanäle 24 für das Brenngas in die Keramik 10 eingezogen sein, die durch Brennstoffverbindungskanäle 28 quer dazu miteinander verbunden sind. So wird das Brenngas weitgehend gleichmäßig in der Keramik verteilt und gelangt ohne große Druckverluste an die Katalyseschicht 6. Ebenso sind für die Sauerstoffseite zusätzliche axiale Sauerstoffkanäle 26 vorgesehen, die auch über quer liegende Verbindungskanäle 27 verbunden sind und für eine gleichmäßige Verteilung des Sauerstoffs in der Keramik 10 sorgen.Next to the water vapor channels 25 are additional channels 24 for the fuel gas in the ceramic 10 fed by fuel connection channels 28 are connected to each other across. So the fuel gas is largely evenly distributed in the ceramic and passes without major pressure losses to the catalytic layer 6 , Similarly, for the oxygen side additional axial oxygen channels 26 provided, which also has transverse connection channels 27 are connected and for a uniform distribution of oxygen in the ceramic 10 to care.

Im Inneren des inneren Zylinders 3 befindet sich der Zuganker 9, über den Brennstoffzelle zusammengehalten wird und durch den ein Wärmetransportmedium fließen kann, um die entstehende Prozesswärme weiter zu nutzen.Inside the inner cylinder 3 is the tie rod 9 , is held together by the fuel cell and through which a heat transfer medium can flow to continue to use the resulting process heat.

In 2 ist ein Querschnitt durch eine Brennstoffzelle 1 mit mehreren Keramikzylindern 30 dargestellt. Sie sind konzentrisch dem äußeren Zylinder 2 und dem inneren Zylinder 3 angeordnet und bestehen jeweils aus der schon beschriebenen Keramik 10 mit allen Gaskanälen und jeweils einer Katalyseschicht.In 2 is a cross section through a fuel cell 1 with several ceramic cylinders 30 shown. They are concentric with the outer cylinder 2 and the inner cylinder 3 arranged and each consist of the already described ceramic 10 with all gas channels and one catalytic layer each.

Weiterhin ist dargestellt, dass die Zuführleitungen 4 in dem inneren Zylinder 3 und dem äußeren Zylinder 2 auch als rechteckige Rohre ausgeführt sein können.Furthermore, it is shown that the supply lines 4 in the inner cylinder 3 and the outer cylinder 2 can also be designed as rectangular tubes.

In 3 ist ein Längsschnitt durch die Brennstoffzelle 1 dargestellt. Die Keramik 10 ist durch die beiden Abschlussplatten 11 begrenzt. Diese werden durch den Zuganker 9 und die zusätzlichen Zuganker 12 verpresst und damit abgedichtet. Die Schrauben zur Verpressung sind nicht dargestellt. Auch sind weitere Kanäle innerhalb der Keramik 10 nicht dargestellt.In 3 is a longitudinal section through the fuel cell 1 shown. The ceramics 10 is through the two end plates 11 limited. These are by the tie rod 9 and the additional tie rods 12 pressed and sealed. The screws for pressing are not shown. Also, other channels are within the ceramic 10 not shown.

In den Abschlussplatten 11 befindet sich jeweils ein Kanal 13 für die Verbindung der Rohre 5 für den Sauerstoff und ein Kanal 16 für die Verbindung der Rohre 4 für den Brennstoff.In the end plates 11 there is one channel each 13 for the connection of the pipes 5 for the oxygen and a channel 16 for the connection of the pipes 4 for the fuel.

Über den Anschluss 14 wird der Brennstoff eingeleitet, ebenso über den Anschluss 15 der Sauerstoff. Diese Anschlüsse sind auf beiden Seiten zugänglich.About the connection 14 the fuel is introduced, as well over the connection 15 the oxygen. These connections are accessible on both sides.

Der erzeugte Strom wird über die Elektrodenanschlüsse 17 und 18 abgenommen.The electricity generated is via the electrode connections 17 and 18 removed.

In 4 ist die gleiche Brennstoffzelle 1 wie in 3 dargestellt. Zusätzlich ist hier eine Turbine 40 auf eine innere Abschlussplatte 11 montiert. Diese Abschlussplatte besitzt Durchführungen 22 für das Abgas, dessen Energie in der Turbine 40 mittels der Propeller 41 oder durch Turbinenschaufeln genutzt wird. Das verbrauchte Abgas wird dann von den Abgasanschlüssen 29 an der äußeren Abschlussplatte 42 abgenommen.In 4 is the same fuel cell 1 as in 3 shown. In addition, here is a turbine 40 on an inner end plate 11 assembled. This end plate has bushings 22 for the exhaust, its energy in the turbine 40 by means of the propellers 41 or by turbine blades is used. The spent exhaust gas is then removed from the exhaust ports 29 on the outer end plate 42 removed.

In 5 ist perspektivisch eine Brennstoffzelle 1 dargestellt, die außen auf dem äußeren Zylinder 2 mit den Elektroden 7 und den Zuführleitungen 5 Schraubgewinde 19 für jeweils eine Abschlussplatte aufweist.In 5 is in perspective a fuel cell 1 shown outside on the outer cylinder 2 with the electrodes 7 and the supply lines 5 screw thread 19 for each having an end plate.

Auch an der Keramik 10 ist etwas hervorstehend ein Schraubgewinde 21 angebracht. Hier kann ein Verbindungsring für die nicht dargestellten Gaskanäle aufgeschraubt werden.Also on the ceramics 10 is slightly protruding a screw thread 21 appropriate. Here, a connecting ring for the gas ducts, not shown, can be screwed.

Auf dem inneren Zylinder 3 mit den Elektroden 8 und den Zuführleitungen 3 ist ein Schraubgewinde 20 vorgesehen, auf dem ein Verbindungsring für die Zuführung des Brenngases aufgeschraubt werden kann.On the inner cylinder 3 with the electrodes 8th and the supply lines 3 is a screw thread 20 provided on which a connecting ring for the supply of the fuel gas can be screwed.

Mit den einzelnen Schraubgewinden kann sehr einfach die Abschlussplatte, auch in mehreren Teilen, aufgeschraubt und die Brennstoffzelle 1 abgedichtet werden. Dabei ist natürlich darauf geachtet, dass die Abschlussdeckel mit entsprechend geformten Dichtungsringen versehen sind, die den Deckel gegen die Komponenten und die Kanäle abdichten.With the individual screw threads can very easily the end plate, also in several parts, screwed on and the fuel cell 1 be sealed. It is of course ensured that the end caps are provided with correspondingly shaped sealing rings that seal the lid against the components and the channels.

In 6 ist der innere Zylinder 3 der Brennstoffzelle separat dargestellt. Er enthält die Zuführrohre 5, die das Gas nach außen an die nicht dargestellte Keramik abgeben. Im Inneren des Zylinders 3 ist der Zuganker 9 dargestellt, der die Brennstoffzelle zusammenzieht. Zwischen dem inneren Zylinder 3 und dem Zuganker sind Heizspiralen 31 angeordnet, über die die Brennstoffzelle zum Starten aufgeheizt werden kann. Im Betrieb kann dann über ein Wärmetransportmittel Wärme durch den Zuganker 9 wieder abgeführt werden.In 6 is the inner cylinder 3 the fuel cell shown separately. It contains the feed pipes 5 , which deliver the gas to the outside of the ceramic, not shown. Inside the cylinder 3 is the tie rod 9 shown, which contracts the fuel cell. Between the inner cylinder 3 and the tie rods are heating spirals 31 arranged, via which the fuel cell can be heated to start. During operation, heat can then be passed through the tie rod via a heat transfer medium 9 be discharged again.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Brennstoffzellefuel cell
22: Äußerer ZylinderOuter cylinder
33: Innerer ZylinderInner cylinder
44: Zuführrohr BrennstoffFeed tube fuel
55: Zuführrohr SauerstoffFeed tube oxygen
66: Katalyseschichtcatalysis layer
77: Kathodecathode
88th: Anodeanode
99: Zugankertie rods
1010: Keramikceramics
1111: AbschlussplatteEnd plate
1212: Äußerer ZugankerOuter tie rod
1313: Verbindungskanal SauerstoffConnection channel oxygen
1414: Anschluss BrennstoffConnection fuel
1515: Anschluss SauerstoffConnection oxygen
1616: Verbindungskanal BrennstoffConnecting channel fuel
1717: Anschluss KathodeConnection cathode
1818: Anschluss AnodeConnection anode
1919: Schraubgewinde äußerer ZylinderScrew thread outer cylinder
2020: Schraubgewinde innerer ZylinderScrew thread inner cylinder
2121: Schraubgewinde KeramikScrew thread ceramic
2222: Abgaskanalexhaust duct
2323: Kohlendioxidkanalcarbon dioxide channel
2424: Axiale BrennstoffkanäleAxial fuel channels
2525: WasserdampfkanalWater vapor channel
2626: Axiale SauerstoffkanäleAxial oxygen channels
2727: Sauerstoff-VerbindungskanäleOxygen compound channels
2828: Brennstoff-VerbindungskanäleFuel connecting passages
2929: Abgasanschlussexhaust port
3030: Keramikzylinderceramic cylinder
3131: Heizspiralenheating coils
4040: Turbineturbine
4141: Turbinenpropellerturbine propeller
4242: Äußerer DeckelOuter cover

Claims

Fuel cell with a plurality of supply lines for a fuel gas and for oxygen, ion-conducting membranes and electrodes, characterized in that the supply lines ( 4 . 5 ) are porous for a gas delivery and concentric for the oxygen in a first cylinder ( 2 ) and for the fuel gas in a second cylinder ( 3 ) each of a ceramic ( 10 ), and between the cylinders ( 2 . 3 ) with catalytic material ( 6 ) coated membranes are arranged.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the catalyst surfaces ( 6 ) have a ring-segment-shaped cross-section.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the catalyst surfaces ( 6 ) have a wing-shaped cross-section

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the supply lines for oxygen ( 5 ) one electrode each as a cathode ( 7 ) form.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the supply lines for the fuel ( 4 ) in each case one electrode as anode ( 8th ) form.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that in the ceramic ( 10 ) in the longitudinal direction of exhaust ducts ( 22 ) are recovered.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that in the ceramic ( 10 ) in the longitudinal direction carbon dioxide channels ( 23 ) are recovered.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that in the ceramic ( 10 ) in the longitudinal direction of water vapor channels ( 25 ) are recovered.

Fuel cell according to claim 8, characterized in that in the ceramic ( 10 ) in the longitudinal direction adjacent to the exhaust ducts ( 22 . 23 . 25 ) additional channels for fuel ( 24 ) and for oxygen ( 26 ) are recovered.

Fuel cell according to claim 9, characterized in that the additional channels via transversely extending connecting channels ( 27 . 28 ) are connected.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the outer cylinder ( 2 ) is formed as an insulating layer.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the inner cylinder ( 3 ) is formed of thermally conductive ceramic.

Fuel cell according to claim 12, characterized in that inside the inner cylinder ( 3 ) a tie rod ( 9 ) is arranged as a heat pipe.

Fuel cell according to claim 13, characterized in that between the inner cylinder ( 3 ) and the tie rod ( 9 ) Heating coils are provided.

Fuel cell according to claim 9, characterized in that the supply lines for oxygen ( 5 ) and fuel gas ( 4 ) as well as the additional channels ( 24 . 26 ) at each end of the cylinders, each through a channel ( 13 . 16 ) in a cover plate ( 11 ) are interconnected.

Fuel cell according to claim 14, and 15, characterized in that the end plates ( 11 ) over the middle tie rod ( 9 ) with the cylinders ( 2 . 3 ) and the supply lines ( 4 . 5 ) are pressed.

Fuel cell according to claim 16, characterized in that further tie rods ( 12 ) outside or inside the outer cylinder ( 2 ) are provided.

Fuel cell according to claim 15, characterized in that on a closure plate ( 11 ) a turbine is mounted, which absorbs the energy of the exhaust gases and converts.

Fuel cell according to claim 15, characterized in that the end plates ( 11 ) on the outer cylinder ( 2 ) are screwed.

Fuel cell according to claim 15, characterized in that rings for the ducts ( 13 . 16 ) on the inner cylinder ( 3 ) and / or on the ceramic ( 10 ) are screwed.

Fuel cell according to claim 1, characterized in that the supply lines ( 4 . 5 ) are designed as round or square pipes.

Fuel cell according to claim 21, characterized in that the supply lines ( 4 . 5 ) made of copper or stainless steel.

Fuel cell according to claim 21, characterized in that the supply lines ( 4 . 5 ) and the electrodes ( 7 . 8th ) consist of conductive, fiber-reinforced plastic.

Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of cylinders of the ceramic ( 10 ) are concentrically nested.

Method for operating a fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that an excess of fuel gas into the supply lines ( 4 ) and from the water vapor channels ( 25 ) a reformed fuel gas is removed.