DE102015210137A1

DE102015210137A1 - fuel cell device

Info

Publication number: DE102015210137A1
Application number: DE102015210137.1A
Authority: DE
Inventors: Gert Lindemann; Franz Wetzl; Thomas Loibl; Herbert Waibel; Bernd Lutz; Dietmar Hofmann; Friedrich Kneule; Andre Moc; Frank Schuler; Stefan Schoenbauer; Stefan Sprinkart; Franz-Anton Mayer; Imke Heeren; Oliver Kriese
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-08
Also published as: JP2018520469A; JP6594453B2; WO2016192875A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstoffzellenstack (12), welcher zumindest zwei Teilstacks (14, 16) umfasst, welche jeweils eine Trägerplatte (18, 20) und eine Mehrzahl von jeweils an den Trägerplatten (18, 20) angeordneten tubularen Brennstoffzellen(22) aufweisen. Es wird vorgeschlagen, dass die Trägerplatten (18, 20) einen zumindest im Wesentlichen geschlossenen Luftraum (24) zumindest teilweise begrenzen, in welchen die tubularen Brennstoffzellen (22) der Teilstacks (14, 16) ausgehend von den Trägerplatten (18, 20) hineinragen.The invention is based on a fuel cell device having a fuel cell stack (12) which comprises at least two partial stacks (14, 16), each having a carrier plate (18, 20) and a plurality of tubular fuel cells respectively arranged on the carrier plates (18, 20) (22). It is proposed that the carrier plates (18, 20) at least partially delimit an at least substantially closed air space (24), in which the tubular fuel cells (22) of the partial stacks (14, 16) protrude from the carrier plates (18, 20) ,

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel cell device according to the preamble of patent claim 1.

Es sind bereits Brennstoffzellenvorrichtungen bekannt, welche einen Brennstoffzellenstack aufweisen, welcher zumindest zwei Teilstacks umfasst. Dabei weisen die Teilstacks jeweils eine Trägerplatte und eine Mehrzahl von jeweils an den Trägerplatten angeordneten tubularen Brennstoffzellen auf.Fuel cell devices are already known which have a fuel cell stack which comprises at least two partial stacks. In this case, the partial stacks each have a carrier plate and a plurality of tubular fuel cells arranged in each case on the carrier plates.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstoffzellenstack, welcher zumindest zwei Teilstacks umfasst, welche jeweils eine Trägerplatte und eine Mehrzahl von jeweils an der Trägerplatte angeordneten tubularen Brennstoffzellen aufweisen.The invention is based on a fuel cell device with a fuel cell stack, which comprises at least two partial stacks, which each have a carrier plate and a plurality of tubular fuel cells each arranged on the carrier plate.

Es wird vorgeschlagen, dass die Trägerplatten einen zumindest im Wesentlichen geschlossenen Luftraum zumindest teilweise begrenzen, in welchen die tubularen Brennstoffzellen der Teilstacks ausgehend von den Trägerplatten hineinragen. Unter einer „Brennstoffzellenvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung zu einer stationären und/oder mobilen Gewinnung, insbesondere elektrischer und/oder thermischer, Energie unter Verwendung zumindest eines Brennstoffzellenstacks verstanden werden. Unter einem „Brennstoffzellenstack“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit zumindest zwei Brennstoffzellen verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Methan und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Die Brennstoffzellen können insbesondere als Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) ausgebildet sein. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einem „Teilstack“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine, insbesondere elektrisch und/oder fluidtechnisch, in sich abgeschlossene und/oder, insbesondere unabhängig von weiteren Teilen des Brennstoffzellenstacks, funktionsfähige Teileinheit des Brennstoffzellenstacks verstanden werden. Insbesondere weisen die Teilstacks des Brennstoffzellenstacks jeweils eine Teilmenge von Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstacks auf. Die Brennstoffzellen innerhalb der Teilstacks sind elektrisch seriell und/oder parallel verschaltet. Unter einer „tubularen Brennstoffzelle“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Brennstoffzelle mit einem rohrförmigen Trägerkörper verstanden werden. Insbesondere ist der röhrenförmige Trägerkörper an einer Endseite geschlossen ausgeführt. Insbesondere weist der Trägerkörper zumindest einen offen porös ausgebildeten Teilbereich auf. Insbesondere weist die tubulare Brennstoffzelle zumindest eine Funktionsschicht auf, welche auf den wenigstens einen zumindest teilweise porös ausgebildeten Teilbereich aufgebracht ist. Unter einer „Funktionsschicht“ soll in diesen Zusammenhang insbesondere eine Schicht verstanden werden, welche insbesondere zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode sowie zumindest ein zwischen der zumindest einen Anode und der zumindest eine Kathode angeordnetes Elektrolyt aufweist. Insbesondere kann die zumindest eine Funktionsschicht auf einer Innenseite und/oder einer Außenseite des Trägerkörpers angeordnet sein. Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionsschicht vollständig auf einer Innenseite des Trägerkörpers angeordnet. Ein Brenngas wird in einem Betriebszustand insbesondere über ein Zuströmelement innenseitig in den Trägerkörper der tubularen Brennstoffzelle geleitet. Insbesondere ist der zumindest eine offen poröse Teilbereich zur Zuführung von Sauerstoff oder Luft vorgesehen.It is proposed that the carrier plates at least partially delimit an at least substantially closed airspace in which the tubular fuel cells of the partial stacks protrude starting from the carrier plates. In this context, a "fuel cell device" is to be understood as meaning, in particular, a device for stationary and / or mobile extraction, in particular electrical and / or thermal, energy using at least one fuel cell stack. In this context, a "fuel cell stack" should be understood as meaning in particular a unit having at least two fuel cells, which is provided with at least one chemical reaction energy of at least one, in particular continuously supplied, fuel gas, in particular hydrogen and / or methane and / or carbon monoxide, and at least an oxidizing agent, in particular oxygen, in particular to convert electrical energy. The fuel cells can be designed in particular as solid oxide fuel cells (SOFC). By "provided" is intended to be understood in particular specially programmed, designed and / or equipped. The fact that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state. In this context, a "partial stack" is to be understood as meaning, in particular, a partial unit of the fuel cell stack which is functional, in particular electrically and / or fluidically, and / or, in particular independently of other parts of the fuel cell stack. In particular, the partial stacks of the fuel cell stack each have a subset of fuel cells of the fuel cell stack. The fuel cells within the partial stacks are electrically connected in series and / or in parallel. A "tubular fuel cell" is to be understood in this context, in particular a fuel cell with a tubular support body. In particular, the tubular support body is designed to be closed on one end side. In particular, the carrier body has at least one openly porous partial region. In particular, the tubular fuel cell has at least one functional layer which is applied to the at least one partially porous section. In this context, a "functional layer" is to be understood as meaning, in particular, a layer which has, in particular, at least one anode and at least one cathode and at least one electrolyte arranged between the at least one anode and the at least one cathode. In particular, the at least one functional layer can be arranged on an inner side and / or an outer side of the carrier body. Preferably, the at least one functional layer is arranged completely on an inner side of the carrier body. A fuel gas is passed in an operating state in particular via an inflow inside the support body of the tubular fuel cell. In particular, the at least one open-porous partial region for supplying oxygen or air is provided.

Unter einer „Trägerplatte“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine plattenartige Einheit verstanden werden, welche insbesondere zu einer Montage einer Mehrzahl von tubularen Brennstoffzellen vorgesehen ist. Insbesondere kann die Trägerplatte zumindest teilweise aus einem metallischen und/oder vorzugsweise keramischen Material bestehen. Insbesondere weist die Trägerplatte innerhalb der Trägerplatte verlaufende Kanäle auf, welche zu einer Medienversorgung, insbesondere zu einer Versorgung mit zumindest einem Brenngas, der tubularen Brennstoffzellen vorgesehen sind. Die Trägerplatte kann insbesondere ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Bei einer mehrteiligen Ausführung kann die Trägerplatte insbesondere eine Grundplatte, welche insbesondere zu einer mechanischen Befestigung der tubularen Brennstoffzellen vorgesehen ist und welche insbesondere in Umfangsrichtung einseitig offene Kanäle aufweist, und eine Deckplatte, welche zu einem Verschließen der Kanäle der Grundplatte vorgesehen ist, umfassen. In einem montierten Zustand verläuft eine Längserstreckungsrichtung der tubularen Brennstoffzellen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Trägerplatte. Unter einer „Längserstreckungsrichtung" eines Objekts soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel ist zu einer längsten Kante eines kleinsten gedachten Quaders, welcher das Objekt gerade noch umgibt. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ eines Objekts soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten geometrischen Quaders ist, welcher die Baueinheit gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Darunter, dass die „Trägerplatten einen zumindest im Wesentlichen geschlossenen Luftraum zumindest teilweise begrenzen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Trägerplatten zumindest eine den Luftraum begrenzende Wandung ausbilden. Unter „zumindest im Wesentlichen geschlossen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine gedachte, den Luftraum umgebende, geschlossene Hüllfläche zu zumindest 80%, vorzugsweise zu zumindest 85%, vorteilhaft zu zumindest 90% und besonders vorteilhaft zu zumindest 95% von eine insbesondere gasdichte Hülle bedeckt ist. Der Luftraum ist insbesondere dazu vorgesehen, den tubularen Brennstoffzellen einen für eine chemische Reaktion benötigten Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, zuzuführen.In this context, a "carrier plate" is to be understood as meaning, in particular, a plate-like unit which is provided in particular for mounting a plurality of tubular fuel cells. In particular, the carrier plate may at least partially consist of a metallic and / or preferably ceramic material. In particular, the carrier plate has channels extending within the carrier plate, which channels are provided for supplying media, in particular for supplying at least one fuel gas, to the tubular fuel cells. The support plate may in particular be designed in one or more parts. In a multi-part design, the support plate may in particular a base plate, which is provided in particular for a mechanical attachment of the tubular fuel cells and which has in particular circumferentially open channels, and a cover plate, which is provided for closing the channels of the base plate include. In an assembled state, a longitudinal extension direction of the tubular fuel cells runs at least substantially perpendicular to a main extension plane of the carrier plate. A "longitudinal extension direction" of an object should in particular be understood to mean a direction which is parallel to a longest edge of a smallest imaginary cuboid, which just surrounds the object. A "main extension plane" of an object is to be understood in particular as meaning a plane which is parallel to a largest side surface of a smallest geometric cuboid which just completely surrounds the structural unit, and in particular runs through the center of the cuboid. The fact that the "support plates at least partially limit an at least substantially closed air space" should be understood in this context in particular that the support plates form at least one wall bounding the air space. By "at least substantially closed" is to be understood in this context in particular that an imaginary, the airspace surrounding, closed envelope surface to at least 80%, preferably at least 85%, advantageously at least 90% and more preferably at least 95% of a in particular gas-tight envelope is covered. The air space is provided in particular for supplying the tubular fuel cells with an oxygen, in particular atmospheric oxygen, required for a chemical reaction.

Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Begrenzung eines Luftraums und/oder einer Anordnung von Teilstacks bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch Verwendung der Trägerplatten als Teil der Begrenzung des Luftraums, eine Abdichtung vorteilhaft vereinfacht werden. Ferner kann durch die Trägerplatten eine Medienführung für die tubularen Brennstoffzellen vorteilhaft in eine Begrenzung des Luftraums integriert werden.By such a configuration, a generic fuel cell device with improved properties with regard to a limitation of an air space and / or an arrangement of partial stacks can be provided. In particular, by using the carrier plates as part of the limitation of the air space, a seal can be advantageously simplified. Furthermore, a media guide for the tubular fuel cells can advantageously be integrated into a boundary of the air space by the carrier plates.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Teilstacks innerhalb des Brennstoffzellenstacks derart angeordnet sind, dass die tubularen Brennstoffzellen ineinander greifen. Insbesondere sind die Teilstacks derart angeordnet, dass die Trägerplatten zumindest im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Unter „im Wesentlichen parallel“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Die Teilstacks sind insbesondere derart angeordnet, dass sich die tubularen Brennstoffzellen ausgehend von den Trägerplatten in Richtung der jeweils anderen Trägerplatte erstrecken. Darunter, dass die tubularen Brennstoffzellen „ineinander greifen“ soll insbesondere verstanden werden, dass die tubularen Brennstoffzellen eines Teilstacks jeweils in Zwischenräumen zwischen den tubularen Brennstoffzellen eines weiteren Teilstacks hineinragen. Hierdurch kann eine vorteilhaft hohe mechanische Stabilität, insbesondere eine hohe Schüttelfestigkeit, des Brennstoffzellenstacks erreicht werden.It is also proposed that the partial stacks are arranged within the fuel cell stack such that the tubular fuel cells interlock. In particular, the partial stacks are arranged such that the carrier plates are aligned at least substantially parallel to one another. "Substantially parallel" is to be understood here as meaning, in particular, an alignment of a direction relative to a reference direction, in particular in a plane, wherein the direction relative to the reference direction is a deviation, in particular less than 8 °, advantageously less than 5 ° and particularly advantageously less than 2 °. The partial stacks are in particular arranged such that the tubular fuel cells extend from the carrier plates in the direction of the respective other carrier plate. By the fact that the tubular fuel cells "intermesh" should be understood in particular that the tubular fuel cells of a partial stack protrude in each case in spaces between the tubular fuel cells of another part stack. In this way, an advantageously high mechanical stability, in particular a high shaking resistance, of the fuel cell stack can be achieved.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Trägerplatten in einem montierten Zustand derart zueinander beabstandet sind, dass Kopfbereiche der tubularen Brennstoffzellen eines Teilstacks neben Fußbereichen der tubularen Brennstoffzellen eines weiteren Teilstacks angeordnet sind. Insbesondere entspricht ein Abstand zwischen den Trägerplatten, zumindest im Wesentlichen, einer Höhe der tubularen Brennstoffzellen. Da die Kopfbereiche der tubularen Brennstoffzellen während eines Betriebs eine höhere Temperatur als die Fußbereiche der tubularen Brennstoffzellen aufweisen, kann hierdurch vorteilhaft eine zumindest weitgehende Temperaturhomogenität innerhalb des Brennstoffzellenstacks erreicht werden.In a preferred embodiment of the invention, it is proposed that the carrier plates are spaced apart in an assembled state such that head regions of the tubular fuel cells of a partial stack are arranged next to foot regions of the tubular fuel cells of a further partial stack. In particular, a distance between the carrier plates corresponds, at least substantially, to a height of the tubular fuel cells. Since the head regions of the tubular fuel cells have a higher temperature than the foot regions of the tubular fuel cells during operation, an at least extensive temperature homogeneity within the fuel cell stack can advantageously be achieved thereby.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Trägerplatten jeweils zumindest eine Ausnehmung aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, Luft in den Luftraum zu leiten. Vorzugsweise weisen die Trägerplatten jeweils eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, welche dazu vorgesehen sind, Luft in den Luftraum zu leiten. Insbesondere verlaufen die Ausnehmungen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Trägerplatten. Hierdurch kann auf vorteilhaft einfache Weise Luft in den Luftraum geleitet werden. Ferner können Zuleitungen zur Zuführung von Luft in den Luftraum vorteilhaft einfach in die Trägerplatten integriert werden.It is also proposed that the carrier plates each have at least one recess which is provided to direct air into the air space. Preferably, the carrier plates each have a plurality of recesses, which are provided to direct air into the air space. In particular, the recesses extend at least substantially perpendicular to a main extension plane of the carrier plates. As a result, air can be conducted into the air space in an advantageously simple manner. Furthermore, supply lines for supplying air into the air space can advantageously be easily integrated into the carrier plates.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmungen derart angeordnet sind, dass bei einer Einleitung von Luft in den Luftraum zumindest im Wesentlichen gleichmäßige Beströmung jeder der tubularen Brennstoffzellen entsteht. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen kreisförmig um die Positionen der tubularen Brennstoffzellen herum angeordnet. Darunter, dass die tubularen Brennstoffzellen eine „zumindest im Wesentlichen gleichmäßige Beströmung“ erfahren soll, insbesondere verstanden werden, dass eine über die Ausnehmungen in den Luftraum eingeleitete Luft die Außenflächen der tubularen Brennstoffzellen zumindest im Wesentlichen vollständig umströmt. Hierdurch kann ein vorteilhaft gleichmäßiger Betrieb des Brennstoffzellenstacks erreicht werden. Insbesondere kann eine Reduzierung des Wirkungsgrads und/oder eine inhomogene Temperaturverteilung innerhalb des Brennstoffzellenstacks zumindest weitgehend verhindert werden.Furthermore, it is proposed that the recesses are arranged such that, when air is introduced into the air space, at least substantially uniform flow of each of the tubular fuel cells results. Preferably, the recesses are arranged in a circle around the positions of the tubular fuel cells. This means that the tubular fuel cells should experience an "at least substantially uniform flow", in particular that an air introduced via the recesses into the air space at least substantially completely flows around the outer surfaces of the tubular fuel cells. As a result, advantageously uniform operation of the fuel cell stack can be achieved. In particular, a reduction of the efficiency and / or an inhomogeneous temperature distribution within the fuel cell stack can be at least largely prevented.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zwischen den Trägerplatten zumindest ein röhrenförmiger Abstandshalter angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen den Trägerplatten eine Mehrzahl röhrenförmiger Abstandshaltern angeordnet. Vorzugsweise sind die röhrenförmigen Abstandshalter an den Ecken der Trägerplatten angeordnet. Hierdurch kann eine vorteilhafte mechanische Fixierung der Teilstacks erreicht werden.It is also proposed that at least one tubular spacer is arranged between the carrier plates. Preferably, a plurality of tubular spacers is disposed between the carrier plates. Preferably, the tubular spacers are arranged at the corners of the carrier plates. This can be a advantageous mechanical fixation of the partial stacks can be achieved.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der röhrenförmige Abstandshalter zumindest einen Wanddurchbruch aufweist und dazu vorgesehen ist, Luft aus dem Luftraum auszuleiten. Vorzugsweise weist der röhrenförmige Abstandshalter eine Mehrzahl von Wanddurchbrüchen auf. Insbesondere sind die Wanddurchbrüche dazu vorgesehen, ein Einströmen von Luft aus dem Luftraum in den röhrenförmigen Abstandshalter hinein zu erlauben. Die Trägerplatten weisen insbesondere Luftauslassausnehmungen auf, in welche die Enden des röhrenförmigen Abstandshalters münden. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder zuverlässige Ausleitung von Luft aus dem Luftraum erreicht werden.Furthermore, it is proposed that the tubular spacer has at least one wall opening and is intended to discharge air from the air space. Preferably, the tubular spacer has a plurality of wall openings. In particular, the wall openings are intended to allow air to flow from the air space into the tubular spacer. The support plates in particular have Luftauslassausnehmungen into which open the ends of the tubular spacer. As a result, an advantageously simple and / or reliable discharge of air from the air space can be achieved.

Ferner wird ein Teilstack für eine Brennstoffzellenvorrichtung vorgeschlagen. Insbesondere weist der Teilstack eine Trägerplatte und eine Mehrzahl von an der Trägerplatte angeordneten tubularen Brennstoffzellen auf. Hierdurch kann ein vorteilhaft einfacher Aufbau einer vorteilhaft zuverlässigen Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden.Furthermore, a partial stack is proposed for a fuel cell device. In particular, the partial stack has a carrier plate and a plurality of tubular fuel cells arranged on the carrier plate. As a result, an advantageously simple construction of an advantageously reliable fuel cell device can be achieved.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. The fuel cell device according to the invention should not be limited to the application and embodiment described above. In particular, the fuel cell device according to the invention may have a different number from a number of individual elements, components and units mentioned herein for fulfilling a mode of operation described herein.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Es zeigt:It shows:

1 eine perspektivische Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einem Brennstoffzellenstack in einem unmontierten Zustand, welcher zwei Teilstacks umfasst, welche jeweils eine Trägerplatte und eine Mehrzahl von jeweils an den Trägerplatten angeordneten tubularen Brennstoffzellen aufweisen und 1 a perspective view of a fuel cell device with a fuel cell stack in an unmounted state, which comprises two partial stacks, which each have a support plate and a plurality of each arranged on the support plates tubular fuel cells and

2 eine Schnittdarstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung gemäß 1. 2 a sectional view of a fuel cell device according to 1 ,

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 in einem unmontierten Zustand während 2 eine Schnittdarstellung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 in einem montierten Zustand zeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist einen Brennstoffzellenstack 12 auf, welcher zwei Teilstacks 14, 16 umfasst. Die Teilstacks 14, 16 umfassen jeweils eine Trägerplatte 18, 20 und eine Mehrzahl von tubularen Brennstoffzellen 22. Die tubularen Brennstoffzellen 22 sind jeweils an den Trägerplatten 18, 20 angeordnet. Die tubularen Brennstoffzellen 22 können beispielsweise mittels eines Glasslots an den Trägerplatten 18, 20 fixiert und/oder abdichtet sein. Die Teilstacks 14, 16 weisen hier beispielhaft jeweils sechs tubulare Brennstoffzellen 22 auf. Alternativ können Teilstacks jedoch auch eine von sechs abweichende Anzahl von tubularen Brennstoffzellen aufweisen. Ferner können auch Trägerplatten unterschiedlicher Größe verwendet werden. Die Trägerplatten 18, 20 können insbesondere aus einem keramischen und/oder metallischen Material bestehen. Die Trägerplatten 18, 20 weisen hier nicht näher dargestellte innerhalb der Trägerplatten 18, 20 verlaufende Kanäle auf, welche dazu vorgesehen sind den tubularen Brennstoffzellen 22 ein Brenngas zuzuführen und/oder ein Abgas von den tubularen Brennstoffzellen 22 abzuleiten. Eine Einleitung und/oder Ausleitung des Brenngases in die Kanäle der Trägerplatten 18, 20 erfolgt über einen Brenngaseinlass/-auslass 52. In montiertem Zustand (vgl. 2) bilden die Trägerplatten 18, 20 teilweise Begrenzung eines Luftraums 24 aus. An einem Umfang der Trägerplatten 18, 20 angebrachte Keramik- und/oder Metallplatten 38 schließen den Luftraum 24. Zwischen den Keramikund/oder Metallplatten 38 und den Trägerplatten 18, 20 ist zur Abdichtung des Luftraums 24 eine beispielsweise keramische Dichtschnur 40 angeordnet. In dem montierten Zustand ragen die tubularen Brennstoffzellen 22 der Teilstacks 14, 16 ausgehend von den Trägerplatten 18, 20 in den Luftraum 24 hinein. 1 shows a perspective view of a fuel cell device 10 in an unmounted state during 2 a sectional view of the fuel cell device 10 in an assembled state. The fuel cell device 10 has a fuel cell stack 12 on which two partial stacks 14 . 16 includes. The partial stacks 14 . 16 each comprise a carrier plate 18 . 20 and a plurality of tubular fuel cells 22 , The tubular fuel cells 22 are each on the carrier plates 18 . 20 arranged. The tubular fuel cells 22 For example, by means of a glass solder on the carrier plates 18 . 20 fixed and / or sealed. The partial stacks 14 . 16 Here, by way of example, each have six tubular fuel cells 22 on. Alternatively, however, partial stacks may also have one of six different numbers of tubular fuel cells. Furthermore, carrier plates of different sizes can be used. The carrier plates 18 . 20 may in particular consist of a ceramic and / or metallic material. The carrier plates 18 . 20 not shown here within the carrier plates 18 . 20 extending channels, which are provided to the tubular fuel cells 22 to supply a fuel gas and / or an exhaust gas from the tubular fuel cells 22 derive. An introduction and / or discharge of the fuel gas in the channels of the carrier plates 18 . 20 via a fuel gas inlet / outlet 52 , In assembled condition (cf. 2 ) form the carrier plates 18 . 20 partially limiting an airspace 24 out. On a circumference of the carrier plates 18 . 20 attached ceramic and / or metal plates 38 close the airspace 24 , Between the ceramic and / or metal plates 38 and the carrier plates 18 . 20 is to seal the airspace 24 an example ceramic sealing cord 40 arranged. In the mounted state, the tubular fuel cells protrude 22 the partial stacks 14 . 16 starting from the carrier plates 18 . 20 in the airspace 24 into it.

Die Teilstacks 14, 16 sind innerhalb des Brennstoffzellenstacks 12 derart angeordnet, dass die tubularen Brennstoffzellen 22 ineinander greifen. Die Trägerplatten 18, 20 sind in montiertem Zustand derart zueinander beabstandet, dass Kopfbereiche 26 der tubularen Brennstoffzellen 22 eines Teilstacks 14, 16 neben Fußbereichen 28 der tubularen Brennstoffzellen 22 des jeweils anderen Teilstacks 14, 16 angeordnet sind. Da die Kopfbereiche 26 der tubularen Brennstoffzellen 22 während eines Betriebs eine höhere Temperatur als die Fußbereiche 28 der tubularen Brennstoffzellen 22 aufweisen, kann hierdurch eine Temperaturhomogenität innerhalb des Brennstoffzellenstacks 12 erreicht werden.The partial stacks 14 . 16 are inside the fuel cell stack 12 arranged such that the tubular fuel cells 22 mesh. The carrier plates 18 . 20 are spaced apart in the assembled state such that head portions 26 the tubular fuel cells 22 a partial stack 14 . 16 next to foot areas 28 the tubular fuel cells 22 the other part of the stack 14 . 16 are arranged. Because the head areas 26 the tubular fuel cells 22 during operation, a higher temperature than the foot areas 28 the tubular fuel cells 22 can thereby have a temperature homogeneity within the fuel cell stack 12 be achieved.

Die Trägerplatten 18, 20 weisen jeweils auf einer dem Luftraum 24 abgewandten Seite eine großflächige Kavität 44, 50 auf. Eine Lufteinströmung erfolgt jeweils über einen Lufteinlasskanal 46 welcher in die Kavitäten 44, 50 mündet. In einem montierten Zustand sind die Kavitäten 44, 50 jeweils durch eine Deckplatte 48 abgedeckt. Zur Veranschaulichung der Kavität 44 ist hier lediglich eine Deckplatte 48 dargestellt (vgl. 2). Die Trägerplatten 18, 20 weisen jeweils eine Mehrzahl von Ausnehmungen 30 auf, welche dazu vorgesehen sind, Luft in den Luftraum 24 zu leiten. Die Ausnehmungen 30 können beispielsweise als Durchgangsbohrungen ausgeführt sein. Die Ausnehmungen 30 verbinden die Kavitäten 44, 50 jeweils mit dem Luftraum 24. Die Ausnehmungen 30 sind kreisförmig um die Positionen der tubularen Brennstoffzellen 22 herum angeordnet. Die Ausnehmungen 30 sind somit derart angeordnet, dass bei einer Einleitung von Luft in den Luftraum 24 eine gleichmäßige Beströmung jeder der tubularen Brennstoffzellen 22 entsteht.The carrier plates 18 . 20 each point to one of the airspace 24 opposite side of a large cavity 44 . 50 on. An air inflow takes place via an air inlet duct 46 which in the cavities 44 . 50 empties. In an assembled state are the cavities 44 . 50 each by a cover plate 48 covered. To illustrate the cavity 44 here is just a cover plate 48 represented (cf. 2 ). The carrier plates 18 . 20 each have a plurality of recesses 30 which are intended to air into the airspace 24 to lead. The recesses 30 can be designed for example as through holes. The recesses 30 connect the cavities 44 . 50 each with the airspace 24 , The recesses 30 are circular around the positions of the tubular fuel cells 22 arranged around. The recesses 30 are thus arranged such that upon introduction of air into the airspace 24 a uniform flow of each of the tubular fuel cells 22 arises.

Zwischen den Trägerplatten 18, 20 sind röhrenförmiger Abstandshalter 34 angeordnet. Die Abstandshalter 34 sind jeweils in Ecken der Trägerplatten 18, 20 angeordnet. Die Abstandshalter 34 sind dazu vorgesehen, eine mechanische Stabilität des Brennstoffzellenstacks 12 zu erhöhen. Die Abstandshalter 34 sind ferner dazu vorgesehen, Luft aus dem Luftraum 24 auszuleiten. Hierzu weisen die röhrenförmigen Abstandshalter 34 Wanddurchbrüche 36 auf, welche dazu vorgesehen sind, ein Einströmen von Luft aus dem Luftraum 24 in die röhrenförmigen Abstandshalter 34 hinein zu erlauben. Die Trägerplatten 18, 20 weisen Luftauslassausnehmungen 42 auf, in welche die Enden der röhrenförmigen Abstandshalter 34 münden. Über die Luftauslassausnehmungen 42 wird die Luft aus dem Luftraum 24 abgeführt.Between the carrier plates 18 . 20 are tubular spacers 34 arranged. The spacers 34 are each in corners of the carrier plates 18 . 20 arranged. The spacers 34 are intended to provide mechanical stability of the fuel cell stack 12 to increase. The spacers 34 are also intended to provide air from the airspace 24 auszuleiten. For this purpose, have the tubular spacers 34 Wall cuttings 36 which are intended, an influx of air from the air space 24 in the tubular spacers 34 to allow in. The carrier plates 18 . 20 have Luftauslassausnehmungen 42 into which the ends of the tubular spacers 34 lead. About the air outlet recesses 42 gets the air out of the airspace 24 dissipated.

Claims

Fuel cell device with a fuel cell stack ( 12 ), which contains at least two partial stacks ( 14 . 16 ), each having a support plate ( 18 . 20 ) and a plurality of each on the carrier plates ( 18 . 20 ) arranged tubular fuel cells ( 22 ), characterized in that the carrier plates ( 18 . 20 ) an at least substantially closed airspace ( 24 ) in which the tubular fuel cells ( 22 ) of the partial stacks ( 14 . 16 ) starting from the carrier plates ( 18 . 20 protrude).

Fuel cell device according to claim 1, characterized in that the partial stacks ( 14 . 16 ) within the fuel cell stack ( 12 ) are arranged such that the tubular fuel cells ( 22 ) mesh.

Fuel cell device according to claim 2, characterized in that the carrier plates ( 18 . 20 ) in an assembled state are spaced apart from one another such that head regions ( 26 ) of the tubular fuel cells ( 22 ) of a partial stack ( 14 ) next to foot areas ( 28 ) of the tubular fuel cells ( 22 ) of another partial stack ( 16 ) are arranged.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier plates ( 18 . 20 ) each at least one recess ( 30 ), which is intended to air into the airspace ( 24 ).

Fuel cell device according to claim 4, characterized in that the carrier plates ( 18 . 20 ) each have a plurality of recesses ( 30 ), which are intended to allow air into the airspace ( 24 ).

Fuel cell device according to claim 4 or 5, characterized in that the recesses ( 30 ) are arranged such that upon an introduction of air into the airspace ( 24 ) at least substantially uniform flow of each of the tubular fuel cells ( 22 ) arises.

Fuel cell device according to claim 5 or 6, characterized in that the recesses ( 30 ) about the positions of the tubular fuel cells ( 22 ) are arranged around.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that between the carrier plates ( 18 . 20 ) at least one tubular spacer ( 34 ) is arranged.

Fuel cell device according to claim 8, characterized in that the tubular spacer ( 34 ) at least one wall opening ( 36 ) and is intended to remove air from the airspace ( 24 ).

Sub-stack for a fuel cell device ( 10 ) according to any one of the preceding claims.