DE102016216512A1

DE102016216512A1 - Brennstoffzellenmodul

Info

Publication number: DE102016216512A1
Application number: DE102016216512.7A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Homma; Keiji Tsukamoto
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-03-09
Also published as: GB201615130D0; GB2544588B; JP6247671B2; US20170069919A1; CN106505227B; CN106505227A; US10170776B2; JP2017050192A; GB2544588A

Abstract

Ein Brennstoffzellenmodul (10) weist Verbrennungsgas-Kanalelemente (16) auf, die mit einem Verbrenner (14) verbunden sind und entlang des Brennstoffzellenstapels (12) nach oben verlaufen. Die Brennstoffgaskanalelemente (16) weisen Verbrennungsgaskanäle (58a, 58b) und Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen (60a, 60b) auf. Ein im Verbrenner (14) erzeugtes Verbrennungsgas fließt durch die Verbrennungsgaskanäle (58a, 58b) nach oben, und die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen (60a, 60b) sind mit den Verbrennungsgaskanälen (58a, 58b) zur Freisetzung des Verbrennungsgases in Richtung der Seitenflächen (12a, 12b) des Brennstoffzellenstapels (12) verbunden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellenmodul, das einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen zum Erzeugen elektrische Energie durch elektrochemische Reaktionen eines Brennstoffgases und eines sauerstoffhaltigen Gases vorgesehen ist.
Beschreibung des Stands der Technik:
Im Allgemeinen kommt bei einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) ein Festelektrolyt zum Einsatz. Der Festelektrolyt ist ein Oxidionenleiter, wie stabilisiertes Zirkoniumdioxid. Der Festelektrolyt ist zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet, um eine Elektrolyt-Elektrodenanordnung (MEA, Electrolyte Electrode Assembly) zu bilden. Die Elektrolyt-Elektrodenanordnung ist zwischen Separatoren (Bipolarplatten) angeordnet. Im Einsatz sind im Allgemeinen eine bestimmte Anzahl von Elektrolyt-Elektrodenanordnungen und Separatoren zusammen in einem Stapel zur Bildung eines Brennstoffzellenstapels angeordnet.
Im Vergleich zu anderen Arten von Brennstoffzellen ist die Betriebstemperatur einer SOFC relativ hoch. Daher ist es erforderlich, die SOFC auf einer hohen Temperatur (geeigneten Betriebstemperatur) zu halten. Zu diesem Zweck wurden bislang verschiedene Vorschläge gemacht.
Zum Beispiel ist ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 2002-280053 offen gelegt wurde, bekannt. In diesem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem sind mehrere Festoxidbrennstoffzellen, die jeweils eine zylindrische Form mit einer Unterseite haben, in einer Energieerzeugungs-Reaktionskammer angeordnet. Eine Abluftkammer, die durch Trennwände unterteilt ist, ist an einer oberen Position der Energieerzeugungs-Reaktionskammer ausgebildet, und eine Brennstoffgaskammer ist an einer unteren mittigen Position der Energieerzeugungs-Reaktionskammer ausgebildet. An der unteren Position der Energieerzeugungs-Reaktionskammer ist ein Oberflächenbrenner um die Brennstoffgaskammer herum vorgesehen. Eine Wärmeisolationsschicht umgibt die Energieerzeugungs-Reaktionskammer, eine Abluftkammer und eine Brennstoffgaskammer. Weiterhin ist ein Modulbehälter um die Wärmeisolationsschicht vorgesehen.
Weiterhin ist eine Brennstoffzellenvorrichtung, die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 2013-131329 offen gelegt wurde, bekannt. Die Brennstoffzellenvorrichtung weist eine Energieerzeugungskammer auf, die einen in der Mitte im Gehäuse untergebrachten Brennstoffzellenstapel enthält. Die Energieerzeugungskammer ist durch eine hochgradig isolierende Wärmeisolationsschicht unterteilt, und ein Abgaskanal ist außerhalb der Wärmeisolationsschicht zum Auslass des in der Energieerzeugungskammer erzeugten Abgases nach außen vorgesehen. Weiterhin ist ein Kathodengaskanal außerhalb des Abgaskanals vorgesehen, um das Kathodengas der Kathode des Brennstoffzellenstapels zuzuleiten.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
In der japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 2002-280053 wird eine Verbrennung durch Betrieb des Oberflächenbrenners durchgeführt, der an einer unteren Position in der Energieerzeugungs-Reaktionskammer vorgesehen ist. Somit werden die Brennstoffzellen in der Energieerzeugungs-Reaktionskammer durch die Strahlungswärme erhitzt. Da jedoch die Brennstoffzelle nur durch die Strahlungswärme an der unteren Position erhitzt wird, ist es nicht möglich, die gesamten Brennstoffzellen in der vertikalen Richtung einheitlich zu erhitzen.
Weiterhin sind in der japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 2013-131329 die Wärmeisolationsschicht, der Abgaskanal und der Kathodengaskanal im Gehäuse um die Energieerzeugungskammer in der Mitte angeordnet. Daher hat das Gehäuse insgesamt einen sehr großen Durchmesser und es ist nicht möglich, den gesamten in der Energieerzeugungskammer vorgesehenen Brennstoffzellenstapel gleichmäßig zu erhitzen.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Brennstoffzellenmoduls mit einer kompakten und einfachen Struktur.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Brennstoffzellenmoduls, in dem es möglich ist, den gesamten Brennstoffzellenstapel einheitlich zu erhitzen.
Das Brennstoffzellenmodul gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Brennstoffzellenstapel und den Verbrenner auf. Der Brennstoffzellenstapel, der mehrere Brennstoffzellen aufweist, ist dazu ausgebildet, elektrische Energie durch elektrochemische Reaktionen eines Brennstoffgases und eines sauerstoffhaltigen Gases zu erzeugen. Ein Verbrenner ist an einem unteren Ende des Brennstoffzellenstapels vorgesehen und dazu ausgebildet, ein Verbrennungsgas zu erzeugen, um den Brennstoffzellenstapel so zu erhitzen.
Das Brennstoffzellenmodul enthält ein mit dem Verbrenner verbundenes Kanalelement, das entlang einer Seitenfläche des Brennstoffzellenstapels nach oben verläuft. Das Kanalelement weist einen Verbrennungsgaskanal auf, der dazu ausgebildet ist, dem im Verbrenner erzeugten Verbrennungsgas den Abfluss nach oben zu ermöglichen, und eine Verbrennungsgas-Austrittsöffnung, die mit dem Verbrennungsgaskanal verbunden ist und dazu ausgebildet ist, das Verbrennungsgas in Richtung der Seitenfläche des Brennstoffzellenstapels freizusetzen.
Weiterhin ist der Brennstoffzellenstapel bevorzugt ein Brennstoffzellenstapel des flachen Plattenstapeltyps, der Brennstoffzellen eines flachen Typs enthält, die in einer vertikalen Richtung gestapelt sind. In diesem Fall sind zur Befestigung der Brennstoffzellen ausgestaltete Endplatten vorzugsweise jeweils an einem oberen Ende und einem unteren Ende des Brennstoffzellenstapels vorgesehen, und ein oberer Verbrennungsgas-Austrittsausgang ist an einer oberen Position des Kanalelements vorgesehen und ist dazu ausgestaltet, das Verbrennungsgas in Richtung eines Bereichs über dem Brennstoffzellenstapel abzuleiten.
Die an dem unteren Ende des Brennstoffzellenstapels vorgesehene Endplatte wird durch Verbrennungswärme aus der Verbrennungskammer erhitzt und die am oberen Ende des Brennstoffzellenstapels vorgesehene Endplatte wird durch aus dem oberen Verbrennungsgas-Austrittsausgang ausgestoßenes Verbrennungsgas erhitzt. In der Regel tritt in der vorliegenden Erfindung keine übermäßige Temperaturabnahme der Brennstoffzellen auf, obwohl die Temperaturen der Brennstoffzellen in der Nähe der Endplatten (an beiden Enden) tendenziell niedrig sind. Demgemäß ist es möglich, die gewünschte Energieerzeugungsleistung der Brennstoffzellen beizubehalten.
Weiterhin umfasst das Brennstoffzellenmodul vorzugsweise ein Gehäuse, das wenigstens den Brennstoffzellenstapel, den Verbrenner und das Kanalelement enthält, und das Gehäuse weist ein hermetisch geschlossenes oberes Ende auf. In der Anordnung ist es möglich, das im Gehäuse freigesetzte Verbrennungsgas zuverlässig in den Bereich über dem Brennstoffzellenstapel zu leiten und die Verbrennungswärme des Verbrennungsgases effizient zu nutzen.
Weiterhin weist das Gehäuse vorzugsweise im Gehäuse einen Verbrennungsgas-Auslassausgang auf, der dazu ausgebildet ist, das aus dem Kanalelement freigesetzte Verbrennungsgas an die Außenseite des Gehäuses auszulassen, und der Verbrennungsgas-Auslassausgang ist an einer unteren Gehäuseposition vorgesehen. In der Anordnung ist es möglich, die Zeitspanne zu verlängern, in der das Verbrennungsgas im Gehäuse verbleibt, und den Brennstoffzellenstapel zuverlässig zu erhitzen.
Weiterhin weist das Gehäuse vorzugsweise mehrere Platten auf. Unter den mehreren Platten weist eine Platte einen Einlasseingang für sauerstoffhaltiges Gas auf, der dazu ausgestaltet ist, das sauerstoffhaltige Gas von außen in das Innere des Gehäuses zu leiten. Eine weitere Platte, die gegenüberliegend zu der einen Platte angeordnet ist, weist einen Zuleitungseingang für sauerstoffhaltiges Gas auf, die dazu ausgebildet ist, das sauerstoffhaltige Gas zum Brennstoffzellenstapel zu leiten.
In der Anordnung ist vorzugsweise ein Zuleitungskanal für sauerstoffhaltiges Gas im Inneren der mehreren Platten ausgebildet und ist dazu ausgestaltet, das durch den Einlasseingang des sauerstoffhaltigen Gases geflossene sauerstoffhaltige Gas von dem Zuleitungseingang des sauerstoffhaltigen Gases zum Brennstoffzellenstapel zu leiten, und ist dazu ausgestaltet, Wärme vom Verbrennungsgas aufzunehmen, um das sauerstoffhaltige Gas zu erhitzen.
In der Anordnung wird das Strömungsfeld des Zuleitungskanals des sauerstoffhaltigen Gases lang und es wird möglich, das sauerstoffhaltige Gas durch den Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsgas zuverlässig zu erhitzen. Weiterhin ist kein spezieller Wärmetauscher zum Erhitzen des sauerstoffhaltigen Gases erforderlich. Darüber hinaus ist es möglich die Wärmeabstrahlung vom Brennstoffzellenmodul in geeigneter Weise zu unterbinden.
Weiterhin werden vorzugsweise ein Brennstoffabgas und ein sauerstoffhaltiges Abgas, die aus dem Brennstoffzellenstapel ausgelassen werden, dem Verbrenner zugeleitet. In der Anordnung kann der Verbrenner sowohl die Funktionen als Start-Verbrenner und als ein Off-Gasverbrenner während des laufenden Betriebs fungieren.
Darüber hinaus weist der Verbrenner vorzugsweise eine Verbrennungskammer auf und beide Enden der Verbrennungskammer sind geöffnet. In der Anordnung weist das Kanalelement vorzugsweise ein rechteckiges erstes Hohlgehäuseelement und einen rechteckiges zweites Hohlgehäuseelement auf. Das erste Gehäuseelement ist mit einem Ende der Verbrennungskammer verbunden und verläuft entlang einer Seitenfläche des Brennstoffzellenstapels nach oben. Das zweite Gehäuseelement ist mit dem anderen Ende der Verbrennungskammer verbunden und verläuft entlang einer anderen Seitenfläche des Brennstoffzellenstapels nach oben.
Daher kann das durch den Verbrenner erzeugte Verbrennungsgas effizient als Wärmequelle zum Erhitzen des Brennstoffzellenstapels genutzt werden, und es wird möglich, den Betrieb des Brennstoffzellenstapels umgehend zu starten.
Weiterhin ist vorzugsweise ein Reformer am Boden des Verbrenners vorgesehen und ist dazu ausgestaltet, einen Rohbrennstoff, der vor allem Kohlenwasserstoff enthält, zu reformieren, um so das dem Brennstoffzellenstapel zugeleitete Brennstoffgas zu erzeugen. In der Anordnung kann der Reformer einfach durch die Wärme des Verbrenners erhitzt werden, und es wird eine Verbesserung in der Wärmeeffizienz erzielt.
In der vorliegenden Erfindung wird der Brennstoffzellenstapel durch die Wärme vom Verbrenner von unten nach oben erhitzt, und der Brennstoffzellenstapel wird von den Seitenflächen durch das aus den Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen freigesetzte Verbrennungsgas erhitzt. Daher wird der Brennstoffzellenstapel von den unteren End- und Seitenflächen davon erhitzt. Somit wird es durch diese kompakte und einfache Anordnung möglich, den gesamten Brennstoffzellenstapel einheitlich und umgehend zum Erhitzen.
Das obige und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen im Anhang herangezogen werden, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als veranschaulichendes Beispiel dargestellt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Brennstoffzellenmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die Hauptkomponenten des Brennstoffzellenmoduls darstellt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die das Brennstoffzellenmodul entlang einer Linie III-III in 1 darstellt;
4 ist eine Querschnittansicht, die entlang der Linie IV-IV von 1 verläuft; und
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die Hauptkomponenten des Brennstoffzellenmoduls darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Brennstoffzellenmodul 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das in 1 und 2 dargestellt ist, wird in verschiedenen Anwendungen, einschließlich stationären und mobile Anwendungen, eingesetzt.
Zum Beispiel ist das Brennstoffzellenmodul 10 in einem Fahrzeug eingebaut. Das Brennstoffzellenmodul 10 weist einen Brennstoffzellenstapel 12, einen Verbrenner 14, Verbrennungsgas-Kanalelemente 16 und einen Reformer 18 und ein Gehäuse 20 auf, das den Brennstoffzellenstapel 12, den Verbrenner 14, das Verbrennungsgas-Kanalelement 16 und den Reformer 18 enthält. Obwohl der Brennstoffzellenstapel 12 in der dargestellten Ausführungsform eine rechteckige Form aufweist, kann der Brennstoffzellenstapel 12 auch eine quadratische Form haben.
Wie in 3 und 4 dargestellt, enthält der Brennstoffzellenstapel 12 mehrere Brennstoffzellen 22 zum Erzeugen elektrischer Energie durch elektrochemische Reaktionen eines Brennstoffgases (einer Gasmischung eines Wasserstoffgases mit Methan und Kohlenmonoxid) mit dem sauerstoffhaltigen Gas (Luft). Eine jede der Brennstoffzellen 22 ist eine Feststoffbrennzelle des flachen Plattentyps. Die Brennstoffzellen 22 sind in einer vertikalen Richtung gestapelt, wie durch einen Pfeil A angegeben, um einen Brennstoffzellenstapel des flachen Plattenstapeltyps auszubilden.
Die Brennstoffzelle 22 weist eine Elektrolyt-Elektrodenanordnung (MEA) auf. Die Elektrolyt-Elektrodenanordnung weist eine Kathode, eine Anode und einen zwischen der Kathode und der Anode angeordneten Elektrolyten auf. Der Elektrolyt ist zum Beispiel ein Oxidionenleiter, wie stabilisiertes Zirkoniumdioxid. Ein Kathodenseparator und ein Anodenseparator sind an beiden Flächen der Elektrolyt-Elektrodenanordnung vorgesehen. Ein sauerstoffhaltiges Gasströmungsfeld zur Zuleitung eines sauerstoffhaltigen Gases an eine Kathode ist im Kathodenseparator ausgebildet, und ein Brennstoffgas-Strömungsfeld zur Zuführung eines Brennstoffgases zu einer Anode ist im Anodenseparator ausgebildet.
Der Brennstoffzellenstapel 12 weist eine obere Endplatte 24u und eine untere Endplatte 24d an beiden Enden auf, d. h. am oberen und unteren Ende in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 22. Die obere Endplatte 24u und die untere Endplatte 24d presst die Brennstoffzellen 22 in der Stapelrichtung in einer Weise, dass die Brennstoffzellen 22 aneinander fixiert sind.
Wie in 4 dargestellt, weist die untere Endplatte 24d einen Einlasseingang 26 für sauerstoffhaltiges Gas zur Zuleitung des sauerstoffhaltigen Gases an eine jede der Brennstoffzellen 22 auf, und einen Brennstoffgas-Einlasseingang 28 zur Zuleitung des Brennstoffgases an eine jede der Brennstoffzellen 22.
Die untere Endplatte 24d weist einen Auslassausgang 30 für sauerstoffhaltiges Gas zum Auslassen des sauerstoffhaltigen Gases auf, das der Kathode zugeführt und teilweise davon verbraucht wurde (im Folgenden als sauerstoffhaltiges Abgas bezeichnet) oder zum Auslassen des sauerstoffhaltigen Gases, das durch die Kathode geflossen ist, bevor der Betrieb des Brennstoffstapels 12 begonnen wurde. Weiterhin weist die untere Endplatte 24d einen Brennstoffgas-Auslassausgang 32 zum Ablassen des Brennstoffgases auf, das der Anode zugeführt und teilweise verbraucht wurde (im Folgenden als Brennstoffabgas bezeichnet) oder zum Ablassen des Brennstoffgases, das durch die Anode geflossen ist, bevor mit dem Betrieb des Brennstoffstapels 12 begonnen wurde.
Ein Ende (Auslass) eines Zuleitungselements 34 des sauerstoffhaltigen Gases (Zuleitungseingang für sauerstoffhaltiges Gas) ist mit dem Einlasseingang 26 des sauerstoffhaltigen Gases verbunden, und ein anderes Ende (Einlass) des Zuleitungselements 34 des sauerstoffhaltigen Gases ist mit dem Gehäuse 20 verbunden, wie später beschrieben wird. Ein Ende (Auslass) einer Zuleitung 36 eines reformierten Gases ist mit einem Brennstoffgas-Einlasseingang 28 verbunden und ein anderes Ende (Einlass) der Zuleitung 36 des reformierten Gases ist mit einem Auslass des Reformers 18 verbunden, der später beschrieben wird.
Ein Ende eines Auslasselements 38 des sauerstoffhaltigen Gases ist mit einem Auslassausgang 30 des sauerstoffhaltigen Gases verbunden und ein anderes Ende des Auslasselements 38 des sauerstoffhaltigen Gases ist mit dem Verbrenner 14 verbunden. Ein Ende eines Brennstoffgas-Auslassrohrs 40 ist mit einem Brennstoffgas-Auslassausgang 32 verbunden und ein anderes Ende des Brennstoffgas-Auslassrohrs 40 ist mit dem Verbrenner 14 verbunden.
Der Verbrenner 14 ist am unteren Ende (Unterseite) des Brennstoffzellenstapels 12 vorgesehen und weist ein Verbrennergehäuse 42 auf, das entlang dem unteren Ende in der horizontalen Richtung verläuft, wie durch einen Pfeil B angegeben. Eine Verbrennungskammer 44 wird im Verbrennungsgehäuse 42 ausgebildet. Wie in 5 dargestellt, sind die Enden 44a, 44b der Verbrennungskammer 44 in der Richtung von Pfeil B geöffnet. In der Verbrennungskammer 44 sind ein Gehäuse 46 für sauerstoffhaltiges Gas und ein Verbrennungsgasgehäuse 48 in der Mitte in der durch Pfeil B angegebenen Richtung vorgesehen. Das Gehäuse 46 des sauerstoffhaltigen Gases und das Brennstoffgasgehäuse 48 sind in der vertikalen Richtung wie durch Pfeil A angegeben gestapelt.
Wie in 4 und 5 dargestellt, steht ein Ende des Gehäuses 46 des sauerstoffhaltigen Gases unter dem Brennstoffgasgehäuse 48 zur Außenseite des Verbrennergehäuses 42 hervor. Das andere Ende des Auslasselements 38 des sauerstoffhaltigen Gases ist mit dem einen Ende des Gehäuses 46 des sauerstoffhaltigen Gases verbunden. Das Gehäuse 46 des sauerstoffhaltigen Gases erstreckt sich in einer Längsrichtung des Brennstoffzellenstapels 12, wie durch einen Pfeil C angegeben (in einer horizontalen Richtung senkrecht zur durch Pfeil B angegebenen Richtung) und mehrere Öffnungen 50a, 50b sind an beiden Längsseitenflächen (beide der vertikalen Flächen) des Gehäuses 46 des sauerstoffhaltigen Gases ausgebildet. Die Öffnungen 50a, 50b sind in die Verbrennungskammer 44 geöffnet.
Das Brennstoffgehäuse 48, das an der Oberseite des Gehäuses 46 des sauerstoffhaltigen Gases ausgebildet ist, hat die Form einer dünnen Platte. Das Brennstoffgasgehäuse 48 ist kleiner als das Gehäuse 46 des sauerstoffhaltigen Gases. Das andere Ende des Brennstoffgasablassrohrs 40 ist an einer im Wesentlichen mittigen Position an der Oberseite des Gehäuses 46 des sauerstoffhaltigen Gases verbunden. Mehrere Öffnungen 52a, 52b sind an beiden der Längsseitenflächen (beide vertikale Flächen) des Brennstoffgasgehäuses 48 ausgebildet. Die Öffnungen 52a, 52b sind in die Verbrennungskammer 44 geöffnet.
Wie in 2 und 3 dargestellt, verlaufen die Verbrennungsgas-Kanalelemente 16 entlang der Seitenflächen 12a, 12b der Längsseiten des Brennstoffzellenstapels 12 nach oben. Die Verbrennungsgas-Kanalelemente 16 umfassen ein rechteckiges erstes Hohlgehäuseelement 54a und ein rechteckiges zweites Hohlgehäuseelement 54b. Die oberen Enden des ersten Gehäuseelements 54a und des zweiten Gehäuseelements 54b sind über dem oberen Ende des Brennstoffzellenstapels 12 angeordnet (siehe 3).
Wie in 3 und 5 dargestellt, ist eine Öffnung 56a an einer unteren Position des ersten Gehäuseelements 54a ausgebildet. Die Öffnung 56a ist mit einem Ende 44a des Verbrennergehäuses 42 verbunden. Die Öffnung 56a ist im ersten Gehäuseelement 54a ausgebildet. Die Öffnung 56a ist mit einem Verbrennungsgaskanal 58a verbunden, damit das Verbrennungsgas nach oben fließen kann.
Mehrere Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60a sind an einer Position über einer im Wesentlichen mittigen Höhe des ersten Gehäuseelements 54a in mehreren vertikalen Reihen angeordnet. Das Verbrennungsgas wird durch die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60a in Richtung der einen Seitenfläche 12a des Brennstoffzellenstapels 12 freigesetzt. Eine obere Verbrennungsgas-Austrittsöffnung 62a ist an einer oberen Position des ersten Gehäuseelement 54a ausgebildet. Das Verbrennungsgas wird durch die obere Verbrennungsgas-Austrittsöffnung 62a in Richtung eines Bereichs über dem Brennstoffzellenstapel 12 freigesetzt. Der obere Verbrennungsgas-Auslassausgang 62a weist eine seitliche Längsschlitzform auf und ist in Richtung einer Position über der Oberseite des Brennstoffzellenstapels 12 geöffnet (siehe 3 und 4).
Wie in 5 dargestellt, ist eine Öffnung 56b an einer unteren Position des zweiten Gehäuseelements 54b ausgebildet. Die Öffnung 56b ist mit dem anderen Ende 44b des Verbrennergehäuses 42 verbunden. Die Öffnung 56b ist im zweiten Gehäuseelement 54b ausgebildet. Die Öffnung 56b ist mit einem Verbrennungsgaskanal 58b verbunden, damit das Verbrennungsgas nach oben fließen kann.
Mehrere Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60b sind an einer Position über einer im Wesentlichen mittigen Höhe des zweiten Gehäuseelements 54b in mehreren vertikalen Reihen angeordnet. Das Verbrennungsgas wird durch die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60b in Richtung der anderen Seitenfläche 12b des Brennstoffzellenstapels 12 freigesetzt. Eine obere Verbrennungsgas-Austrittsöffnung 62b ist an einer oberen Position des zweiten Gehäuseelements 54b ausgebildet. Das Verbrennungsgas wird durch die obere Verbrennungsgas-Austrittsöffnung 62b in Richtung eines Bereichs über dem Brennstoffzellenstapel 12 freigesetzt. Der obere Verbrennungsgas-Auslassausgang 62b weist eine seitliche Längsschlitzform auf und ist in Richtung einer Position über der Oberseite des Brennstoffzellenstapels 12 geöffnet.
Der Reformer 18 reformiert einen Rohbrennstoff, der vor allem Kohlenwasserstoff enthält (reformiert zum Beispiel eine Gasmischung aus dem Stadtgas 13A und Wasserdampf durch Dampfreformation), zur Erzeugung des dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführten Brennstoffgases. Ein Ende der Rohbrennstoffzuleitung 64 ist mit einem Einlass des Reformers 18 verbunden, und ein anderes Ende der Rohbrennstoffzuleitung 64 ist mit einer Rohbrennstoffzuleitungsquelle verbunden (nicht dargestellt). Das andere Ende der Zuleitung 36 des reformierten Gases ist mit einem Auslass des Reformers 18 verbunden.
Wie in 2 dargestellt, weist das Gehäuse 20 mehrere, zum Beispiel sechs, Platten 66a bis 66f auf. Die Platten 66a bis 66f sind miteinander verbunden und an einer Bodenplatte 68 mit mehreren Schrauben 70 befestigt. Der Verbrenner 14, das Verbrennungsgas-Kanalelement 16 und der Reformer 18 sind im Gehäuse 20 angeordnet. Weiterhin ist eine Verbrennungsgaskammer 72 im Gehäuse 20 ausgebildet. Ein Verbrennungsgas wird in die Verbrennungsgaskammer 72 gefüllt.
Die Verbrennungsgaskammer 72 ist zur Außenseite über einen Verbrennungsgas-Auslassausgang 74 geöffnet, die an einer unteren Position (einem unteren Ende oder einer Position nahe dem unteren Ende) der Platte 66a zum Ablassen des Verbrennungsgases zur Außenseite des Gehäuses 20 vorgesehen ist. Wenigstens ein oberes Ende (Platte 66e) des Gehäuses 20 ist hermetisch geschlossen.
Wie in 3 und 4 dargestellt, weist eine jede der Platten 66a bis 66f eine Hohlstruktur auf, und ein Zuleitungskanal 76 für sauerstoffhaltiges Gas ist in den Platten 66a bis 66f als Passage des sauerstoffhaltigen Gases ausgebildet, bevor das sauerstoffhaltige Gas zum Brennstoffzellenstapel 12 geleitet wird. Die Platte 66a (eine Platte) weist einen Einlasseingang 78 für sauerstoffhaltiges Gas auf, um das sauerstoffhaltige Gas von außen in das Innere des Gehäuses 20 zu leiten. Ein unterer Teil der Platte 66a ist teilweise in einer kreisförmigen Form erweitert, um den Einlasseingang 78 für sauerstoffhaltiges Gas in einem Doppelrohr zu bilden. Der Verbrennungsgas-Auslassausgang 74 ist in dem Doppelrohr ausgebildet, um das Gehäuse 20 nach außen hin freizulegen. Eine Zuleitung 80 des sauerstoffhaltigen Gases, die in der vertikalen Richtung verläuft, ist mit dem Einlasseingang 78 des sauerstoffhaltigen Gases verbunden.
Ein Zuleitungseingang 82 des sauerstoffhaltigen Gases ist in einer anderen Platte 66c vorgesehen, die gegenüberliegend zur Platte 66a angeordnet ist, um das sauerstoffhaltige Gas dem Brennstoffzellenstapel 12 zuzuleiten. Nachdem das sauerstoffhaltige Gas in den Einlasseingang 78 des sauerstoffhaltigen Gases fließt, wird das sauerstoffhaltige Gas vom Zuleitungseingang 82 des sauerstoffhaltigen Gases zum Brennstoffzellenstapel 12 über den Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases geleitet. Weiterhin weist der Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases eine Funktion als Wärmetauscher zur Aufnahme der Wärme vom Verbrennungsgas zur Erhitzung des sauerstoffhaltigen Gases auf. Das andere Ende des Zuleitungselements 34 des sauerstoffhaltigen Gases ist mit dem Zuleitungseingang 82 des sauerstoffhaltigen Gases verbunden.
Der Betrieb des Brennstoffzellenmoduls 10 mit der obigen Anordnung wird im Folgenden beschrieben.
Bei Beginn des Betriebs des Brennstoffzellenmoduls 10, wie in 1 und 4 dargestellt, wird Luft, die aus der Zuleitung 80 des sauerstoffhaltigen Gases zum Einlasseingang 78 des sauerstoffhaltigen Gases fließt, in den Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases, der durch die Doppelrohranordnung des Gehäuses 20 ausgebildet ist, eingeleitet. Wie in 4 dargestellt, nachdem die Luft entlang dem Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases fließt, fließt das sauerstoffhaltige Gas von dem Zuleitungseingang 82 des sauerstoffhaltigen Gases durch das Zuleitungselement 34 des sauerstoffhaltigen Gases und dann wird das sauerstoffhaltige Gas in den Einlasseingang 26 des sauerstoffhaltigen Gases der unteren Endplatte 24d geleitet.
Die Luft fließt in einer jeden der Brennstoffzellen 22. Die Luft fließt vom Auslassausgang 30 des sauerstoffhaltigen Gases über das Auslasselement 38 des sauerstoffhaltigen Gases und fließt in das Gehäuse 46 des sauerstoffhaltigen Gases des Verbrenners 14. Weiterhin fließt die Luft durch die Öffnungen 50a und die Öffnungen 50b und dann wird die Luft der Verbrennungskammer 44 des Verbrennergehäuses 42 zugeleitet.
Inzwischen wird ein Rohbrennstoff, wie ein Stadtgas (das CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀ enthält) von der Rohbrennstoffzuleitung 64 zum Reformer 18 geleitet. Der Rohbrennstoff kann Wasser (Wasserdampf) für eine Reformierungsreaktion enthalten. Der Rohbrennstoff fließt durch die Zuleitung 36 des reformierten Gases und der Rohbrennstoff wird dem Brennstoffgas-Einlasseingang 28 der unteren Endplatte 24d zugeleitet.
Der Rohbrennstoff fließt in einer jeden der Brennstoffzellen 22. Der Rohbrennstoff fließt von dem Brennstoffgas-Auslassausgang 32 über das Brennstoffgas-Auslasselement 40 und fließt in das Brennstoffgas-Gehäuse 48 des Verbrenners 14. Weiterhin fließt der Rohbrennstoff durch die Öffnungen 52a und die Öffnungen 52b und dann wird der Rohbrennstoff zur Verbrennungskammer 44 des Verbrennergehäuses 42 geleitet.
So werden, wie in 5 dargestellt, die Luft und der Rohbrennstoff in der Verbrennungskammer 44 gemischt. Durch Einschalten eines Glühstifts (nicht dargestellt) oder vom Ähnlichen erfolgt eine Zündung und die Verbrennung wird gestartet. Das durch die Verbrennungsflüsse erzeugte Verbrennungsgas fließt von den Enden 44a, 44b an beiden Seiten der Verbrennungskammer 44 in den Verbrennungsgaskanal 58a des ersten Gehäuseelements 54a und den Verbrennungsgaskanal 58b des zweiten Gehäuseelements 54b.
Das Verbrennungsgas fließt entlang der Verbrennungsgaskanäle 58a, 58b nach oben, und das Verbrennungsgas wird teilweise aus den Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60a und den Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60b in Richtung der Seitenflächen 12a, 12b des Brennstoffzellenstapels 12 freigesetzt. Das restliche Verbrennungsgas wird aus den oberen Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 62a, 62b, die mit den oberen Positionen der Verbrennungsgaskanäle 58a, 58b verbunden sind, in Richtung des Gebiets über dem Brennstoffzellenstapel 12 freigesetzt. Dadurch wird der Brennstoffzellenstapel 12 von den Seitenflächen 12a, 12b und der Oberseite erhitzt.
Der Verbrenner 14 ist unter dem Brennstoffzellenstapel 12 vorgesehen. Dadurch wird der Brennstoffzellenstapel 12 durch die Wärmeabstrahlung vom Verbrenner 14 von unten her erhitzt. Weiterhin, da die Verbrennungsgaskammer 72 im Gehäuse 20 mit Verbrennungsgas gefüllt ist, wird im Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases, der die Verbrennungsgaskammer 72 umgibt, das sauerstoffhaltige Gas durch das Verbrennungsgas erhitzt.
Das in der Verbrennungsgaskammer 72 befindliche Verbrennungsgas wird aus dem Verbrennungsgas-Auslassausgang 74, die an der unteren Position der Platte 66a ausgebildet ist, nach außen abgelassen, und erhitzt die Luft, die von der Zuleitung 80 des sauerstoffhaltigen Gases zum Einlasseingang 78 des sauerstoffhaltigen Gases geleitet wird.
Weiterhin ist der Reformer 18 an der unteren Position des Verbrenners 14 vorgesehen, und der Reformer 18 wird durch die Wärme erhitzt, die vom Verbrenner 14 und dem Verbrennungsgas der Verbrennungsgaskammer 72 ausgestrahlt wird. Daher wird durch die Reformierungsreaktion des Rohbrennstoffes, der dem Reformer 18 zugeleitet wird, Kohlenwasserstoff aus C₂+ entfernt (reformiert) (zum Beispiel eine Dampfreformierungsreaktion) und ein reformiertes Gas (Brennstoffgas), das überwiegend Methan enthält, wird erhalten.
Das reformierte Gas wird den Verbrennungsgaskanälen einer jeden Brennstoffzelle 22 zugeleitet. Luft wird den sauerstoffhaltigen Gaskanälen einer jeder Brennstoffzelle 22 zugeleitet. Wie oben beschrieben, werden das reformierte Gas und die Luft durch das Verbrennungsgas erhitzt und erhitzen direkt jede Brennstoffzelle 22.
Wenn der Brennstoffzellenstapel 12 auf eine Temperatur erhitzt wird, die für einen Betrieb geeignet ist (Energieerzeugungstemperatur) wird die Energieerzeugung durch den Brennstoffzellenstapel 12 gestartet. D. h., bei jeder Brennstoffzelle 22 wird eine Energieerzeugung durch chemische Reaktionen des reformierten Gases und der Luft durchgeführt. Wie in 4 dargestellt, wird die Luft aus dem Brennstoffzellenstapel 12 als ein sauerstoffhaltiges Abgas durch die Energieerzeugungsreaktionen ausgelassen. Das sauerstoffhaltige Abgas fließt vom Auslassausgang 30 des sauerstoffhaltigen Gases zum Auslasselement 38 des sauerstoffhaltigen Gases und fließt in das Gehäuse 46 des sauerstoffhaltigen Gases des Verbrenners 14. Weiterhin fließt das sauerstoffhaltige Abgas durch die Öffnungen 50a und die Öffnungen 50b und das sauerstoffhaltige Abgas wird zur Verbrennungskammer 44 des Verbrennergehäuses 42 geleitet.
Das Abgas wird aus dem Brennstoffzellenstapel 12 als Brennstoffabgas ausgelassen. Das Brennstoffabgas fließt von dem Brennstoffgas-Auslassausgang 32 über das Brennstoffgas-Auslassrohr 40 und das Brennstoffabgas fließt in das Brennstoffgas-Gehäuse 48 des Verbrenners 14. Weiterhin fließt das Brennstoffabgas durch die Öffnungen 52a und die Öffnungen 52b und dann wird das Brennstoffabgas zur Verbrennungskammer 44 des Verbrennergehäuses 42 geleitet.
Somit werden in der Brennstoffkammer 44 das Brennstoffabgas und das sauerstoffhaltige Abgas zusammen gemischt und verbrannt, um ein Verbrennungsabgas zu erzeugen. Dieses Verbrennungsabgas fließt in den Verbrennungsgaskanal 58a des ersten Gehäuseelements 54a und den Verbrennungsgaskanal 58b des zweiten Gehäuseelements 54b.
In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Brennstoffzellenmodul 10 die Verbrennungsgaskanalelemente 16 auf. Die Verbrennungsgaskanalelemente 16 sind mit dem Verbrenner 14 verbunden und verlaufen entlang den Seitenflächen 12a, 12b an den Längsseiten des Brennstoffzellenstapels 12 nach oben. Die Verbrennungsgas-Kanalelemente 16 weisen die Verbrennungsgaskanäle 58a, 58b und die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60a, 60b auf. Das im Verbrenner 14 erzeugte Verbrennungsgas fließt durch die Verbrennungsgaskanäle 58a, 58b nach oben. Die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60a, 60b sind mit den Verbrennungsgaskanälen 58a, 58b verbunden und setzen das Verbrennungsgas in Richtung der Seitenflächen 12a, 12b des Brennstoffzellenstapels 12 frei.
In der Anordnung wird der Brennstoffzellenstapel 12 durch die Wärme aus dem Verbrenner 14 von unten nach oben erhitzt, und der Brennstoffzellenstapel 12 wird von den Seitenflächen 12a, 12b durch das aus den Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 60a, 60b freigesetzte Verbrennungsgas erhitzt. Daher wird der Brennstoffzellenstapel 12 von den unteren End- und Seitenflächen 12a, 12b davon erhitzt. Somit wird es durch diese kompakte und einfache Anordnung möglich, den gesamten Brennstoffzellenstapel 12 einheitlich und umgehend zum Erhitzen.
Weiterhin ist der Brennstoffzellenstapel 12 einen Brennstoffzellenstapel des Typs des flachen Plattenstapels, der durch Stapeln mehrerer Brennstoffzellen des flachen Plattentyps in der vertikalen Richtung ausgebildet wird. In dieser Hinsicht sind die obere Endplatte 24u und die untere Endplatte 24d am oberen Ende und unterem Ende des Brennstoffzellenstapels 12 zur Befestigung der Brennstoffzellen 22 vorgesehen. Weiterhin sind die oberen Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 62a, 62b an den oberen Positionen des Verbrennungsgas-Kanalelements 16 zur Freisetzung des Verbrennungsgases in Richtung des Gebiets über dem Brennstoffzellenstapel 12 vorgesehen.
Die untere Endplatte 24d, die am unteren Ende des Brennstoffzellenstapels 12 vorgesehen ist, wird durch die Verbrennungswärme vom Verbrenner 14 erhitzt. Die obere Endplatte 24u, die am oberen Ende des Brennstoffzellenstapels 12 vorgesehen ist, wird durch das Verbrennungsgas erhitzt, das aus den oberen Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 62a, 62b abgeleitet wird. Daher tritt, obwohl die Temperaturen der Brennstoffzellen 22 an der oberen Endplatte 24u und der unteren Endplatte 24d tendenziell niedrig sind, keine übermäßige Temperaturabnahme der Brennstoffzellen 22 auf. Demgemäß ist es möglich, die gewünschte Energieerzeugungsleistung der Brennstoffzellen 22 beizubehalten.
Weiterhin umfasst das Brennstoffzellenmodul 10 das Gehäuse 20, das wenigstens den Brennstoffzellenstapel 12, den Verbrenner 14 und die Verbrennungsgas-Kanalelemente 16 enthält. Das obere Ende des Gehäuses 20 ist hermetisch geschlossen. In der Anordnung wird es möglich, das im Gehäuse 20 freigesetzte Verbrennungsgas zuverlässig an die obere Position des Brennstoffzellenstapels 12 zuzuleiten und die Verbrennungswärme des Verbrennungsgases effizient zu nutzen.
Darüber hinaus, wie in 4 dargestellt, weist das Gehäuse 20 den Verbrennungsgas-Auslassausgang 74 zum Auslassen des Verbrennungsgases, das aus den Verbrennungsgas-Kanalelementen 16 freigesetzt wird, an die Außenseite des Gehäuses 20 auf. Der Verbrennungsgas-Auslassausgang 74 ist an einer unteren Position des Gehäuses 20 vorgesehen. Daher ist es möglich, die Zeitspanne zu verlängern, in der das Verbrennungsgas im Gehäuse 20 verbleibt, und den Brennstoffzellenstapel 12 zuverlässig zu erhitzen. Der Verbrennungsgas-Auslassausgang 74 kann am unteren Ende des Gehäuses 20 vorgesehen sein oder an einer Position, die vom unteren Ende um einen bestimmten Abstand nach oben beabstandet ist.
Weiterhin weist das Gehäuse 20 mehrere, zum Beispiel die sechs Platten 66a bis 66f auf. In dieser Hinsicht weist die Platte 66a (eine Platte) einen Einlasseingang 78 für sauerstoffhaltiges Gas auf, um das sauerstoffhaltige Gas von außen in das Innere des Gehäuses 20 zu leiten. Die andere Platte 66c, die gegenüberliegend zur Platte 66a angeordnet ist, weist den Zuleitungseingang 82 des sauerstoffhaltigen Gases zur Zuleitung des sauerstoffhaltigen Gases an den Brennstoffzellenstapel 12 auf.
Wie in 3 und 4 dargestellt, weist eine jede der Platten 66a bis 66f einen Hohlform auf und der Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases ist in den Platten 66a bis 66f ausgebildet. Somit wird, nachdem das sauerstoffhaltige Gas in den Einlasseingang 78 des sauerstoffhaltigen Gases durch den Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases fließt, das sauerstoffhaltige Gas vom Zuleitungseingang 82 des sauerstoffhaltigen Gases zum Brennstoffzellenstapel 12 geleitet. Weiterhin erhält der Zuleitungskanal 76 des sauerstoffhaltigen Gases die Wärme vom Verbrennungsgas zum Erhitzen des sauerstoffhaltigen Gases.
Somit wird das Strömungsfeld des Zuleitungskanals 76 des sauerstoffhaltigen Gases lang, und es wird möglich, das sauerstoffhaltige Gas durch den Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsgas zuverlässig zu erhitzen. Weiterhin ist kein spezieller Wärmetauscher zum Erhitzen des sauerstoffhaltigen Gases erforderlich.
Darüber hinaus ist es möglich die Wärmeabstrahlung vom Brennstoffzellenmodul 10 in geeigneter Weise zu unterbinden.
Weiterhin werden das Brennstoffabgas und das sauerstoffhaltige Abgas, die aus dem Brennstoffzellenstapel 12 ausgelassen werden, dem Verbrenner 14 zugeleitet. In der Anordnung kann der Verbrenner 14 sowohl die Funktion als Start-Verbrenner als auch die Funktion als Off-Gasverbrenner während des laufenden Betriebs haben.
Weiterhin weist der Verbrenner 14 die Verbrennungskammer 44 auf, die an beiden Enden 44a, 44b geöffnet ist, wie in 3 und 5 dargestellt. In dieser Hinsicht umfassen die Verbrennungsgas-Kanalelemente 16 ein rechteckiges erstes Hohlgehäuseelement 54a und ein rechteckiges zweites Hohlgehäuseelement 54b. Das erste Gehäuseelement 54a ist mit einem Ende 44a der Verbrennungskammer 44 verbunden und verläuft entlang einer Seitenfläche 12a des Brennstoffzellenstapels 12 nach oben. Das zweite Gehäuseelement 54b ist mit dem anderen Ende 44b der Verbrennungskammer 44 verbunden und verläuft entlang einer Seitenfläche 12b des Brennstoffzellenstapels 12 nach oben.
Dadurch kann das vom Verbrenner 14 erzeugte Verbrennungsgas effizient als Wärmequelle zum Erhitzen des Brennstoffzellenstapels 12 verwendet werden, und es wird möglich, den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 12 umgehend zu starten.
Weiterhin ist der Reformer 18 am Boden des Verbrenners 14 vorgesehen, um den Rohbrennstoff, der vor allem Kohlenwasserstoff enthält, zu reformieren und das dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeleitete Brennstoffgas zu erzeugen. In der Anordnung kann der Reformer 18 einfach durch die Wärme des Verbrenners 14 erhitzt werden, und es wird eine Verbesserung in der Wärmeeffizienz erzielt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-280053 [0004, 0006]
JP 2013-131329 [0005, 0007]

Claims

Brennstoffzellenmodul (10), das aufweist: einen Brennstoffzellenstapel (12), der mehrere Brennstoffzellen (22) aufweist, die dazu ausgebildet sind, elektrische Energie durch elektrochemische Reaktionen eines Brennstoffgases und eines sauerstoffhaltigen Gases zu erzeugen; ein Verbrenner (14), der an einem unteren Ende des Brennstoffzellenstapels (12) vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, ein Verbrennungsgas zu erzeugen, um so den Brennstoffzellenstapel (12) zu erhitzen; ein Kanalelement (16), das mit dem Verbrenner (14) verbunden ist und das nach oben entlang einer Seitenfläche (12a, 12b) des Brennstoffzellenstapels (12) verläuft; wobei das Kanalelement (16) einen Verbrennungsgaskanal (58a, 58b) enthält, der dazu ausgestaltet ist, dem in dem Verbrenner (14) erzeugten Verbrennungsgas das Fließen nach oben zu ermöglichen; und eine mit dem Verbrennungsgaskanal (58a, 58b) verbundene Verbrennungsgas-Austrittsöffnung (60a, 60b), die dazu ausgebildet ist, das Verbrennungsgas in Richtung der Seitenfläche (12a, 12b) des Brennstoffzellenstapels (12) freizugeben.
Brennstoffzellenmodul (10) nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstapel (12) ein Brennstoffzellenstapel (12) des flachen Plattenstapeltyps ist, der die Brennstoffzellen (22) eines flachen Typs in einer vertikalen Richtung gestapelt aufweist; Endplatten (24d, 24u), die dazu ausgebildet sind, die Brennstoffzellen (22) zu befestigen, jeweils an einem oberen Ende und einem unteren Ende des Brennstoffzellenstapels (12) vorgesehen sind; und ein oberer Verbrennungsgas-Austrittsausgang (62a, 62b) an einer oberen Position des Kanalelements (16) vorgesehen ist und dazu ausgestaltet ist, das Verbrennungsgas in Richtung eines Bereichs über dem Brennstoffzellenstapel (12) freizugeben.
Brennstoffzellenmodul (10) nach Anspruch 2, das ein Gehäuse (20) aufweist, das wenigstens den Brennstoffzellenstapel (12), den Verbrenner (14) und das Kanalelement (16) enthält, wobei das Gehäuse (20) ein hermetisch geschlossenes oberes Ende aufweist.
Brennstoffzellenmodul (10) nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse (20) einen Verbrennungsgas-Auslassausgang (74) aufweist, der dazu ausgebildet ist, das aus dem Kanalelement (16) freigesetzte Verbrennungsgas an die Umgebung des Gehäuses (20) auszulassen; und der Verbrennungsgas-Auslassausgang (74) an einer unteren Position des Gehäuses (20) vorgesehen ist.
Brennstoffzellenmodul (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Gehäuse (20) mehrere Platten (66a bis 66f) aufweist; eine Platte (66a) von den mehreren Platten (66a bis 66f) einen Einlasseingang (78) für ein sauerstoffhaltiges Gas aufweist, die dazu ausgebildet ist, das sauerstoffhaltiges Gas von außen in das Innere des Gehäuses (20) zu leiten, und eine andere Platte (66c), die gegenüberliegend der einen Platte (66a) angeordnet ist, einen Zuleitungseingang (82) für ein sauerstoffhaltiges Gas aufweist, der dazu ausgebildet ist, das sauerstoffhaltige Gas zum Brennstoffzellenstapel (12) zu leiten; und ein Zuleitungskanal (76) des sauerstoffhaltigen Gases im Inneren der mehreren Platten (66a bis 66f) ausgebildet ist und dazu ausgestaltet ist, das durch den Einlasseingang (78) des sauerstoffhaltigen Gases geflossene sauerstoffhaltige Gas vom Zuleitungseingang (82) des sauerstoffhaltigen Gases zum Brennstoffzellenstapel (12) zu leiten, und dazu ausgestaltet ist, Wärme vom Verbrennungsgas aufzunehmen, um das sauerstoffhaltige Gas zu erhitzen.
Brennstoffzellenmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Brennstoffabgas und ein sauerstoffhaltiges Abgas, die aus dem Brennstoffzellenstapel (12) ausgelassen werden, zum Verbrenner (14) geleitet werden.
Brennstoffzellenmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verbrenner (14) eine Verbrennungskammer (44) aufweist, und beide Ende der Verbrennungskammer 44) geöffnet sind; und das Kanalelement (16) ein rechteckiges erstes Hohlgehäuseelement (54a) aufweist, das mit einem Ende der Verbrennungskammer (44) verbunden ist und entlang einer Seitenfläche (12a) des Brennstoffzellenstapels (12) nach oben verläuft, und ein rechtwinkliges zweites Hohlgehäuseelement (54b), das mit dem anderen Ende der Verbrennungskammer (44) verbunden ist und entlang einer anderen Seitenfläche (12b) des Brennstoffzellenstapels (12) nach oben verläuft.
Brennstoffzellenmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Reformer (18) an einer Unterseite des Brenners (14) vorgesehen ist und dazu ausgebildet ist, einen Rohbrennstoff, der vor allem Kohlenwasserstoff enthält, zu reformieren, umso das Brennstoffgas zu erzeugen, das dem Brennstoffzellenstapel (12) zugeleitet wird.