DE102016218796A1

DE102016218796A1 - Fuel cell stack

Info

Publication number: DE102016218796A1
Application number: DE102016218796.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Caprano; Guenter Escher; Friedrich Kneule; Imke Heeren; Dietmar Hofmann; Frank Schuler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-29

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einem Brennstoffzellentubus (12a; 12b) und zumindest einer Gasführungslanze (14a; 14b), welche zumindest teilweise innerhalb des Brennstoffzellentubus (12a; 12b) angeordnet ist und welche dazu vorgesehen ist, zumindest ein Fluid in den Brennstoffzellentubus (12a; 12b) einzuleiten und/oder aus dem Brennstoffzellentubus (12a; 12b) auszuleiten. Es wird vorgeschlagen, dass die Gasführungslanze (14a; 14b) zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.The invention is based on a fuel cell device having at least one fuel cell tube (12a, 12b) and at least one gas guiding lance (14a, 14b) which is at least partially disposed inside the fuel cell tube (12a, 12b) and which is intended to introduce at least one fluid into the fuel cell tube Initiate fuel cell tube (12a, 12b) and / or out of the Brennstoffzellentubus (12a, 12b). It is proposed that the gas-guiding lance (14a, 14b) is formed at least substantially from a metallic material.

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einem Brennstoffzellentubus und zumindest einer Gasführungslanze, welche zumindest teilweise innerhalb des Brennstoffzellentubus angeordnet ist und welche dazu vorgesehen ist, zumindest ein Fluid in den Brennstoffzellentubus einzuleiten und/oder aus dem Brennstoffzellentubus auszuleiten, vorgeschlagen worden.There has already been proposed a fuel cell apparatus having at least one fuel cell tube and at least one gas guiding lance at least partially disposed within the fuel cell sub and intended to introduce at least one fluid into the fuel cell subcute and / or out of the fuel cell subculture.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Brennstoffzellenvorrichtung mit zumindest einem Brennstoffzellentubus und zumindest einer Gasführungslanze, welche zumindest teilweise innerhalb des Brennstoffzellentubus angeordnet ist und welche dazu vorgesehen ist, zumindest ein Fluid in den Brennstoffzellentubus einzuleiten und/oder aus dem Brennstoffzellentubus auszuleiten und/oder zu verteilen.A fuel cell device having at least one fuel cell tube and at least one gas guiding lance at least partially disposed within the fuel cell tube and adapted to introduce at least one fluid into the fuel cell tube and / or discharge and / or distribute it from the fuel cell tube.

Es wird vorgeschlagen, dass die Gasführungslanze zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.It is proposed that the gas guiding lance is formed at least substantially of a metallic material.

Unter einer „Brennstoffzellenvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Reaktionsenergie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische und/oder thermische Energie, umzuwandeln. Die zumindest eine Brennstoffzellenvorrichtung ist vorzugsweise als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet. 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.In this context, a "fuel cell device" should be understood as meaning in particular a device 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 carbon monoxide, and at least one oxidant, in particular oxygen, in particular electrical and / or thermal energy, to transform. The at least one fuel cell device is preferably designed as a solid oxide fuel cell (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.

Unter einem „Brennstoffzellentubus“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein zumindest im Wesentlichen röhrenförmiger Grundkörper verstanden werden. Insbesondere bildet der Brennstoffzellentubus zumindest einen Teil einer äußeren Hülle der Brennstoffzellenvorrichtung aus. Der Brennstoffzellentubus ist insbesondere an einer Endseite geschlossen ausgeführt. Insbesondere weist der Brennstoffzellentubus zumindest einen gasdurchlässig ausgebildeten Teilbereich auf. Insbesondere weist der Brennstoffzellentubus an einer Außenfläche zumindest einen Montageflügel auf, der zu einer Montagehilfe vorgesehen ist. Unter einer „Außenfläche“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Fläche verstanden werden, die zu einer freien Umgebung des Brennstoffzellentubus hin orientiert ist. Insbesondere bildet die Außenfläche eine Mantelfläche und/oder eine Stirnfläche des Brennstoffzellentubus aus.In this context, a "fuel cell tube" is to be understood as meaning, in particular, an at least substantially tubular basic body. In particular, the fuel cell tube forms at least part of an outer shell of the fuel cell device. The fuel cell tube is designed in particular closed on one end side. In particular, the fuel cell tube has at least one gas-permeable part region. In particular, the fuel cell tube has on an outer surface at least one mounting wing, which is provided to an assembly aid. In this context, an "outer surface" is to be understood as meaning, in particular, an area which is oriented toward a free environment of the fuel cell tube. In particular, the outer surface forms a lateral surface and / or an end face of the fuel cell tube.

Unter einer „Gasführungslanze“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein zumindest im Wesentlichen röhrenförmiges Element verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, zumindest in einem montierten Zustand zumindest teilweise in den Brennstoffzellentubus hineinzuragen. Vorteilhaft bildet die Gasführungslanze eine Gaszuführlanze und/oder eine Gasabführlanze aus. Insbesondere können der Brennstoffzellentubus und die Gasführungslanze in einem montierten Zustand zumindest einen Gasraum zumindest im Wesentlichen allseitig begrenzen. Insbesondere ist die Gasführungslanze dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand ein Brenngas in den Brennstoffzellentubus einzuleiten oder ein Anodenabgas aus dem Brennstoffzellentubus auszuleiten. Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere mit einem Massenanteil von mehr als 50 %, bevorzugt von mehr als 80 %, besonders bevorzugt von mehr als 95 % und ganz besonders bevorzugt vollständig verstanden werden. Vorteilhaft ist das Metall von einem Stahl gebildet.In this context, a "gas guiding lance" is to be understood as meaning, in particular, an at least substantially tubular element which is intended to project at least partially into the fuel cell tube, at least in an assembled state. Advantageously, the gas guiding lance forms a gas supply lance and / or a gas discharge lance. In particular, the fuel cell tube and the gas guiding lance can, in an assembled state, limit at least one gas space at least substantially on all sides. In particular, the gas-guiding lance is provided to introduce a fuel gas into the fuel cell tube in at least one operating state or to discharge an anode exhaust gas from the fuel cell tube. By "at least substantially" should be understood in this context in particular with a mass fraction of more than 50%, preferably more than 80%, particularly preferably more than 95% and very particularly preferably completely. Advantageously, the metal is formed by a steel.

Der Brennstoffzellentubus ist zumindest im Wesentlichen von einem keramischen Material gebildet. Der Brennstoffzellentubus besteht insbesondere mit einem Massenanteil von zumindest 75 %, vorteilhaft von zumindest 85 % und vorzugsweise von zumindest 95 % aus dem keramischen Material. Unter einem „keramischen Material“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein anorganisches, nichtmetallisches Material verstanden werden. Insbesondere kann das zumindest eine keramische Material zumindest teilweise kristallin sein. Unter „nichtmetallisch“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das zumindest eine keramische Material zumindest weitestgehend frei von insbesondere auf metallischen Bindungen beruhenden, metallischen Eigenschaften ist, jedoch Metallverbindungen, wie beispielsweise Metalloxide und/oder -silikate, umfassen kann. Das keramische Material kann insbesondere zumindest im Wesentlichen von einer Forsteritkeramik gebildet sein.The fuel cell tube is at least substantially formed of a ceramic material. The fuel cell tube consists in particular of a mass fraction of at least 75%, advantageously of at least 85%, and preferably of at least 95%, of the ceramic material. A "ceramic material" is to be understood in this context in particular an inorganic, non-metallic material. In particular, the at least one ceramic material may be at least partially crystalline. By "nonmetallic" is to be understood in this context in particular that the at least one ceramic material is at least largely free of metallic compounds based on particular metallic properties, but may include metal compounds such as metal oxides and / or silicates. The ceramic material may in particular be formed at least substantially by a Forsteritkeramik.

Insbesondere weist die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Funktionsschicht auf, welche auf den wenigstens einen zumindest teilweise gasdurchlässig ausgebildeten Teilbereich aufgebracht ist. Unter einer „Funktionsschicht“ soll in diesem 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 einen Kathode angeordnetes Elektrolyt aufweist. Insbesondere kann die zumindest eine Funktionsschicht auf einer Innenseite und/oder einer Außenseite des Brennstoffzellentubus angeordnet sein. Vorzugsweise ist die zumindest eine Funktionsschicht vollständig auf einer Innenseite des Brennstoffzellentubus angeordnet.In particular, the fuel cell device has at least one functional layer which is applied to the at least one at least partially gas-permeable part region. In this context, a "functional layer" is to be understood as meaning, in particular, a layer which, in particular, has at least one anode and at least one cathode and at least one has between the at least one anode and the at least one cathode arranged electrolyte. In particular, the at least one functional layer can be arranged on an inner side and / or an outer side of the fuel cell tube. Preferably, the at least one functional layer is arranged completely on an inner side of the fuel cell tube.

Die Brennstoffzellenvorrichtung weist vorzugsweise einen maximalen Außendurchmesser von weniger als 45 mm auf. Dadurch können besonders viele Brennstoffzellenvorrichtungen auf einem Brennstoffzellenstack auf engem Raum angeordnet werden. Dadurch kann der Brennstoffzellenstack eine hohe elektrische Leistung erzielen und gleichzeitig besonders kompakt ausgebildet werden. Besonders bevorzugt weist die zumindest eine Brennstoffzellenvorrichtung einen maximalen Außendurchmesser von weniger als 44 mm und ganz besonders bevorzugt von weniger als 43 mm auf. Vorteilhaft weist die zumindest eine Brennstoffzellenvorrichtung einen maximalen Außendurchmesser von 42 mm auf.The fuel cell device preferably has a maximum outer diameter of less than 45 mm. As a result, a particularly large number of fuel cell devices can be arranged on a fuel cell stack in a small space. As a result, the fuel cell stack can achieve a high electrical output and at the same time be made particularly compact. Particularly preferably, the at least one fuel cell device has a maximum outer diameter of less than 44 mm and most preferably of less than 43 mm. Advantageously, the at least one fuel cell device has a maximum outer diameter of 42 mm.

Durch eine derartige Ausgestaltung der Erfindung kann eine gattungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit vorteilhaften konstruktiven Eigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch Ausbildung der Gasführungslanze aus einem metallischen Werkstoff eine vorteilhaft einfache Verbindung mit einem Trägerelement insbesondere mit einem Trägerelement aus einem metallischen Werkstoff ermöglicht werden. Ferner kann eine vorteilhaft kostengünstige Herstellung der Gasführungslanze erreicht werden. By such an embodiment of the invention, a generic fuel cell device can be provided with advantageous structural properties. In particular, by forming the gas guiding lance from a metallic material, an advantageously simple connection with a carrier element, in particular with a carrier element made of a metallic material, can be made possible. Furthermore, an advantageous cost-effective production of the gas guiding lance can be achieved.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Gasführungslanze zumindest im Wesentlichen aus einem aluminiumoxidbildenden Werkstoff ausgebildet ist. Bevorzugt bildet der aluminiumoxidbildende Werkstoff einen aluminiumoxidbildenden Stahl aus. Weiterhin vorteilhaft weist die Gasführungslanze eine reduzierte Chromfreisetzung auf. Besonders bevorzugt umfasst die Gasführungslanze eine Chromrückhalteschicht und/oder eine chrombindende Legierung. Alternativ oder zusätzlich kann die Gasführungslanze eine chromundurchlässige Beschichtung aufweisen. Hierdurch kann eine Chromvergiftung der zumindest einen Kathode vorteilhaft vermieden werden.It is also proposed that the gas-guiding lance is formed at least substantially from an alumina-forming material. Preferably, the alumina-forming material forms an alumina-forming steel. With further advantage, the gas-guiding lance has a reduced release of chromium. Particularly preferably, the gas-guiding lance comprises a chromium retention layer and / or a chromium-bonding alloy. Alternatively or additionally, the gas guiding lance may have a chromium-impermeable coating. As a result, chromium poisoning of the at least one cathode can be advantageously avoided.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest ein zwischen dem Brennstoffzellentubus und der Gasführungslanze angeordnetes Stützelement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, die Gasführungslanze innerhalb des Brennstoffzellentubus zu stabilisieren. Insbesondere ist das Stützelement dazu vorgesehen, die Gasführungslanze in Umfangsrichtung gegen eine Innenwand des Brennstoffzellentubus abzustützen. Insbesondere kann das Abstützelement in einer Spitze des Brennstoffzellentubus angeordnet sein. Insbesondere ist das Stützelement dazu vorgesehen zumindest eine Spitze der Gasführungslanze gegen eine Innenwand des Brennstoffzellentubus abzustützen. Hierdurch kann ein Verformen und/oder ein Verkippen der Gasführungslanze innerhalb des Brennstoffzellentubus und insbesondere ein Kontakt der Gasführungslanze mit einer Funktionsschicht vorteilhaft vermieden werden.Furthermore, it is proposed that the fuel cell device has at least one support element arranged between the fuel cell tube and the gas guiding lance, which is intended to stabilize the gas guiding lance within the fuel cell tube. In particular, the support element is provided to support the gas guiding lance in the circumferential direction against an inner wall of the fuel cell tube. In particular, the support element can be arranged in a tip of the fuel cell tube. In particular, the support element is provided to support at least one tip of the gas guiding lance against an inner wall of the fuel cell tube. As a result, deformation and / or tilting of the gas guiding lance within the fuel cell tube and in particular contact of the gas guiding lance with a functional layer can be advantageously avoided.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest ein integriertes Drosselelement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, einen Gasleitwert wesentlich zu reduzieren. Vorzugsweise ist das Drosselelement zumindest teilweise in die Gasführungslanze integriert. Unter einem „integrierten Drosselelement“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnetes und/oder einstückig mit der Brennstoffzellenvorrichtung ausgeführtes Drosselelement verstanden werden. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt und/oder gefertigt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und/oder durch eine mechanische Bearbeitung vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Vorzugsweise ist das Drosselelement einstückig mit der Gasführungslanze ausgebildet. Insbesondere ist das Drosselelement strömungstechnisch zwischen einem Brenngaseinlass und einem Abgasauslass der Brennstoffzellenvorrichtung angeordnet. Darunter, dass das Drosselelement dazu vorgesehen ist, „einen Gasleitwert wesentlich zu reduzieren“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Drosselelement dazu vorgesehen ist, zumindest einen Leitungsquerschnitt einer Brenngasleitung und/oder einer Abgasleitung innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung deutlich zu verengen. Insbesondere kann durch das integrierte Drosselelement vorteilhaft eine zumindest weitgehende Gleichverteilung einer Brenngasströmung entlang einer Anode der Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden. Ferner kann in einem Brennstoffzellensystem mit einer Mehrzahl verschalteter Brennstoffzellenvorrichtungen eine zumindest weitgehende Gleichverteilung einer Brenngasströmung über jede einzelne Brennstoffzellenvorrichtung hinweg erreicht werden, wodurch eine vorteilhaft homogene Stromerzeugung innerhalb des Brennstoffzellensystems erzielt werden kann. Des Weiteren kann durch die Integration des Drosselelements in die Brennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft eine Notwendigkeit externer Drosselelemente entfallen.It is also proposed that the fuel cell device has at least one integrated throttle element, which is intended to substantially reduce a gas conductance. Preferably, the throttle element is at least partially integrated in the gas guiding lance. In this context, an "integrated throttle element" is to be understood as meaning, in particular, a throttle element arranged within the fuel cell device and / or embodied in one piece with the fuel cell device. By "one piece" should be understood in particular to be at least materially bonded, for example by a welding process, an adhesive process, an injection molding process and / or another process that appears expedient to a person skilled in the art, and / or advantageously shaped and / or fabricated in one piece, as for example by a production from a casting and / or by a production in a one-component or multi-component injection molding process and / or by a mechanical treatment advantageously from a single blank. Preferably, the throttle element is formed integrally with the gas guiding lance. In particular, the throttle element is arranged fluidically between a fuel gas inlet and an exhaust gas outlet of the fuel cell device. Including that the throttle element is intended to "substantially reduce a gas conductance" should be understood in this context, in particular, that the throttle element is intended to significantly narrow at least one line cross-section of a fuel gas line and / or an exhaust pipe within the fuel cell device. In particular, the integrated throttle element can advantageously achieve at least substantially equal distribution of a fuel gas flow along an anode of the fuel cell device. Furthermore, in a fuel cell system having a plurality of interconnected fuel cell devices, an at least substantial equal distribution of a fuel gas flow over each individual fuel cell device can be achieved, whereby an advantageous homogeneous power generation within the fuel cell system can be achieved. Furthermore, the integration of the throttle element into the fuel cell device advantageously eliminates the need for external throttle elements.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest ein im Wesentlichen becherförmiges Bodenelement und eine innerhalb des Bodenelements angeordnete Glasabdichtung aufweist. Insbesondere ist das becherförmige Bodenelement dazu vorgesehen, einen Fußbereich des Brennstoffzellentubus zumindest teilweise aufzunehmen. Insbesondere weist das becherförmige Bodenelement zumindest eine Durchführungsöffnung auf, welche zumindest zu einer Durchführung eines Gasstutzens zur Verbindung mit der Gasführungslanze vorgesehen ist. Insbesondere ist die Gasführungslanze einstückig mit dem becherförmigen Bodenelement ausgebildet. Die Durchführungsöffnung kann insbesondere zu einer Durchführung weiterer Fluidleitungen vorgesehen sein. Alternativ kann das becherförmige Bodenelement eine Mehrzahl von Durchführungsöffnungen zur Durchführung von Fluidleitungen aufweisen. Ferner ist das becherförmige Bodenelement zur Aufnahme einer Glasabdichtung vorgesehen, welche dazu vorgesehen ist, die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest im Wesentlichen gasdicht abzudichten. Insbesondere wird ein Fußbereich des Brennstoffzellentubus bei einer Herstellung der Brennstoffzellenvorrichtung in das becherförmige Bodenelement eingeführt. Insbesondere werden ein Gasabfuhrstutzen und ein Gaszufuhrstutzen in die Durchführungsöffnung eingeführt. Zur Abdichtung wird insbesondere ein Glaspulver oder eine in Form gepresste Glastablette oder eine Glaspaste in das becherförmige Bodenelement eingelegt und/oder eingebracht, welches/welche bei ca. 1000°C in einem Ofenprozess verflüssigt wird. Hierdurch können die Einzelkomponenten der Brennstoffzellenvorrichtung vorteilhaft einfach zu einer unlösbaren Baugruppe gasdicht zusammengefügt werden. Furthermore, it is proposed that the fuel cell device has at least one substantially cup-shaped bottom element and a glass seal arranged inside the bottom element. In particular, the cup-shaped base element is intended to at least partially accommodate a foot region of the fuel cell tube. In particular, the cup-shaped bottom element has at least one passage opening, which is provided at least for a passage of a gas nozzle for connection to the gas guiding lance. In particular, the gas guiding lance is formed integrally with the cup-shaped bottom element. The passage opening can be provided in particular for carrying out further fluid lines. Alternatively, the cup-shaped bottom element may have a plurality of passage openings for the passage of fluid lines. Furthermore, the cup-shaped bottom element is provided for receiving a glass seal, which is provided to seal the fuel cell device at least substantially gas-tight. In particular, a foot portion of the fuel cell tube is inserted into the cup-shaped bottom member upon manufacture of the fuel cell device. In particular, a gas discharge nozzle and a gas supply nozzle are introduced into the passage opening. For sealing, in particular, a glass powder or a glass tablet pressed in the form of a glass paste is placed in the cup-shaped bottom element and / or introduced, which is liquefied at about 1000 ° C. in a furnace process. As a result, the individual components of the fuel cell device can advantageously be joined together in a gas-tight manner to form a permanent assembly.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest ein elektrisches Anschlussmittel umfasst, welches zu einer elektrischen Kontaktierung einer an einer Innenseite des Brennstoffzellentubus angeordneten Funktionsschicht vorgesehen ist. Insbesondere ist das elektrische Anschlussmittel als eine metallische Kontaktfahne oder eine Metallklammer ausgebildet. Insbesondere ist das Anschlussmittel dazu vorgesehen, mittels einer Nickelpaste leitend mit der Funktionsschicht verbunden zu werden. Insbesondere ist das Anschlussmittel dazu vorgesehen mittels einer Klemmkraft an dem Brennstoffzellentubus fixiert zu werden. Hierdurch kann vorteilhaft einfach eine elektrisch leitende Verbindung zu einer an einer Innenseite des Brennstoffzellentubus angeordneten Funktionsschicht hergestellt werden.In addition, it is proposed that the fuel cell device comprises at least one electrical connection means which is provided for electrically contacting a functional layer arranged on an inner side of the fuel cell tube. In particular, the electrical connection means is designed as a metallic contact lug or a metal clamp. In particular, the connection means is intended to be conductively connected to the functional layer by means of a nickel paste. In particular, the connection means is intended to be fixed to the fuel cell tube by means of a clamping force. As a result, advantageously, an electrically conductive connection to a functional layer arranged on an inner side of the fuel cell can be advantageously produced.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung vorgeschlagen, wobei eine metallische Gasführungslanze in einen Brennstoffzellentubus eingeführt und ein Gasraum der Brennstoffzellenvorrichtung mittels zumindest einer Glasabdichtung zumindest im Wesentlichen gasdicht abgedichtet wird. Vorzugsweise wird ein elektrisches Anschlussmittel vor einer Abdichtung der Brennstoffzellenvorrichtung leitend mit einer Funktionsschicht der Brennstoffzellenvorrichtung verbunden. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache und/oder zuverlässige Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung erfolgen. Insbesondere können Toleranzschwankungen vorteilhaft reduziert werden. Ferner kann eine Funktionstüchtigkeit einer elektrischen Kontaktierung einer Funktionsschicht vorteilhaft vor einem Verschließen und/oder Abdichten der Brennstoffzellenvorrichtung geprüft werden.Furthermore, a method for producing a fuel cell device is proposed, wherein a metallic gas guide lance is inserted into a fuel cell tube and a gas space of the fuel cell device is sealed by means of at least one glass seal at least substantially gas-tight. Preferably, an electrical connection means is conductively connected to a functional layer of the fuel cell device prior to sealing of the fuel cell device. This allows an advantageously simple and / or reliable production of a fuel cell device. In particular, tolerance fluctuations can be advantageously reduced. Furthermore, a functionality of an electrical contacting of a functional layer can advantageously be tested before closing and / or sealing the fuel cell device.

Ferner geht die Erfindung aus von einem Brennstoffzellenstack mit zumindest einer Brennstoffzellenvorrichtung und mit zumindest einem Trägerelement, das zu einem Tragen der zumindest einen Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehen ist.Furthermore, the invention is based on a fuel cell stack with at least one fuel cell device and with at least one carrier element which is provided for carrying the at least one fuel cell device.

Es wird vorgeschlagen, dass das Trägerelement zumindest im Wesentlichen aus einem Metall ausgebildet ist.It is proposed that the carrier element is formed at least substantially from a metal.

Insbesondere sind in dem Brennstoffzellenstack zumindest zwei Brennstoffzellenvorrichtungen elektrisch und/oder fluidtechnisch verschaltet. Bevorzugt bildet das zumindest eine Trägerelement eine Trägerplatte aus. Vorteilhaft ist das zumindest eine Trägerelement quaderförmig ausgebildet. Unter einem „Tragen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere in einer festen Position halten verstanden werden. Insbesondere ist das zumindest eine Trägerelement dazu vorgesehen, zumindest zwei Brennstoffzellenvorrichtungen auf einer gemeinsamen Ebene zu tragen. In particular, at least two fuel cell devices are electrically and / or fluidly connected in the fuel cell stack. The at least one carrier element preferably forms a carrier plate. Advantageously, the at least one support element is cuboidal. By "carrying" in this context is meant to be understood, in particular, to hold in a fixed position. In particular, the at least one carrier element is intended to carry at least two fuel cell devices on a common plane.

Insbesondere umfasst das Trägerelement zumindest einen Gasversorgungskanal, der zu einer Gaszuführung zur zumindest einen Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehen ist. Dadurch kann eine besonders einfache und sichere Gaszuführung an die zumindest eine Brennstoffzellenvorrichtung erzielt werden. Weiterhin kann eine besonders einfache und sichere Gasabführung von der zumindest einen Brennstoffzellenvorrichtung erzielt werden. Ferner können die Brennstoffzellenvorrichtungen vorteilhaft besonders dicht aneinander auf dem zumindest einen Trägerelement angeordnet werden. Der zumindest eine Gasversorgungskanal ist insbesondere zu einer Gaszuführung und/oder zu einer Gasabführung vorgesehen. Insbesondere ist der zumindest eine Gasversorgungskanal geschlossen ausgebildet. Insbesondere ist der zumindest eine Gasversorgungskanal innerhalb des zumindest einen Trägerelements angeordnet.In particular, the carrier element comprises at least one gas supply channel, which is provided for a gas supply to the at least one fuel cell device. As a result, a particularly simple and secure gas supply to the at least one fuel cell device can be achieved. Furthermore, a particularly simple and safe gas discharge can be achieved by the at least one fuel cell device. Furthermore, the fuel cell devices can advantageously be arranged particularly close to one another on the at least one carrier element. The at least one gas supply channel is provided in particular for a gas supply and / or for a gas discharge. In particular, the at least one gas supply channel is formed closed. In particular, the at least one gas supply channel is arranged within the at least one carrier element.

Hierdurch kann ein Brennstoffzellenstack mit vorteilhaften konstruktiven Eigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft einfache Verbindung zwischen einer metallischen Gasführungslanze der Brennstoffzellenvorrichtungen und dem Trägerelement erfolgen. Ferner kann das zumindest eine Trägerelement besonders kostengünstig ausgebildet werden. Weiterhin kann das zumindest eine Trägerelement auf einfache Weise groß dimensioniert werden und somit eine besonders große Anzahl an Brennstoffzellenvorrichtungen getragen werden. Weiterhin vorteilhaft kann der Brennstoffzellenstack besonders kompakt ausgebildet werden. Dadurch können ein benötigter Bauraum und Kosten eingespart werden.In this way, a fuel cell stack can be provided with advantageous structural properties. In particular, one can be advantageous simple connection between a metallic gas guide lance of the fuel cell devices and the carrier element done. Furthermore, the at least one carrier element can be formed particularly cost-effectively. Furthermore, the at least one carrier element can be dimensioned large in a simple manner, and thus a particularly large number of fuel cell devices can be carried. Further advantageously, the fuel cell stack can be made particularly compact. As a result, a required installation space and costs can be saved.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Trägerelement zumindest im Wesentlichen aus einem aluminiumoxidbildenden Werkstoff ausgebildet ist. Dadurch kann eine Chromvergiftung der zumindest einen Kathode vorteilhaft vermieden werden. Bevorzugt bildet der aluminiumoxidbildende Werkstoff einen aluminiumoxidbildenden Stahl aus. Weiterhin vorteilhaft weist das zumindest eine Trägerelement eine reduzierte Chromfreisetzung auf. Besonders bevorzugt umfasst das zumindest eine Trägerelement eine Chromrückhalteschicht und/oder eine chrombindende Legierung.In a further embodiment of the invention, it is proposed that the at least one carrier element is formed at least substantially from an alumina-forming material. As a result, chromium poisoning of the at least one cathode can be advantageously avoided. Preferably, the alumina-forming material forms an alumina-forming steel. With further advantage, the at least one carrier element has a reduced release of chromium. Particularly preferably, the at least one carrier element comprises a chromium retention layer and / or a chromium-binding alloy.

Zudem wird vorgeschlagen, dass eine Kontaktfläche zwischen einer Glasabdichtung der Brennstoffzellenvorrichtung und dem Trägerelement einen Flächeninhalt aufweist, welcher wesentlich kleiner ist, als ein Flächeninhalt einer Grundfläche der Brennstoffzellenvorrichtung. Hierdurch können mechanische Spannungen zwischen der Glasabdichtung und dem Trägerelement vorteilhaft minimiert werden.In addition, it is proposed that a contact surface between a glass seal of the fuel cell device and the carrier element has a surface area which is substantially smaller than an area of a base surface of the fuel cell device. As a result, mechanical stresses between the glass seal and the carrier element can be advantageously minimized.

Die erfindungsgemäße Brennstoffvorrichtung 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 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 sind zwei Ausführungsbeispiele 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, two embodiments of the invention are 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 zeigen:Show it:

1 ein Brennstoffzellenstack in einer perspektivischen Darstellung, 1 a fuel cell stack in a perspective view,

2 eine Brennstoffzellenvorrichtung in einem perspektivischen Teilschnitt, 2 a fuel cell device in a perspective partial section,

3 eine Ansicht einer Grundfläche der Brennstoffzellenvorrichtung nach 2, 3 a view of a base of the fuel cell device according to 2 .

4 eine Schnittdarstellung eines Fußbereichs der Brennstoffzellenvorrichtung nach 2 und 4 a sectional view of a foot portion of the fuel cell device according to 2 and

5 eine alternative Brennstoffzellenvorrichtung in einem perspektivischen Teilschnitt. 5 an alternative fuel cell device in a perspective partial section.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der 1 ist ein Brennstoffzellenstack 32a mit mehreren Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a und mit einem Trägerelement 34a gezeigt. Das Trägerelement 34a ist zu einem Tragen der Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind 25 Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a dargestellt. Die Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a sind dabei in fünf zueinander versetzten Fünferreihen angeordnet. Der Brennstoffzellenstack 32a weist in einem Betrieb eine elektrische Leistung von etwa 500 W auf. Selbstverständlich kann auch eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl und/oder Anordnung der Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a auf dem Trägerelement 34a vorgesehen sein. Die Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a sind elektrisch und fluidtechnisch verschaltet. Der Brennstoffzellenstack 32a ist beispielsweise in einer nicht näher gezeigten Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK) einsetzbar.In the 1 is a fuel cell stack 32a with multiple fuel cell devices 10a . 40a . 42a and with a carrier element 34a shown. The carrier element 34a is to carry the fuel cell devices 10a . 40a . 42a intended. In this embodiment are 25 Fuel cell devices 10a . 40a . 42a shown. The fuel cell devices 10a . 40a . 42a are arranged in five staggered rows of five. The fuel cell stack 32a has an electrical power of about in one operation 500 W on. It goes without saying that another number and / or arrangement of the fuel cell devices that appears appropriate to the person skilled in the art can also be used 10a . 40a . 42a on the carrier element 34a be provided. The fuel cell devices 10a . 40a . 42a are electrically and fluidly interconnected. The fuel cell stack 32a For example, can be used in a combined heat and power plant (CHP) not shown in detail.

Das Trägerelement 34a ist aus einem Metall ausgebildet. Das Trägerelement 34a bildet eine Trägerplatte aus. Das Trägerelement 34a ist quaderförmig ausgebildet. Das Trägerelement 34a ist dazu vorgesehen, die Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a in einer festen Position zueinander zu halten. Das Trägerelement 34a ist aus einem aluminiumoxidbildenden Werkstoff ausgebildet. Genauer gesagt ist das Trägerelement 34a aus einem aluminiumoxidbildenden Stahl ausgebildet.The carrier element 34a is formed of a metal. The carrier element 34a forms a carrier plate. The carrier element 34a is cuboidal. The carrier element 34a is intended to fuel cell devices 10a . 40a . 42a in a fixed position to each other. The carrier element 34a is formed of an alumina-forming material. More specifically, the carrier element 34a formed of an alumina-forming steel.

Das Trägerelement 34a umfasst mehrere Gasversorgungskänale 44a, 46a, 48a, 50a, 52a. Die Gasversorgungskanäle 44a, 46a sind zu einer Gaszuführung zu den Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a vorgesehen. Ein anderer Gasversorgungskanal 48a ist zu einer Gasabführung von den Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a vorgesehen. Die Gasversorgungskänale 44a, 46a, 48a, 50a, 52a weisen einen geschlossenen Querschnitt auf. Die Gasversorgungskänale 44a, 46a, 48a, 50a, 52a sind innerhalb des Trägerelements 34a angeordnet. Die Gasversorgungskänale 44a, 46a, 48a, 50a, 52a verlaufen von Seitenwandungen 54a, 56a des Trägerelements 34a zu den Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a. Die Gasversorgungskänale 44a, 48a sind zu einer Leitung von Wasserstoffgas vorgesehen. Ferner kann das Trägerelement 34a zusätzliche Kanäle aufweisen, welche beispielsweise mit einem flüssigen Wärmeträgeröl gefüllt sind, wodurch das Trägerelement 34a zusätzlich als Wärmeübertrager fungieren kann.The carrier element 34a includes several gas supply channels 44a . 46a . 48a . 50a . 52a , The gas supply channels 44a . 46a are to a gas supply to the fuel cell devices 10a . 40a . 42a intended. Another gas supply channel 48a is to a gas discharge from the fuel cell devices 10a . 40a . 42a intended. The gas supply channels 44a . 46a . 48a . 50a . 52a have a closed cross-section. The gas supply channels 44a . 46a . 48a . 50a . 52a are inside the support element 34a arranged. The gas supply channels 44a . 46a . 48a . 50a . 52a run from side walls 54a . 56a of support element 34a to the fuel cell devices 10a . 40a . 42a , The gas supply channels 44a . 48a are provided to a line of hydrogen gas. Furthermore, the carrier element 34a having additional channels, which are filled for example with a liquid heat transfer oil, whereby the carrier element 34a can also act as a heat exchanger.

Im Folgenden wird lediglich Bezug auf eine Brennstoffzellenvorrichtung 10a der Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a genommen, da in diesem Ausführungsbeispiel alle Brennstoffzellenvorrichtungen 10a, 40a, 42a gleich ausgebildet sind. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a ist als tubulare Brennstoffzellenvorrichtung 10a ausgebildet. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a ist als Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) ausgebildet. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a umfasst einen Brennstoffzellentubus 12a. Der Brennstoffzellentubus 12a umfasst an einer Außenfläche 58a zwei Montageflügel 60a, 62a. Die Montageflügel 60a, 62a sind zu einer Montagehilfe vorgesehen. Die Außenfläche 58a bildet eine Stirnfläche des Brennstoffzellentubus 12a aus.In the following, only reference will be made to a fuel cell device 10a the fuel cell devices 10a . 40a . 42a taken as in this embodiment all fuel cell devices 10a . 40a . 42a are the same. The fuel cell device 10a is as a tubular fuel cell device 10a educated. The fuel cell device 10a is designed as a solid oxide fuel cell (SOFC). The fuel cell device 10a includes a fuel cell tube 12a , The fuel cell tube 12a includes on an outer surface 58a two assembly wings 60a . 62a , The mounting wings 60a . 62a are intended for an assembly aid. The outer surface 58a forms an end face of the fuel cell tube 12a out.

Wie in der 2 näher gezeigt, umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 10a eine in dem Brennstoffzellentubus 12a angeordnete Gasführungslanze 14a und eine hier lediglich angedeutet dargestellte Funktionsschicht 26a. Die Funktionsschicht 26a ist auf einer Innenseite des Brennstoffzellentubus 12a aufgebracht. Die Funktionsschicht 26a weist eine Anode, eine Kathode und einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Elektrolyt auf.Like in the 2 shown in more detail, includes the fuel cell device 10a one in the fuel cell tube 12a arranged gas guiding lance 14a and a functional layer shown here only indicated 26a , The functional layer 26a is on an inside of the fuel cell tube 12a applied. The functional layer 26a has an anode, a cathode, and an electrolyte disposed between the anode and the cathode.

Der Brennstoffzellentubus 12a ist zumindest im Wesentlichen von einem keramischen Material gebildet. Die Gasführungslanze 14a ist zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Die Gasführungslanze 14a ist aus einem aluminiumoxidbildenden Werkstoff ausgebildet. Genauer gesagt ist die Gasführungslanze 14a aus einem aluminiumoxidbildenden Stahl ausgebildet. Die Gasführungslanze 14a ragt in den Brennstoffzellentubus 12a hinein. Die Gasführungslanze 14a ist insbesondere dazu vorgesehen, zumindest ein Fluid, insbesondere ein Brenngas, in den Brennstoffzellentubus 12a einzuleiten und/oder insbesondere ein Abgas aus dem Brennstoffzellentubus 12a auszuleiten. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10a weist ein zwischen dem Brennstoffzellentubus 12a und der Gasführungslanze 14a angeordnetes Stützelement 16a auf, welches dazu vorgesehen ist, die Gasführungslanze 14a innerhalb des Brennstoffzellentubus 12a zu stabilisieren. Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10a ein integriertes Drosselelement 18a auf, welches dazu vorgesehen ist, einen Gasleitwert wesentlich zu reduzieren. Das Drosselelement 18a, ist in die Gasführungslanze 14a integriert. The fuel cell tube 12a is at least substantially formed by a ceramic material. The gas guiding lance 14a is at least substantially formed of a metallic material. The gas guiding lance 14a is formed of an alumina-forming material. More specifically, the gas lance 14a formed of an alumina-forming steel. The gas guiding lance 14a protrudes into the fuel cell tube 12a into it. The gas guiding lance 14a is provided in particular to at least one fluid, in particular a fuel gas, in the Brennstoffzellentubus 12a to initiate and / or in particular an exhaust gas from the Brennstoffzellentubus 12a auszuleiten. The fuel cell device 10a indicates between the fuel cell tube 12a and the gas guiding lance 14a arranged support element 16a on which is intended, the gas guiding lance 14a within the fuel cell tube 12a to stabilize. Furthermore, the fuel cell device 10a an integrated throttle element 18a which is intended to substantially reduce a gas conductance. The throttle element 18a , is in the gas lance 14a integrated.

Zudem weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10a ein im Wesentlichen becherförmiges Bodenelement 20a und eine innerhalb des Bodenelements 20a angeordnete Glasabdichtung 22a auf. Das becherförmige Bodenelement 20a nimmt einen Fußbereich des Brennstoffzellentubus 12a zumindest teilweise auf. Das becherförmige Bodenelement 20a weist eine Durchführungsöffnung 68a auf, welche zu einer Durchführung eines von zwei Gasstutzen 64a, 66a vorgesehen ist. Die Gasführungslanze 14a ist einstückig mit dem becherförmigen Bodenelement 20a ausgebildet. Ferner ist das becherförmige Bodenelement 20a zur Aufnahme der Glasabdichtung 22a vorgesehen, welche dazu vorgesehen ist, die Brennstoffzellenvorrichtung 10a zumindest im Wesentlichen gasdicht abzudichten. Insbesondere wird ein Fußbereich des Brennstoffzellentubus 12a bei einer Herstellung der Brennstoffzellenvorrichtung 10a in das becherförmige Bodenelement 20a eingeführt. Die Gasstutzen 64a, 66a werden in die Durchführungsöffnung 68a eingeführt. Zur Abdichtung wird insbesondere ein Glaspulver oder eine in Form gepresste Glastablette in das becherförmige Bodenelement 20a eingelegt, welches/welche bei ca. 1000°C in einem Ofenprozess verflüssigt wird. Hierdurch wird ein Gasraum 28a der Brennstoffzellenvorrichtung 10a mittels der Glasabdichtung 22a gasdicht abgedichtet. Eine Kontaktfläche 36a der Glasabdichtung 22a der Brennstoffzellenvorrichtung 10a und dem Trägerelement 34a weist einen Flächeninhalt auf, welcher wesentlich kleiner ist, als ein Flächeninhalt einer Grundfläche 38a der Brennstoffzellenvorrichtung 10a (vgl. 3).In addition, the fuel cell device 10a a substantially cup-shaped bottom element 20a and one inside the floor element 20a arranged glass seal 22a on. The cup-shaped bottom element 20a takes a foot area of the fuel cell tube 12a at least partially. The cup-shaped bottom element 20a has a passage opening 68a which leads to a passage of one of two gas spouts 64a . 66a is provided. The gas guiding lance 14a is integral with the cup-shaped bottom element 20a educated. Furthermore, the cup-shaped bottom element 20a for receiving the glass seal 22a provided, which is intended to the fuel cell device 10a at least substantially gas-tight seal. In particular, a foot portion of the fuel cell tube becomes 12a in a manufacture of the fuel cell device 10a in the cup-shaped bottom element 20a introduced. The gas pipes 64a . 66a be in the implementation opening 68a introduced. For sealing, in particular, a glass powder or a pressed glass tablet in the form of a cup in the cup-shaped bottom element 20a inserted, which / which is liquefied at about 1000 ° C in a furnace process. This will create a gas space 28a the fuel cell device 10a by means of the glass seal 22a sealed gas-tight. A contact surface 36a the glass seal 22a the fuel cell device 10a and the carrier element 34a has a surface area which is substantially smaller than an area of a base area 38a the fuel cell device 10a (see. 3 ).

Wie in der 4 gezeigt, weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10a elektrische Anschlussmittel 24a, 70a auf, welche zu einer elektrischen Kontaktierung der an einer Innenseite des Brennstoffzellentubus 12a angeordneten Funktionsschicht 26a vorgesehen sind. Die elektrischen Anschlussmittel 24a, 70a sind als metallische Kontaktfahnen oder Metallklammern ausgebildet. Insbesondere sind die Anschlussmittel 24a, 70a dazu vorgesehen, mittels einer Nickelpaste leitend mit der Funktionsschicht 26a verbunden zu werden. Insbesondere sind die Anschlussmittel 24a, 70a dazu vorgesehen, mittels einer Klemmkraft an dem Brennstoffzellentubus 12a fixiert zu werden. Die elektrischen Anschlussmittel 24a, 70a werden vor einer Abdichtung der Brennstoffzellenvorrichtung 10a leitend mit einer Funktionsschicht 26a der Brennstoffzellenvorrichtung 10a verbunden. Hierdurch kann eine Funktionstüchtigkeit einer elektrischen Kontaktierung der Funktionsschicht 26s vorteilhaft vor einem Verschließen und/oder Abdichten der Brennstoffzellenvorrichtung 10a geprüft werden.Like in the 4 shows, the fuel cell device 10a electrical connection means 24a . 70a which leads to an electrical contact on an inside of the fuel cell tube 12a arranged functional layer 26a are provided. The electrical connection means 24a . 70a are designed as metallic contact lugs or metal brackets. In particular, the connection means 24a . 70a provided by means of a nickel paste conductive with the functional layer 26a to be connected. In particular, the connection means 24a . 70a provided by means of a clamping force on the fuel cell tube 12a to be fixed. The electrical connection means 24a . 70a be before sealing the fuel cell device 10a conductive with a functional layer 26a the fuel cell device 10a connected. As a result, a functionality of an electrical contacting of the functional layer 26s advantageous before closing and / or sealing the fuel cell device 10a being checked.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 4, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in 1 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 5 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.In 5 a further embodiment of the invention is shown. The following descriptions and the drawings are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, with reference in principle to the same reference components, in particular with respect to components with the same reference numerals, to the drawings and / or the description of the other embodiments, in particular 1 to 4 , can be referenced. To distinguish the embodiments, the letter a is the reference numerals of the embodiment in 1 readjusted. In the embodiment of 5 the letter a is replaced by the letter b.

5 zeigt eine Schnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung einer Brennstoffzellenvorrichtung 10b. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10b weist einen Brennstoffzellentubus 12b und eine in dem Brennstoffzellentubus 12b angeordnete Gasführungslanze 14b und eine hier lediglich angedeutet dargestellte Funktionsschicht 26b auf. Die Funktionsschicht 26b ist auf einer Innenseite des Brennstoffzellentubus 12b aufgebracht. Die Funktionsschicht 26b weist eine Anode, eine Kathode und einen zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Elektrolyt auf. 5 shows a sectional view of an alternative embodiment of a fuel cell device 10b , The fuel cell device 10b has a fuel cell tube 12b and one in the fuel cell tube 12b arranged gas guiding lance 14b and a functional layer shown here only indicated 26b on. The functional layer 26b is on an inside of the fuel cell tube 12b applied. The functional layer 26b has an anode, a cathode, and an electrolyte disposed between the anode and the cathode.

Der Brennstoffzellentubus 12b ist zumindest im Wesentlichen von einem keramischen Material gebildet. Die Gasführungslanze 14b ist zumindest im Wesentlichen aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Die Gasführungslanze 14b ist aus einem aluminiumoxidbildenden Werkstoff ausgebildet. Genauer gesagt ist die Gasführungslanze 14b aus einem aluminiumoxidbildenden Stahl ausgebildet. Die Gasführungslanze 14b ragt in den Brennstoffzellentubus 12b hinein. Die Gasführungslanze 14b ist insbesondere dazu vorgesehen, zumindest ein Fluid, insbesondere ein Brenngas, in den Brennstoffzellentubus 12b einzuleiten und/oder insbesondere ein Abgas aus dem Brennstoffzellentubus 12b auszuleiten. Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10b ein integriertes Drosselelement 18b auf, welches dazu vorgesehen ist, einen Gasleitwert wesentlich zu reduzieren. Das Drosselelement 18b ist als ein im Fußbereich des Brennstoffzellentubus 12a angeordnetes Keramikelement ausgebildet. Das Drosselelement 18b weist eine Vielzahl von Längslöchern 72b auf, durch welche ein ausströmendes Abgas geleitet wird. Die Durchmesser der Längslöcher 72b sind so dimensioniert, dass sich ein gleichmäßiger Druckverlust über jede Brennstoffzellenvorrichtung 10b, 40b, 42b eines Brennstoffzellenstacks 32b einstellt. Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10b elektrische Anschlussmittel 24b, 70b (hier lediglich eines sichtbar) auf, welche zu einer elektrischen Kontaktierung der an einer Innenseite des Brennstoffzellentubus 12b angeordneten Funktionsschicht 26b vorgesehen sind. Die elektrischen Anschlussmittel 24b, 70b sind als metallische Kontaktfahnen oder Metallklammern ausgebildet. Insbesondere sind die Anschlussmittel 24b, 70b dazu vorgesehen, mittels einer Nickelpaste leitend mit der Funktionsschicht 26b verbunden zu werden. Die Anschlussmittel 24b, 70b sind durch das Drosselelement 18b an die Funktionsschicht 26b angedrückt und arretiert.The fuel cell tube 12b is at least substantially formed by a ceramic material. The gas guiding lance 14b is at least substantially formed of a metallic material. The gas guiding lance 14b is formed of an alumina-forming material. More specifically, the gas lance 14b formed of an alumina-forming steel. The gas guiding lance 14b protrudes into the fuel cell tube 12b into it. The gas guiding lance 14b is provided in particular to at least one fluid, in particular a fuel gas, in the Brennstoffzellentubus 12b to initiate and / or in particular an exhaust gas from the Brennstoffzellentubus 12b auszuleiten. Furthermore, the fuel cell device 10b an integrated throttle element 18b which is intended to substantially reduce a gas conductance. The throttle element 18b is as one in the foot area of the fuel cell tube 12a arranged ceramic element formed. The throttle element 18b has a plurality of longitudinal holes 72b on, through which an outflowing exhaust gas is passed. The diameters of the longitudinal holes 72b are sized so that a uniform pressure drop across each fuel cell device 10b . 40b . 42b a fuel cell stack 32b established. Furthermore, the fuel cell device 10b electrical connection means 24b . 70b (Only one visible here), which leads to an electrical contact on an inside of the fuel cell tube 12b arranged functional layer 26b are provided. The electrical connection means 24b . 70b are designed as metallic contact lugs or metal brackets. In particular, the connection means 24b . 70b provided by means of a nickel paste conductive with the functional layer 26b to be connected. The connection means 24b . 70b are through the throttle element 18b to the functional layer 26b pressed and locked.

Claims

Fuel cell device with at least one fuel cell tube ( 12a ; 12b ) and at least one gas guiding lance ( 14a ; 14b ), which at least partially within the fuel cell tube ( 12a ; 12b ) and which is intended, at least one fluid in the Brennstoffzellentubus ( 12a ; 12b ) and / or from the fuel cell tube ( 12a ; 12b ), characterized in that the gas guiding lance ( 14a ; 14b ) is formed at least substantially of a metallic material.

Fuel cell device according to claim 1, characterized in that the gas guiding lance ( 14a ; 14b ) is formed at least substantially of an alumina-forming material.

Fuel cell device according to claim 1 or 2, characterized by at least one between the fuel cell tube ( 12a ; 12b ) and the gas guiding lance ( 14a ; 14b ) arranged supporting element ( 16a ; 16b ), which is intended, the gas guiding lance ( 14a ; 14b ) within the fuel cell tube ( 12a ; 12b ) to stabilize.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one integrated throttle element ( 18a ; 18b ), which is intended to significantly reduce a gas conductance.

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one throttle element ( 18a ), which is intended to substantially reduce a gas conductance and which at least partially into the gas guiding lance ( 14a ) is integrated.

Fuel cell device according to one of the preceding claims characterized by at least one substantially cup-shaped bottom element ( 20a ) and one inside the floor element ( 20a ) arranged glass seal ( 22a ).

Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one electrical connection means ( 24a ; 24b ), which leads to an electrical contacting of an inside of the fuel cell tube ( 12a ; 12b ) arranged functional layer ( 26a ; 26b ) is provided.

Method for producing a fuel cell device ( 10a . 10b ), in particular according to one of claims 1 to 7, wherein a metallic gas guiding lance ( 14a ; 14b ) into a fuel cell tube ( 12a ; 12b ) and a gas space ( 28a ; 28b ) of the fuel cell device ( 10a ; 10b ) by means of at least one glass seal ( 22a ; 22b ) is sealed at least substantially gas-tight.

Method according to claim 8, characterized in that an electrical connection means ( 24a ; 24b ) before sealing the fuel cell device ( 10a ; 10b ) conductive with a functional layer ( 26a ; 26b ) of the fuel cell device ( 10a ; 10b ) is connected.

Fuel cell stack with at least one fuel cell device ( 10a ; 10b ), in particular according to one of claims 1 to 7, and with at least one carrier element ( 34a ; 34b ), which contributes to carrying the at least one fuel cell device ( 10a ; 10b ), characterized in that the carrier element ( 34a ; 34b ) is formed at least substantially of a metal.

Fuel cell stack according to claim 10, characterized in that the carrier element ( 34a ; 34b ) is formed at least substantially of an alumina-forming material.

Fuel cell stack according to claim 10 or 11, characterized in that a contact surface ( 36a ) between a glass seal ( 22a ) of the fuel cell device ( 10a ) and the carrier element ( 34a ) has a surface area which is substantially smaller than an area of a base area ( 38a ) of the fuel cell device ( 10a ).