DE102019208896A1

DE102019208896A1 - Brennstoffzellenmodul

Info

Publication number: DE102019208896A1
Application number: DE102019208896.1A
Authority: DE
Inventors: Hideichi Yamamura; Shigeru Toda; Yasushi Kanai
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: JP7033017B2; JP2019220370A; DE102019208896B4

Abstract

Es wird ein Brennstoffzellenmodul (10) angegeben, das mit einem Brennstoffzellenstapel (12) ausgestattet ist, der einen Stapelkörper aufweist, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen (14) gestapelt sind, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom erzeugen, sowie einer Induktionsheizwicklung (20), die zum Stapelkörper weisend angeordnet ist. In dem Brennstoffzellenmodul (10) enthält der Brennstoffzellenstapel (12) einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal (56), der Seitenabschnitte der Brennstoffzellen (14) umgibt, und durch den das sauerstoffhaltige Gas fließt, wodurch Wärme der Brennstoffzellen (14) auf das sauerstoffhaltige Gas übertragen wird, und die Induktionsheizwicklung (20) um Seitenabschnitte des Stapelkörpers herum gewickelt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenmodul, in dem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen gestapelt sind, die durch eine elektrochemische Reaktion, die zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas stattfindet, Elektrizität erzeugt.
Beschreibung der verwandten Technik
Eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) verwendet zum Beispiel einen Oxidionenleiter, wie etwa stabilisiertes Zirkoniumoxid, als Festelektrolyten. Eine Anode und eine Kathode sind mit beiden Seiten des Festelektrolyten verbunden. Eine solche Elektrolyt-Elektroden-Anordnung (nachfolgend auch als MEA bezeichnet) ist zwischen Separatoren (Bipolarplatten) geschichtet. Während ihrer Verwendung sind allgemein eine vorbestimmte Anzahl der Elektrolyt-Elektroden-Anordnungen und der Separatoren zusammengestapelt, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden.
SOFCs arbeiten bei einer vergleichsweisen hohen Betriebstemperatur, und daher ist es, wenn die Brennstoffzellen initiiert werden, erforderlich, dass die Temperatur der gestapelten mehreren Brennstoffzellen auf eine solche Betriebstemperatur angehoben wird.
In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2017-027766 A ist ein Brennstoffzellen-Stromerzeugungssystem offenbart, in dem ein Verbrenner außerhalb eines Behälters für den Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist, und der Brennstoff während des Hochfahrens einer Flammverbrennung ausgesetzt wird, um hierdurch den Brennstoffzellenstapel zu erhitzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Obwohl in einem solchen herkömmlichen Brennstoffzellenmodul die Brennstoffzellen mittels Strahlungswärme des Verbrenners und der Wärme des Brenngases erhitzt werden, kann der Stapelkörper der Brennstoffzellen nicht mit hoher Effizienz erhitzt werden. Wenn ferner heißes Brenngas in die Brennstoffzellen geblasen wird, bestehen Bedenken, dass die Brennstoffzellen aufgrund des Temperaturgefälles beschädigt werden könnten, und daher besteht ein Problem darin, dass es schwierig ist, die Brennstoffzellen rasch zu erhitzen, und Zeit erforderlich ist, bis deren Initiierung stattfindet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennstoffzellenmodul anzugeben, das in der Lage ist, das Innere eines Brennstoffzellenstapels effizient zu erhitzen, und das hinsichtlich seiner Fähigkeit, den Betrieb des Brennstoffzellenmoduls zu initiieren, exzellent ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Brennstoffzellenmodul, welches einen Brennstoffzellenstapel mit einem Stapelkörper aufweist, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen, die dazu ausgelegt sind, durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom zu erzeugen, gestapelt sind; und eine Induktionsheizwicklung, die zum Stapelkörper weisend angeordnet ist; wobei der Brennstoffzellenstapel einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal enthält, der so ausgebildet ist, dass er Seitenabschnitte der Brennstoffzellen umgibt, und durch den das sauerstoffhaltige Gas fließt, wodurch Wärme der Brennstoffzellen auf das sauerstoffhaltige Gas übertragen wird; und die Induktionsheizwicklung um Seitenabschnitte des Stapelkörpers herum gewickelt ist.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Brennstoffzellenmodul, welches einen Brennstoffzellenstapel mit einem Stapelkörper aufweist, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen, die dazu ausgelegt sind, durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom zu erzeugen, gestapelt sind; und Induktionsheizwicklungen, die zu beiden Enden des Brennstoffzellenstapels weisend angeordnet sind; wobei der Brennstoffzellenstapel ein Paar von Endplatten enthält, die dazu ausgelegt sind, auf die Brennstoffzellen von deren beiden Enden in Stapelrichtung Druck auszuüben; und die Induktionsheizwicklungen eine erste Induktionsheizwicklung, die in einer ebenen Form entlang einer Außenoberfläche von einer Endplatte gewickelt ist, sowie eine zweite Induktionsheizwicklung, die in einer ebenen Form entlang einer Außenoberfläche der anderen Endplatte gewickelt ist, enthalten.
Ein noch anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Brennstoffzellenmodul, welches einen Brennstoffzellenstapel mit einem Stapelkörper aufweist, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen, die dazu ausgelegt sind, durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom zu erzeugen, gestapelt sind; und eine Induktionsheizwicklung, die zum Stapelkörper weisend angeordnet ist; wobei der Brennstoffzellenstapel ein Paar von Endplatten enthält, die dazu ausgelegt sind, auf die Brennstoffzellen von deren beiden Enden in Stapelrichtung Druck auszuüben, sowie eine Seitenwand, die mit dem Paar von Endplatten verbunden ist und die Außenseiten der Brennstoffzellen abdichtet; und die Induktionsheizwicklung um die Endplatten und die Seitenwand herum gewickelt ist.
Gemäß den Brennstoffzellenmodulen mit den obigen Aspekten kann, durch das Vorsehen der Induktionsheizwicklung, das Innere des Brennstoffzellenstapels mit hoher Effizienz erhitzt werden, und können die Brennstoffzellenmodule rasch initiiert werden.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich, worin bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung als illustratives Beispiel gezeigt sind.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Struktur eines Brennstoffzellenstapels des in 1 gezeigten Brennstoffzellenmoduls zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht in Schichtungs-Richtung des in 2 gezeigten Brennstoffzellenstapels;
4 ist eine Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Brennstoffzellen;
5 ist ein Flussdiagramm, das Betriebsvorgänge zeigt, während das Brennstoffzellenmodul von 1 initiiert wird;
6 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Struktur eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer zweiten Ausführung zeigt;
7 ist eine Draufsicht des in 6 gezeigten Brennstoffzellenstapels;
8 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Struktur eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer dritten Ausführung zeigt; und
9 ist eine Perspektivansicht des in 8 gezeigten Brennstoffzellenstapels.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
(Erste Ausführung)
Das in 1 gezeigte Brennstoffzellenmodul 10 gemäß einer ersten Ausführung kann nicht nur für stationären Gebrauch verwendet werden, sondern auch für verschiedene Anwendungen, wie etwa im Fahrzeug montierte Verwendungen, und zur Verwendung als tragbarer Generator. In der vorliegenden Beschreibung kann die Stapelrichtung der Brennstoffzellen auch als Dickenrichtung oder vertikale Richtung bezeichnet werden, und kann die Richtung orthogonal zur Stapelrichtung auch als Ebenen-Richtung, Quer-Richtung oder Schichtungs-Richtung bezeichnet werden. Jedoch sollten diese Anmerkungen nicht so verstanden werden, dass sie die Richtung, in der das Brennstoffzellenmodul installiert wird, irgendwie einschränken.
Das in 1 gezeigte Brennstoffzellenmodul 10 gemäß der ersten Ausführung ist ausgestattet mit einem Flachplatten-laminierten Brennstoffzellenstapel 12, einem Abgasverbrenner 16, einem Wärmetauscher 18, einer Induktionsheizwicklung 20, einer Brenngas-Zuführeinheit 24 sowie einer Stromquelle 22. Der Brennstoffzellenstapel 12 ist mit flachen plattenförmigen Brennstoffzellen 14 (Festoxid-Brennstoffzellen) ausgestattet, die durch elektrochemische Reaktionen, die zwischen einem Brenngas (einem Gas, das durch Vermischen von hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid erhalten wird) und einem sauerstoffhaltigen Gas (Luft) stattfinden, elektrischen Strom erzeugen. Wie in 2 gezeigt, ist ein Stapelkörper aufgebaut, in dem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 in einer Dickenrichtung (in Richtung von Pfeil A) zusammen mit Endplatten 50 und 52, die an beiden Enden in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 14 angeordnet sind, gestapelt sind.
Wie in 4 gezeigt, umfasst jede der Brennstoffzellen 14 eine Elektrolyt-Elektroden-Anordnung (MEA) 46, in der zum Beispiel in dieser Reihenfolge auf einer aus Metall hergestellten Tragplatte 38 eine Anode 40, eine Elektrolytschicht 42, die aus einem aus stabilisiertem Zirkoniumoxid oder dergleichen hergestellten Oxidionenleiter aufgebaut ist, sowie eine Kathode 44 gestapelt sind.
Die Tragplatten 38 sind zum Beispiel aus porösen Metallplatten aufgebaut, oder Metallplatten, in der eine große Anzahl von Durchgangslöchern ausgebildet sind, wodurch das Brenngas zu den Anoden 40 fließen kann. Als das Metall, welches die Tragplatten 38 darstellt, kann ein Material verwendet werden, das Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit besitzt, um der Betriebsumgebung der Brennstoffzellen 14 zu widerstehen, zusammen damit, dass sie einen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten haben, der äquivalent zu jenem der Elektrolytschicht 42 ist. Insbesondere kann für die Tragplatten ferritischer rostfreier Stahl oder dergleichen verwendet werden. Ferner ist ferritischer rostfreier Stahl ein ferromagnetisches Material, das durch ein wechselndes Magnetfeld, das durch die Induktionsheizwicklung 20 erzeugt wird, effizient Wärme erzeugt.
Ein Kathoden-seitiger Separator 34 und ein Anoden-seitiger Separator 36 sind an beiden Seiten der Elektrolyt-Elektroden-Anordnung 46 angeordnet. Ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfeld 30 zum Zuführen des sauerstoffhaltigen Gases zur Kathode 44 ist auf dem Kathoden-seitigen Separator 34 ausgebildet. Ferner ist ein Brenngasfließfeld 32 zum Zuführen des Brenngases zu der Anode 40 auf dem Anoden-seitigen Separator 36 ausgebildet. Das Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfeld 30 und das BrenngasFließfeld 32 können parallel mit der dazwischen eingefügten Elektrolyt-Elektroden-Anordnung 46 ausgebildet werden.
Die Betriebstemperatur der Brennstoffzellen 14 ist eine hohe Temperatur in der Größenordnung von mehreren hundert °C, und das Brenngas, das durch Reformieren des Rohbrennstoffs erhalten wird und Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, wird den Anoden 40 zugeführt. Ferner wird Luft, deren Temperatur durch den Wärmetauscher 18 angehoben ist, den Kathoden 44 als sauerstoffhaltiges Gas zugeführt.
Wie in 3 gezeigt, sind die Brennstoffzellen 14 angenähert Rechteck-förmig, und an ihrem einen Endabschnitt 14a sind ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Auslasskanal 30b und Brenngas-Einlasskanäle 32a ausgebildet. Unter den Einlasskanälen ist zwischen zwei solchen Brenngas-Einlasskanälen 32a der Sauerstoffhaltiges-Gas-Auslasskanal 30b aufgenommen. Ferner ist ein Brenngas-Auslasskanal 32b am anderen Endabschnitt 14b der Brennstoffzellen 14 ausgebildet. Es ist eine Konfiguration vorgesehen, in der das Brenngas, das von den Brenngas-Einlasskanälen 32a in die Brenngas-Fließfelder 32 eingeführt wird (siehe 3), so fließt wie in der Figur mit den durchgehend linierten Pfeilen F gezeigt, und von dem Brenngas-Auslasskanal 32b abgegeben wird.
Wie in 2 gezeigt, durchsetzen die Brenngas-Einlasskanäle 32a und der Brenngas-Auslasskanal 32b die Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 (in der Richtung des Pfeils A), und erstrecken sich in der Stapelrichtung der Brennstoffzellen 14. Die Brenngas-Einlasskanäle 32a und der Brenngas-Auslasskanal 32b stehen mit den Brenngas-Fließfeldern 32 der Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 in Verbindung und sind von den Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfeldern 30 durch erste Dichtungselemente 48a getrennt. Ferner durchsetzt der Sauerstoffhaltiges-Gas-Auslasskanal 30b die Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 in der Stapelrichtung und erstreckt sich in der Stapelrichtung. Der Sauerstoffhaltiges-Gas-Auslasskanal 30b steht mit den Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfeldern 30 der Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 in Verbindung und ist von den Brenngas-Fließfeldern 32 durch zweite Dichtungselemente 48b getrennt.
Umfangsrandabschnitte der Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfelder 30 der Brennstoffzellen 14 sind durch die zweiten Dichtungselemente 48b abgedichtet. Ferner sind Umfangsrandabschnitte der Brenngas-Fließfelder 32 durch die ersten Dichtungselemente 40a abgedichtet. Die zweiten Dichtungselemente 48b können auf den Kathoden-seitigen Separatoren 34 ausgebildet sein, und die ersten Dichtungselemente 48a können auf den Anoden-seitigen Separatoren 36 ausgebildet sein.
Ferner sind, wie in 3 gezeigt, am anderen Endabschnitt 14b der Brennstoffzellen 14 Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführöffnungen 30a ausgebildet, die die zweiten Dichtungselemente 48b in der Schichtungsrichtung durchsetzen, welche die Umfangsrandabschnitte der jeweiligen Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfelder 30 abdichten. Die Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfelder 30 stehen mit einem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 innerhalb des Brennstoffzellenstapels 12 über die Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführöffnungen 30a in Verbindung. Das sauerstoffhaltige Gas fließt in die Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfelder 30 von den Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführöffnungen 30a. Das sauerstoffhaltige Gas, das von den Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführöffnungen 30a eingeführt ist, fließt, wie in der Figur mit den gestrichelten Pfeilen O gezeigt, durch die Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfelder 30, und wird von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Auslasskanal 30b abgegeben.
Wie in 2 gezeigt, sind die gestapelten mehreren Brennstoffzellen 14 zwischen einer Endplatte 50 an einer oberen Endseite und einer Endplatte 52 an einer unteren Endseite angeordnet, und sind durch Stellschrauben 58 aneinander befestigt. Durch diese Stellschrauben 58 und die Endplatten 50 und 52 wird eine vorbestimmte Klemmlast in der Stapelrichtung auf die mehreren Brennstoffzellen 14 angelegt. Die Endplatten 50 und 52 sind so ausgebildet, dass sie in der Schichtungsrichtung (Ebenenrichtung) größer bemessen sind als die Brennstoffzellen 14. Eine Seitenwand 54 ist zwischen einem Außenumfangsabschnitt der Endplatte 50 und einem Außenumfangsabschnitt der Endplatte 52 vorgesehen.
Wie in 3 gezeigt, ist die Seitenwand 54 über den gesamten Umfang des Außenumfangsabschnitts der Endplatten 50 und 52 ausgebildet, und dichtet den Umfang der Brennstoffzellen 14 ab. Der Raum, der zwischen den Brennstoffzellen 14 und der Seitenwand 54 ausgebildet ist, stellt den Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 dar. Darüber hinaus kann Wärmeisoliermaterial, um die Brennstoffzellen warm zu halten, auf der Seitenwand 54 und den Endplatten 50 und 52 vorgesehen sein.
Ein Sauerstoffhaltiges-Gas-Einlass 60 und eine Induktionsheizwicklung 20 sind in dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 angeordnet. Der Sauerstoffhaltiges-Gas-Einlass 60 ist in der Nähe des einen Endabschnitts 14a angeordnet, wo der Sauerstoffhaltiges-Gas-Auslasskanal 30b ausgebildet ist, dessen Temperatur innerhalb der Brennstoffzellen 14 am höchsten wird. Der Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 erstreckt sich von dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einlass 60 zu einer Seite an dem anderen Endabschnitt 14b der Brennstoffzellen 14, während er seitlich um die Brennstoffzellen 14 herumgeht. Der Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 ist derart konfiguriert, um die Temperatur durch sein in seinem Inneren fließendes Sauerstoffhaltiges-Gas, einem Wärmeaustausch mit den Brennstoffzellen 14 unterliegt.
Die Induktionsheizwicklung 20 legt ein wechselndes Magnetfeld an die gestapelten Brennstoffzellen durch einen Wechselstrom an, der von der Stromquelle 22 zugeführt wird, während das Brennstoffzellenmodul initiiert wird. Darüber hinaus wird ein Induktionsstrom in den metallischen Separatoren 34 und 36 und den Tragplatten 38 der Brennstoffzellen 14 erzeugt, um diese zu erhitzen.
Die Induktionsheizwicklung 20 ist in dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 vorgesehen. Die Induktionsheizwicklung 20 ist spiralförmig entlang Außenseitenabschnitten der Brennstoffzellen 14 mit einer konstanten Steigung von einer Endplatte 50 zur anderen Endplatte 52 gewickelt. Die Induktionsheizwicklung 20 kann zum Beispiel ein rohrförmiger Leiter sein, der aus hitzebeständiger Kupferlegierung oder dergleichen hergestellt ist. Darüber hinaus kann, durch Trennung der Induktionsheizwicklung 20 von den Brennstoffzellen 14, eine Konfiguration bereitgestellt werden, in der das sauerstoffhaltige Gas um die Induktionsheizwicklung 20 herum zirkuliert werden kann.
Wie in 2 gezeigt, sind der Sauerstoffhaltiges-Gas-Einlass 60, der mit dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 in Verbindung steht, eine Sauerstoffhaltiges-Gas-Ausführöffnung 62, die mit dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Auslasskanal 30b in Verbindung steht, eine Brenngas-Einführöffnung 64, die mit dem Brenngas-Einlasskanälen 32a in Verbindung steht, sowie eine Brenngas-Abführöffnung 66, die mit dem Brenngas-Auslasskanal 32b in Verbindung steht, in der Endplatte 52 an deren unteren Endseite ausgebildet.
Die Brenngas-Abführöffnung 66 steht mit dem Abgas-Verbrenner 16 über einen in 1 gezeigten Brenn-Abgas-Strömungskanal 12c in Verbindung. Die Sauerstoffhaltiges-Gas-Abführöffnung 62 steht mit dem Abgas-Verbrenner 16 über einen in 1 gezeigten Sauerstoffhaltiges-Gas-Strömungskanal 12d in Verbindung. Ferner steht der Sauerstoffhaltiges-Gas-Einlass 60 mit dem Wärmeaustauscher 18 über einen in 1 gezeigten Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 18a in Verbindung.
Wie in 1 gezeigt, erhöht der Wärmetauscher 18 die Temperatur des sauerstoffhaltigen Gases (der Luft) durch Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsgas. Der Wärmetauscher 18 und der Sauerstoffhaltiges-Gas-Einlass 60 (siehe 2) des Brennstoffzellenstapels 12 sind über den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 18a verbunden. Das sauerstoffhaltige Gas, dessen Temperatur durch den Wärmetauscher 18 erhöht ist, wird dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einlass 60 des Brennstoffzellenstapels 12 durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 18a zugeführt.
Ein Gas oder eine Flüssigkeit, das oder die einen Kohlenwasserstoff wie etwa Methan, Ethan, Propan, Butan oder dergleichen enthält, kann als Rohbrennstoff dem Brennstoffzellenmodul 10 zugeführt werden. Die Brenngaszuführeinheit 24 umfasst zum Beispiel einen Dampfreformer und einen Teiloxidationsreformer, und reformiert den Rohbrennstoff, der Kohlenwasserstoff enthält, und wandelt den Rohbrennstoff in Brenngas um, das primär Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, und führt dann das Brenngas dem Brennstoffzellenstapel 12 zu.
Falls die Brenngaszuführeinheit 24 ein Teiloxidationsreformer ist, kann ein Brenngas mit hoher Temperatur (zum Beispiel 500°C bis 1000°C), das durch eine exotherme Reaktion erzeugt wird, den Brennstoffzellen 14 zugeführt werden, und daher kann während des Hochfahrens das Erhitzen der Brennstoffzellen 14 von der Seite der Brenngas-Fließfelder 32 geeignet ausgeführt werden.
Die Stromquelle 22 liefert hochfrequente elektrische Energie (Wechselstrom) der Induktionsheizwicklung 20 zu, um die Brennstoffzellen 14 induktiv zu erhitzen.
Nachfolgend werden die Aktionen und Effekte des Brennstoffzellenmoduls 10, das in der vorstehenden Weise konfiguriert ist, zusammen mit dessen Betriebsweisen beschrieben.
Wie in Schritt S10 von 5 gezeigt, beginnt beim Hochfahren die Stromquelle 22 des Brennstoffzellenmoduls 10 damit, hochfrequente elektrische Energie der Induktionsheizwicklung 20 zuzuführen. Die Stromquelle 22 wandelt elektrische Energie, wie etwa von einer Batterie oder einer öffentlichen Stromversorgung, die mit dem Brennstoffzellenmodul 10 verbunden ist, in hochfrequente elektrische Energie um, und führt die hochfrequente elektrische Energie der Induktionsheizwicklung 20 zu. Die Induktionsheizwicklung 20 erzeugt ein hochfrequentes Magnetfeld, in dem sich die Orientierung der Magnetpole in der vertikalen Richtung von 2 ändert. Durch dieses hochfrequente Magnetfeld wird in den Separatoren 34 und 36 und den Tragplatten 38 ein Induktionsstrom erzeugt, und es wird Wärme erzeugt, wodurch die Brennstoffzellen 14 erhitzt werden.
Dann beginnt im Schritt S12 von 5 das Brennstoffzellenmodul 10 damit, das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas dem Brennstoffzellenstapel 12 zuzuführen. In diesem Fall wird zum Beispiel Luft als das sauerstoffhaltige Gas durch eine nicht dargestellte Gebläsepumpe oder dergleichen in den in 1 gezeigten Wärmetauscher eingeführt. Die Luft wird, nachdem sie durch den Wärmetauscher 18 hindurch geflossen ist, durch den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 18a in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 des Brennstoffzellenstapels eingeführt. Ferner wird das Brenngas von der Brenngas-Zuführeinheit 24 über die Brenngas-Einlasskanäle 32a des Brennstoffzellenstapels 12 den Brennstoffzellen 14 zugeführt. Die Brenngas-Zuführeinheit 24 kann den Brennstoffzellen 14 das heiße Brenngas zuführen, das durch eine Teiloxidationsreaktion reformiert worden ist, welche eine exotherme Reaktion ist. In diesem Fall fließt das heiße Brenngas in die Brenngas-Fließfelder 32 (siehe 2) und werden die Brennstoffzellen 14 durch Wärmeleitung erhitzt.
Weil darüber hinaus die Elektrolytschicht 42 nicht aktiviert wird, bis die Stromerzeugung durch die Brennstoffzellen 14 initiiert ist, werden das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas von dem Brennstoffzellenstapel 12 angenähert ohne auftretende elektrochemische Reaktion abgegeben. Wie in 1 gezeigt, wird das Brenngas über den Brennabgas-Strömungskanal 12c zu dem Abgasverbrenner 16 geliefert. Das sauerstoffhaltige Gas wird über den Sauerstoffhaltiges Abgas-Strömungskanal 12d zu dem Abgas-Verbrenner 16 geliefert.
In dem Abgas-Verbrenner 16 werden das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas verbrannt, um hierdurch heißes Verbrennungsabgas zu erzeugen. Das Verbrennungsabgas unterliegt einem Wärmeaustausch mit dem sauerstoffhaltigen Gas in dem Wärmetauscher, und nachdem die Temperatur des sauerstoffhaltigen Gases angehoben worden ist, wird das Verbrennungsabgas abgegeben. Danach wird das sauerstoffhaltige Gas, das durch den Wärmetauscher 18 erhitzt wurde, dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt.
Danach wird in Schritt S14 von 5 detektiert, ob die Stromerzeugung durch die Brennstoffzellen 14 initiiert worden ist oder nicht. Die Detektion des Initiierens der Brennstoffzellen 14 kann zum Beispiel basierend darauf detektiert werden, ob die Temperatur eines in dem Brennstoffzellenstapel 12 vorgesehenen nicht dargestellten Temperatursensors einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht. Falls in Schritt S14 die Initiierung der Stromerzeugung durch die Brennstoffzellen 14 nicht detektiert wird (Schritt S14: NEIN), fährt die Stromquelle 22 fort, der Induktionsheizwicklung 20 die hochfrequente elektrische Energie zuzuführen.
Falls die Initiierung der Stromerzeugung durch die Brennstoffzellen 14 in Schritt S14 von 5 detektiert wird (Schritt S14: JA), geht der Prozess zu Schritt S16 weiter. In Schritt S16 stoppt die Stromquelle 22 die Zufuhr der hochfrequenten elektrischen Energie zu der Induktionsheizwicklung 20.
Gemäß der oben beschriebenen Prozedur wird das Initiieren der Stromerzeugung des Brennstoffzellenmoduls 10 abgeschlossen. Danach geht das Brennstoffzellenmodul 10 zum Dauerbetrieb über. Unter dem Dauerbetrieb arbeitet der Brennstoffzellenstapel 12 in dem Brennstoffzellenmodul 10 autonom, um elektrische Energie zu erzeugen, unter Verwendung der Wärme, die einhergehend mit der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzellen 14 erzeugt wird, und der Verbrennungswärme das Abgas-Verbrenners 16.
Darüber hinaus fließt, wie in 1 gezeigt, das von der Brenngas-Zuführeinheit 24 zugeführte Brenngas durch die Brenngas-Fließfelder 32 des Brennstoffzellenstapels. Das Brenngas, das durch die Brenngas-Fließfelder 32 hindurch geflossen ist, strömt durch den Brenngas-Auslasskanal 32b (siehe 2), und wird als Brenn-Abgas von der Brenngas-Abführöffnung 66 abgeführt. Das Brenn-Abgas strömt durch den Brenn-Abgas-Strömungskanal 12c und wird in den Abgas-Verbrenner eingeführt.
Das sauerstoffhaltige Gas durchströmt den Wärmetauscher 18 und den Sauerstoffhaltiges-Gas-Zuführkanal 18a und wird in den Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 (siehe 3) des Brennstoffzellenstapels 12 eingeführt. Wie in 3 gezeigt, fließt in dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 das sauerstoffhaltige Gas um die Induktionsheizwicklung 20 herum, wodurch die Induktionsheizwicklung 20 gekühlt wird, zusammen mit einem Wärmeaustausch in den Brennstoffzellen 14, wodurch die Temperatur des sauerstoffhaltigen Gases angehoben wird. Danach wird das sauerstoffhaltige Gas von den Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführöffnungen 30a in die Brennstoffzellen 14 eingeführt.
Wie in 2 gezeigt, fließt das Brenngas durch die Brenngasfließfelder 32 der Brennstoffzellen 14, und fließt das sauerstoffhaltige Gas durch die Sauerstoffhaltiges-Gas-Fließfelder 30, wodurch an den Anoden 40 und den Kathoden 44 der Brennstoffzellen 14 elektrochemische Reaktionen erzeugt werden, und die elektrische Stromerzeugung durchgeführt wird.
Das Brennabgas und das sauerstoffhaltige Abgas, die von dem Brennstoffzellenstapel 12 abgegeben werden, durchströmen den Brennabgas-Strömungskanal 12c und den sauerstoffhaltiges Abgas-Strömungskanal 12d und werden zu dem Abgas-Verbrenner 16 geführt, und dort einer Verbrennung unterzogen. Hierbei wird durch Strahlung oder Wärmeleitung ein Anteil der in dem Abgas-Verbrenner 16 erzeugten Verbrennungswärme dazu benützt, die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 12 beizubehalten. Ferner wird das heiße Verbrennungsabgas, das in dem Abgas-Verbrenner 16 erzeugt wird, nach Nutzung für die Temperaturanhebung des sauerstoffhaltigen Gases in dem Wärmetauscher 18, von dem Brennstoffzellenmodul 10 abgegeben.
Das oben beschriebene Brennstoffzellenmodul 10 realisiert die folgenden vorteilhaften Effekte.
In dem Brennstoffzellenmodul 10 enthält der Brennstoffzellenstapel 12 den Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56, der die Seitenabschnitte der Brennstoffzellen 14 umgibt und durch den das sauerstoffhaltige Gas fließt, wodurch die Wärme der Brennstoffzellen auf das sauerstoffhaltige Gas übertragen wird, und ist die Induktionsheizwicklung im Inneren des Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanals 56 angeordnet, während sie um die Seitenabschnitte der Brennstoffzellen 14 gewickelt ist. Gemäß diesen Merkmalen können die gestapelten Brennstoffzellen 14 durch die Induktionsheizwicklung 20 sehr effizient erhitzt werden. Im Ergebnis können die Brennstoffzellen 14 rascher erhitzt werden als im Stand der Technik und können die Brennstoffzellen 14 rasch initiiert werden. Indem ferner die Induktionsheizwicklung 20 in dem Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56 vorgesehen wird, kann die Induktionsheizwicklung 20 durch das sauerstoffhaltige Gas gekühlt werden, und kann, während des Dauerbetriebs nach der Initiierung ein Temperaturanstieg der Induktionsheizwicklung 20 vermieden werden.
In dem Brennstoffzellenmodul enthält jede der Brennstoffzellen 14 die Elektrolyt-Elektroden-Anordnung 46, die aus der Tragplatte 38, der auf die Tragplatte 38 gestapelten Anode 40, der Elektrolytschicht 42 und der Kathode 44 aufgebaut ist, und das Paar der Separatoren 34 und 36, die die Elektrolyt-Elektroden-Anordnung 46 dazwischen aufnehmen, und sind die Tragplatte 38 und die Separatoren 34 und 36 aus Metall hergestellt. Gemäß diesen Merkmalen kann die Induktionsheizung durch eine magnetische Kraft von der Induktionsheizwicklung 20 effizient durchgeführt werden.
In dem Brennstoffzellenmodul 10 sind ferner vorgesehen der Abgas-Verbrenner 16, der eine Verbrennung zwischen dem Brennabgas und dem sauerstoffhaltigen Abgas, die von dem Brennstoffzellenstapel 12 abgegeben werden, induziert, der Wärmetauscher 18, der die Wärme des durch den Abgas-Verbrenner 16 erzeugten Verbrennungsabgases auf das sauerstoffhaltige Gas anwendet, und wird das sauerstoffhaltige Gas, dessen Temperatur durch den Wärmetauscher 18 angehoben worden ist, dem Brennstoffzellenstapel zugeführt. Gemäß diesen Merkmalen kann zusätzlich zur Erwärmung von der Induktionsheizwicklung 20 während der Initiierung, da das Erwärmen auch von dem sauerstoffhaltige Gas durchgeführt wird, dessen Temperatur angehoben worden ist, die zur Initiierung erforderliche Zeit verkürzt werden.
Indem in dem Brennstoffzellenmodul 10 ein Teiloxidationsreformer in der Brenngaszuführeinheit 24 vorgesehen wird, wird der Rohbrennstoff durch eine Teiloxidationsreaktion zu dem Brenngas reformiert, und kann das Brenngas, dessen Temperatur durch die Teiloxidationsreaktion angehoben worden ist, dem Brennstoffzellenstapel 12 zugeführt werden. Gemäß diesem Merkmal können, zusätzlich zur Induktionsheizung, die Brennstoffzellen durch das heiße Brenngas erhitzt werden, und daher ist es möglich, die zur Initiierung erforderliche Zeit weiter zu verkürzen.
(Zweite Ausführung)
Wie in 6 gezeigt, ist das Brennstoffzellenmodul 10A gemäß der zweiten Ausführung mit einem Paar von Induktionsheizwicklungen 20A und 20B ausgestattet, die in ebenen Formen auf Außenoberflächen der Endplatten 50 und 52 des Brennstoffzellenstapels 12A gewickelt sind. Darüber hinaus ist die Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls 10A gemäß der zweiten Ausführung abgesehen von den Induktionsheizwicklungen 20A und 20B die gleiche wie jene des Brennstoffzellenmoduls 10, das in Bezug auf die 1-4 beschrieben ist, und deren Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 7 gezeigt, ist die ersten Induktionsheizwicklung 20A, die auf der Außenoberfläche der Endplatte 50 ausgebildet ist, in einer rechteckigen Spiralform gewickelt, die den im Inneren der Brennstoffzellen 14 angeordneten Elektrolyt-Elektroden-Anordnungen 46 entspricht. Ein äußerster Umfang der Induktionsheizwicklung 20A kann so ausgebildet sein, dass er sich über die Elektrolyt-Elektroden-Anordnung 46 hinaus auswärts erstreckt, sodass er in der Lage ist, in den Elektrolyt-Elektroden-Anordnungen 46 sowie auch in einem Bereich in deren Umgebung ein Magnetfeld zu erzeugen. Ferner ist auch die zweite Induktionsheizwicklung 20B, die an der Seite der Endplatte 52 ausgebildet ist, in der gleichen Spiralform ausgebildet wie jene der ersten Induktionsheizwicklung 20A.
Die an der Endplatte 50 ausgebildete erste Induktionsheizwicklung 20A und die an der Endplatte 52 ausgebildete zweite Induktionsheizwicklung 20B sind in der Lage, ein wechselndes Magnetfeld zu erzeugen, dessen Orientierung sich in der vertikalen Richtung von 6 ändert. Ein Ende der ersten Induktionsheizwicklung 20A ist mit einem Ende der zweiten Induktionsheizwicklung 20B verbunden, und bildet hierdurch eine Serie von Wicklungen. In diesem Fall sind die erste Induktionsheizwicklung 20A und die zweite Induktionsheizwicklung 20B derart verbunden, dass sie Magnetfelder in der gleichen Richtung erzeugen. Darüber hinaus können die erste Induktionsheizwicklung 20A und die zweite Induktionsheizwicklung 20B auch parallel mit der Stromquelle 22 verbunden werden.
In dem Brennstoffzellenmodul 10A gemäß der vorliegenden Ausführung wird hochfrequente elektrische Energie den Induktionsheizwicklungen 20A und 20B nur zu jener Zeit zugeführt, in der die Stromerzeugung durch die Brennstoffzellen 14 initiiert wird. Deren Betriebsweisen sind die gleichen wie jene des Brennstoffzellenmoduls 10, die in Bezug auf 5 beschrieben wurden.
Das Brennstoffzellenmodul 10A der vorliegenden Ausführung realisiert die folgenden vorteilhaften Effekte.
In dem Brennstoffzellemodul 10A enthält der Brennstoffzellenstapel 12A das Paar von Endplatten 50 und 52, die einen Druck auf die Brennstoffzellen 14 von deren beiden Enden in der Stapelrichtung ausführen, und enthalten die Induktionsheizwicklungen 20A und 20B die erste Induktionsheizwicklung 20A, die in einer ebenen Form entlang der Außenoberfläche der einen Endplatte 50 gewickelt ist, und die zweite Induktionsheizwicklung 20B, die in einer ebenen Form entlang der Außenoberfläche der anderen Endplatte 52 gewickelt ist. Wenn mittels der ersten Induktionsheizwicklung 20A und der zweiten Induktionsheizwicklung 20B, die einander gegenüber liegend angeordnet sind, Magnetfelder in der gleichen Richtung erzeugt werden, erreicht auch in dem Fall, in dem in den Endplatten 50 und 52 Metall verwendet wird, das induzierte Magnetfeld einen zentralen Abschnitt des Stapelkörpers der Brennstoffzellen 14, und daher kann der Stapelkörper der Brennstoffzellen 14 hocheffizient erhitzt werden.
Da ferner mit dem Brennstoffzellenmodul 10A die erste Induktionsheizwicklung 20A und die zweite Induktionsheizwicklung 20B an Außenseiten des Brennstoffzellenstapels 12A angeordnet sind, lässt sich während des Dauerbetriebs nach der Initiierung verhindern, dass die Induktionsheizwicklungen 20A und 20B der hohen Temperatur der Brennstoffzellen 14 ausgesetzt werden.
(Dritte Ausführung)
Wie in den 8 und 9 gezeigt, ist das Brennstoffzellenmodul 10B gemäß der dritten Ausführung mit einer Induktionsheizwicklung 20C ausgestattet, die um die Endplatten 50 und 52 und die Seitenwand des Brennstoffzellenstapels 12B herum gewickelt ist. Darüber hinaus ist in dem Brennstoffzellenmodul 10B gemäß der dritten Ausführung deren Konfiguration abgesehen von der Induktionsheizwicklung 20C die gleiche wie jene des Brennstoffzellenmoduls 10, das in Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben ist, und deren Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 9 gezeigt, ist die Induktionsheizwicklung 20C der vorliegenden Ausführung spiralförmig um die Endplatte 50, die Seitenwand 54, die Endplatte 52 und die Seitenwand 54 herum gewickelt, und erzeugt ein Magnetfeld in Richtung der Pfeils C₁ und C₂ , die im Wesentlichen parallel zur Schichtungsrichtung der Brennstoffzellen 14 ist. Die Induktionsheizwicklung 20C ist außerhalb eines Bereichs von dem einen Endabschnitt 14a zum anderen Endabschnitt 14b der Brennstoffzellen 14 gewickelt, um ein Magnetfeld mit im Wesentlichen gleichmäßiger Stärke über die Gesamtheit der Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 zu erzeugen (siehe 4), die im Inneren des Brennstoffzellenstapels 12B gestapelt sind.
In dem Brennstoffzellenmodul 10B gemäß der vorliegenden Ausführung wird hochfrequente elektrische Energie der Induktionsheizwicklung 20C nur zu der Zeit zugeführt, in der die Stromerzeugung der Brennstoffzellen 14 initiiert wird. Deren Betriebsweisen sind die gleichen wie jene des Brennstoffzellenmoduls 10, die in Bezug auf 5 beschrieben wurden.
Das Brennstoffzellenmodul 10B der vorliegenden Ausführung realisiert die folgenden vorteilhaften Effekte.
In dem Brennstoffzellenmodul 10B enthält der Brennstoffzellenstapel 12B das Paar von Endplatten 50 und 52, die auf die Brennstoffzellen 14 von deren beiden Enden in der Stapelrichtung Druck ausüben, und die Seitenwand 54, die mit dem Paar von Endplatten 50 und 52 verbunden ist und die Außenseiten der Brennstoffzellen 14 abdichtet. Darüber hinaus ist die Induktionsheizwicklung 20C um die Endplatten 50 und 52 und die Seitenwand 54 herum gewickelt. Gemäß diesen Merkmalen kann der Stapelkörper der Brennstoffzellen 14 hocheffizient erhitzt werden. Da ferner die erste Induktionsheizwicklung 20C auf Außenseiten der Endplatten 50 und 52 und die Seitenwand 54 des Brennstoffzellenstapels 12B gewickelt ist, lässt sich während des Dauerbetriebs nach der Initiierung verhindern, dass die Induktionsheizwicklung 20C der hohen Temperatur der Brennstoffzellen 14 ausgesetzt wird.
Es wird ein Brennstoffzellenmodul 10 angegeben, das mit einem Brennstoffzellenstapel 12 ausgestattet ist, der einen Stapelkörper aufweist, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen 14 gestapelt sind, die durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom erzeugen, sowie einer Induktionsheizwicklung 20, die zum Stapelkörper weisend angeordnet ist. In dem Brennstoffzellenmodul 10 enthält der Brennstoffzellenstapel 12 einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal 56, der Seitenabschnitte der Brennstoffzellen 14 umgibt, und durch den das sauerstoffhaltige Gas fließt, wodurch Wärme der Brennstoffzellen 14 auf das sauerstoffhaltige Gas übertragen wird, und die Induktionsheizwicklung 20 um Seitenabschnitte des Stapelkörpers herum gewickelt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017027766 A [0004]

Claims

Brennstoffzellenmodul (10) welches aufweist: einen Brennstoffzellenstapel (12) mit einem Stapelkörper, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen (14), die dazu ausgelegt sind, durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom zu erzeugen, gestapelt sind; und eine Induktionsheizwicklung (20), die zum Stapelkörper weisend angeordnet ist; wobei der Brennstoffzellenstapel einen Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanal (56) enthält, der so ausgebildet ist, dass er Seitenabschnitte der Brennstoffzellen umgibt, und durch den das sauerstoffhaltige Gas fließt, wodurch Wärme der Brennstoffzellen auf das sauerstoffhaltige Gas übertragen wird; und die Induktionsheizwicklung um Seitenabschnitte des Stapelkörpers herum gewickelt ist.
Das Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1, wobei die Induktionsheizwicklung innerhalb des Sauerstoffhaltiges-Gas-Einführkanals angeordnet ist.
Brennstoffzellenmodul (10A), welches aufweist: einen Brennstoffzellenstapel (12) mit einem Stapelkörper, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen (14), die dazu ausgelegt sind, durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom zu erzeugen, gestapelt sind; und Induktionsheizwicklungen (20A, 20B), die zu beiden Enden des Brennstoffzellenstapels weisend angeordnet sind; wobei der Brennstoffzellenstapel ein Paar von Endplatten (50, 52) enthält, die dazu ausgelegt sind, auf die Brennstoffzellen von deren beiden Enden in Stapelrichtung Druck auszuüben; und die Induktionsheizwicklungen eine erste Induktionsheizwicklung (20A), die in einer ebenen Form entlang einer Außenoberfläche von einer Endplatte (50) gewickelt ist, sowie eine zweite Induktionsheizwicklung (20B), die in einer ebenen Form entlang einer Außenoberfläche der anderen Endplatte (52) gewickelt ist, enthalten.
Das Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 3, wobei die erste Induktionsheizwicklung und die zweite Induktionsheizwicklung derart angeordnet sind, dass sie Magnetfelder in der gleichen Richtung erzeugen.
Brennstoffzellenmodul (10B), welches aufweist: einen Brennstoffzellenstapel (12) mit einem Stapelkörper, in dem eine Mehrzahl von flachen plattenförmigen Brennstoffzellen (14), die dazu ausgelegt sind, durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas elektrischen Strom zu erzeugen, gestapelt sind; und eine Induktionsheizwicklung (20C), die zum Stapelkörper weisend angeordnet ist; wobei der Brennstoffzellenstapel ein Paar von Endplatten (50, 52) enthält, die dazu ausgelegt sind, auf die Brennstoffzellen von deren beiden Enden in Stapelrichtung Druck auszuüben, sowie eine Seitenwand (54), die mit dem Paar von Endplatten verbunden ist und die Außenseiten der Brennstoffzellen abdichtet; und die Induktionsheizwicklung um die Endplatten und die Seitenwand herum gewickelt ist.
Das Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: jede der Brennstoffzellen eine Elektrolyt-Elektroden-Anordnung (46), die aus einer Tragplatte (38), einer auf die Tragplatte gestapelten Anode (40), einer Elektrolytschicht (42) und einer Kathode (44) aufgebaut ist, sowie ein Paar von Separatoren (34, 36), die konfiguriert sind, um die Elektrolyt-Elektroden-Anordnung dazwischen aufzunehmen, aufweist; und die Tragplatte und die Separatoren aus Metall hergestellt sind.
Das Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner aufweist: einen Abgas-Verbrenner (16), der konfiguriert ist, um eine Verbrennung zwischen Brenn-Abgas und sauerstoffhaltigem Abgas, die von dem Brennstoffzellenstapel abgegeben werden, zu induzieren; und einen Wärmetauscher (18), der konfiguriert ist, um Wärme eines von dem Abgas-Verbrenner erzeugten Verbrennungsgases auf das sauerstoffhaltige Gas anzuwenden; wobei das sauerstoffhaltige Gas, dessen Temperatur durch den Wärmetauscher angehoben worden ist, dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird.
Das Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 7, das ferner eine Brenngas-Zuführeinheit (24) aufweist, die konfiguriert ist, um durch eine Teiloxidationsreaktion einen Rohbrennstoff zu Brenngas zu reformieren, wobei das Brenngas, dessen Temperatur durch die Teiloxidationsreaktion angehoben worden ist, dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird.