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Die Erfindung betrifft eine Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung mit einem ersten, aus einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapel, mit einem zweiten, aus einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapel, wobei der erste Brennstoffzellenstapel und der zweite Brennstoffzellenstapel in einer Kaskade angeordnet sind, in der mindestens die Brennstoff-Strömungskanäle strömungsverbunden sind, so dass der Brennstoff nacheinander den ersten, stromauf gelegenen Brennstoffzellenstapel und sodann den zweiten, stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel durchströmt, wobei der erste Brennstoffzellenstapel und der zweite Brennstoffzellenstapel elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennstoffzellen-Fahrzeug.
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Brennstoffzellen dienen dazu, in einer chemischen Reaktion zwischen einem wasserstoffhaltigen Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel, in der Regel Luft, elektrische Energie bereitzustellen. Bei einer Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell SOFC) besteht dabei eine Elektrolytschicht aus einem namensgebenden festen Werkstoff, z.B. keramischen yttriumdotierten Zirkoniumdioxid, der in der Lage ist, Sauerstoffionen zu leiten, während Elektronen nicht geleitet werden. Die Elektrolytschicht ist zwischen zwei Elektrodenschichten aufgenommen, nämlich der Kathodenschicht, der die Luft zugeführt wird, und der Anodenschicht, die mit dem Brennstoff versorgt wird, der durch H2, CO, CH4 oder ähnliche Kohlenwasserstoffe gebildet sein kann. Wird die Luft durch die Kathodenschicht zu der Elektrolytschicht geführt, nimmt der Sauerstoff zwei Elektronen auf und die gebildeten Sauerstoffionen O2- bewegen sich durch die Elektrolytschicht zu der Anodenschicht, wobei die Sauerstoffionen dort mit dem Brennstoff reagieren unter Bildung von Wasser und CO2. Kathodenseitig findet die folgende Reaktion statt: ½ O2 + 2e- → 2O2- (Reduktion/Elektronenaufnahme). An der Anode erfolgen die folgende Reaktionen: H2 + O2- → H2O + 2 e- sowie CO + O2- → CO2 + 2e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Eine Festoxid-Brennstoffzelle muss nicht planar gestaltet sein, sondern kann als Röhrchen ausgeführt sein; auch besteht zur Leistungssteigerung die Möglichkeit, mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel zusammen zu fassen.
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Festoxid-Brennstoffzellen benötigen hohe Temperaturen über 700°C, bei denen sie betrieben werden, so dass auch die Verwendung der Bezeichnung Hochtemperatur-Brennstoffzelle üblich ist. Die für eine ausreichende Leitfähigkeit der Elektrolytschicht erforderliche hohe Temperatur bedingt, dass im Startfall eine Erwärmung erforderlich ist und die erreichte Temperatur während des Betriebs gehalten werden muss.
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Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades ist es vorteilhaft, wenn der Umsetzungsgrad, also der Verbrauch des zugeführten Brennstoffes, möglichst hoch ist, um die Restmenge an Brennstoff im Abgas zu minimieren. Problematisch ist allerdings, dass bei einem Umsetzungsgrad von 1, also einem vollständigen Verbrauch des zugeführten Brennstoffes, es zu Ungleichverteilungen kommt und einige Brennstoffzellen eines Brennstoffzellenstapels unterversorgt sind, was zu einer Schädigung der betroffenen Brennstoffzelle führt. Daher ist für einen sicheren, stabilen und effizienten Betrieb eine Begrenzung des Umsetzungsgrades erforderlich.
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In der
CN 109411778 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Festoxid-Brennstoffzellenstapels offenbart, der aus einer Mehrzahl von Röhrchen aufgebaut ist. Dazu wird eine Lufteinlasskammer integral mit einer Mehrzahl von inneren hohlzylindrischen Elektroden als Luft-Strömungspfad für jedes Röhrchen gebildet und die Außenwandung jeder Elektrode mit einer Elektrolytschicht versehen. Die Elektrolytschicht wird mit einer äußeren Elektrode für den Brennstoff beschichtet. Mehrere Brennstoffzellenstapel können bezüglich des Luftströmungspfades in Serie geschaltet werden. Die
KR 20130016140 A zeigt einen Brennstoffzellenstapel aus Festoxid-Brennstoffzellen, wobei mehrere Brennstoffzellen in Serie zu einem Zellenmodul zusammengefasst sind und mehrere dieser Zellenmodule elektrisch parallel verschaltet sind. Die
CN 102856569 A zeigt einen Festoxid-Brennstoffzellenstapel, der aus einer Mehrzahl von Zellenlagen aufgebaut ist, die sich überlappen und seriell verbunden sind. Eine Mehrzahl von Röhrchen ist in einer porösen Kathodenmatrixform angeordnet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung bereit zu stellen, mit der der Umsetzungsgrad bei Beibehaltung eines sicheren, stabilen und effizienten Betriebs erhöht werden kann. Aufgabe ist weiterhin, ein effizienteres Brennstoffzellen-Fahrzeug bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass man einen globalen Umsetzungsgrad für die gesamte Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung angeben kann sowie lokale Umsetzungsgrade für den jeweiligen Brennstoffzellenstapel, wobei die lokalen Umsetzungsgrade unterhalb des globalen Umsetzungsgrades liegen. Da die Probleme mit der Ungleichverteilung bezüglich eines Brennstoffzellenstapels vorliegen und dort der Umsetzungsgrad wie aus dem Stand der Technik üblich für den sicheren, stabilen und effizienten Betrieb gewählt werden kann, liegt auf der globalen Ebene ein erhöhter Umsetzungsgrad vor. Dies kommt daher, dass der Brennstoffverbrauch in jedem Brennstoffzellenstapel geringer als in der gesamten Kaskade ist. Werden beispielsweise der gesamten Kaskade 2,5 Brennstoffeinheiten zugeführt und in jedem Brennstoffzellenstapel 1 Brennstoffeinheit verbraucht, so ergibt sich für den ersten Brennstoffzellenstapel ein Umsetzungsgrad von 1,0 / 2,5 = 0,4 und für den stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel bei einer Brennstoffzufuhr von 2,5 - 1,0 = 1,5 ein Umsetzungsgrad von 1,0 / 1,5 = 0,66667. Diese beiden Umsetzungsgrade sind geringer als der Umsetzungsgrad für die gesamte Kaskade, der bei 2,0 / 2,5 = 0,8 liegt, also erhöht ist. Der Brennstoffüberschuss, also die Brennstoffzufuhr abzüglich des Brennstoffverbrauchs, weist am Beginn der Kaskade den gleichen Wert wie nach der Kaskade auf, nämlich in dem Beispiel 0,5, wobei aufgrund des geringeren Brennstoffverbrauchs im letzten Abschnitt der Kaskade der lokale Umsetzungsgrad geringer als der globale Umsetzungsgrad ist und so ausreichend Brennstoff zur Vermeidung einer Unterversorgung oder eines sehr niedrigen, im Hinblick auf die Nernst-Gleichung nachteiligen, Brennstoff-Partialdruckes zur Verfügung steht.
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Es besteht die Möglichkeit, dass die Kaskade mehr als zwei Brennstoffzellenstapel aufweist, deren Brennstoff-Strömungskanäle strömungsverbunden sind für die aufeinander folgende Durchströmung mit Brennstoff, wobei die Brennstoffzellenstapel elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
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Auch besteht die Möglichkeit, dass eine Zellanzahl von Brennstoffzellen des stromauf gelegenen Brennstoffzellenstapels der Zellanzahl des nachfolgenden, stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel entspricht oder größer ist. Bei den in Reihe geschalteten Brennstoffzellen ist in dem zugehörigen Brennstoffzellenstapel der Zellstrom pro Brennstoffzelle gleich. Aufgrund der elektrisch parallelen Schaltung der Brennstoffzellenstapel ergibt sich, dass jeder Brennstoffzellenstapel die gleiche Spannung aufweist. Wenn beide Brennstoffzellenstapel die gleiche Zellanzahl aufweisen, wird sich die U-I-Kennlinie im stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel von dem stromauf gelegenen unterscheiden, nämlich unterhalb liegen, da die Brennstoffkonzentration in dem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel geringer ist. Da die Spannung gleich ist, ist der Strom des stromab gelegenen Brennstoffzellenstapels geringer. Dies führt zu einem sinkenden Brennstoffverbrauch, so dass bei gleichbleibender Brennstoffzufuhr der lokale Brennstoffüberschuss steigt.
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Liegt in dem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel eine geringere Zellanzahl vor, dann muss wegen der Parallelschaltung in dem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel eine erhöhte Einzelzellspannung vorliegen, die gemäß der U-I-Kennlinie mit einem geringeren Zellstrom in dem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel verbunden ist.
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Wenn der stromab gelegene Brennstoffzellenstapel eine Zufuhrleitung für die Nachführung von Brennstoff aufweist, dann besteht die Möglichkeit, dass eine Unterversorgung mit Brennstoff aktiv vermieden werden kann, also in jedem Brennstoffzellenstapel ein erhöhter Umsetzungsgrad ermöglicht ist.
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Zweckmäßigerweise ist jede Brennstoffzelle als Röhrchen gestaltet, die in einem Zellpaket zusammengefasst sind. Der Brennstoff wird dabei durch das Innere der Röhrchen geführt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass jede Brennstoffzelle plattenförmig ausgeführt ist, und dass der erste Brennstoffzellenstapel und der zweite Brennstoffzellenstapel durch eine elektrische Isolierungsschicht getrennt und in einem Gesamtstapel zusammengefasst sind. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau, wobei gemeinsame Versorgungsleitungen genutzt werden können, indem in dem stromauf des ersten Brennstoffzellenstapels ausgebildeten Brennstoffverteiler ein Blockadeelement korrespondierend zu der Isolierungsschicht angeordnet ist, also der Brennstoffverteiler genutzt wird, um die Kaskadierung zu erzielen, die gegenüber einem konventionellen Brennstoffzellenstapel nur die Isolierungsschicht und die parallele Verschaltung zusätzlich erfordert.
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Wenn in dem einen Brennstoffzellenstapel mit einer Zufuhrleitung für Brennstoff ein Reformer angeordnet ist, kann die Abwärme des stromab gelegenen Brennstoffzellenstapels besser für den Reformationsprozess genutzt werden, was den Gesamtwirkungsgrad erhöht, wobei die Vorteile hinsichtlich der Umsetzungsgrade aufgrund der Kaskadierung weiterhin bestehen.
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Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, dass ein Steuergerät vorgesehen ist, das eingerichtet ist, die Brennstoffzellenstapel zu veranlassen, bei unterschiedlichen Zellströmen betrieben zu werden, um so einen unterschiedlichen Brennstoffverbrauch der Brennstoffzellenstapel in der Kaskade zu ermöglichen.
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Für ein Brennstoffzellen-Fahrzeug mit einer derartigen Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung gelten sinngemäß die vorstehend genannten Vorteile und Wirkungen; insbesondere ist eine verbesserte Energienutzung gegeben.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer als Röhrchen gestalteten Festoxid-Brennstoffzelle mit der durch Pfeile symbolisierten Strömung der Reaktantengase, wobei der Brennstoff durch das Röhrchen geleitet wird,
- 2 eine schematische Darstellung eines aus plattenförmigen Brennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapels mit randseitig angeordneten Verteilern,
- 3 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenstapels mit einer Mehrzahl von Festoxid-Brennstoffzellen gemäß 1,
- 4 den Schnitt IV-IV aus 3 mit den in einem Rohr auf einer runden Querschnittsfläche angeordneten Röhrchen,
- 5 einen der 4 entsprechenden Schnitt mit den auf einer rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnittsfläche angeordneten Röhrchen,
- 6 eine der 3 entsprechende schematische Darstellung von zwei in einer Kaskade angeordneten, elektrisch parallel verschalteten Brennstoffzellenstapel,
- 7 eine der 4 entsprechende Darstellung der Querschnittsfläche der beiden Brennstoffzellenstapel aus 6, mit einer übereinstimmenden Zellanzahl in beiden Brennstoffzellenstapel,
- 8 eine U-I-Kennlinie für die beiden Brennstoffzellenstapel aus 6, wobei die U-I-Kennlinie für den stromauf gelegenen Brennstoffzellenstapel oben verläuft,
- 9 eine der 7 entsprechende Darstellung, mit einer in dem stromab gelegenen, zweiten Brennstoffzellenstapel geringeren Zellanzahl,
- 10 eine U-I-Kennlinie mit der Darstellung der Lage einer Einzelzelle aus dem ersten Brennstoffzellenstapel (bei einem höheren I-Wert) und einer Einzelzelle aus dem zweiten Brennstoffzellenstapel,
- 11 eine schematische Darstellung zweier kaskadierter Brennstoffzellenstapel mit einer Nachführung von Brennstoff zu dem zweiten Brennstoffzellenstapel, der auch einen Reformer aufweist,
- 12 eine schematische Darstellung eines aus plattenförmigen Festoxidbrennstoffzellen gebildeten Brennstoffzellenstapel, mit einer Blockade in dem Brennstoff-Verteiler, einer elektrischen Isolierung innerhalb des Brennstoffzellenstapels zur Bildung von Teilstapeln und den elektrisch parallel verschalteten Teilstapeln,
- 13 eine der 12 entsprechende Darstellung mit einer Nachführung von Brennstoff zu dem zweiten Teilstapel, und
- 14 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung.
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In der 14 ist der zur Erläuterung erforderliche Teil einer Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung 1 gezeigt, die insbesondere in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug verwendet werden kann. Die Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung verfügt über einen Brennstoffzellenstapel 2 mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 3, die als Röhrchen 5 (1) gestaltet sind, bei denen auf der Innenseite 6 die Anodenschicht angeordnet ist, so dass der in einem Brennstofftank 9 bereit gehaltenen Brennstoff 10, insbesondere CH4, durch die Röhrchen 5 geleitet wird. 3 zeigt einen entsprechenden Brennstoffzellenstapel, der Verteiler 7 für die Zufuhr von dem Brennstoff 10 und der Luft 11 beziehungsweise der Ableitung der Abgase aufweist. In 4 ist die Anordnung der Brennstoffzellen 3 innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 gezeigt.
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In der 14 ist weiterhin dem stromauf gelegenen Verteiler 7 ein Reformer 8 zugeordnet, durch den der Brennstoff 10 geleitet wird. Es gibt einen Anodenkreislauf 12 mit einer Rezirkulationsstrecke, um nicht verbrauchten Brennstoff 10 erneut dem Brennstoffzellenstapel 2 zuführen zu können, gegebenenfalls unter Nutzung eines Rezirkulationsgebläses 13. Ein Teil des Anodenabgasstromes wird über ein Ventil 14 einem Nachbrenner 15 zugeführt, um den im Anodenabgas noch enthaltenen Brennstoff 10 umzusetzen, wobei die Abwärme genutzt wird, um die durch einen Verdichter 16 bereit gestellte Luft 11 mittels eines Luft-Luft-Wärmeübertragers 17 zu erwärmen, der von dem zweifach, im Brennstoffzellenstapel 2 und dem Luft-Luft-Wärmeübertrager 17, erwärmten Kathodenabgas durchströmt wird.
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Die in 14 gezeigte, aus dem Stand der Technik bekannte Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung 1 ist gemäß der Erfindung dahingehend erweitert, dass diese aufgebaut ist mit einem ersten, aus einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen 3 gebildeten Brennstoffzellenstapel 18, und mit einem zweiten, aus einer Mehrzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen 3 gebildeten Brennstoffzellenstapel 19, wobei der erste Brennstoffzellenstapel 18 und der zweite Brennstoffzellenstapel 19 in einer Kaskade 20 angeordnet sind, in der mindestens die Brennstoff-Strömungskanäle 21 strömungsverbunden sind. Dadurch ergibt sich, dass der Brennstoff 10 nacheinander den ersten, stromauf gelegenen Brennstoffzellenstapel 18 und sodann den zweiten, stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 durchströmt, wobei der erste Brennstoffzellenstapel 18 und der zweite Brennstoffzellenstapel 19 elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Nach einer nicht gezeigten Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, dass in der Kaskade 20 mehr als zwei Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet sind, wobei diese paarweise jeweils als stromauf und stromab gelegen unterschieden werden. Dabei sind die Brennstoff-Strömungskanäle 21 aller Brennstoffzellenstapel 2 strömungsverbunden für die aufeinander folgende Durchströmung mit Brennstoff 10, wobei alle Brennstoffzellenstapel 2 elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.
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6 zeigt eine solche Kaskade 20 mit zwei Brennstoffzellenstapel 18, 19, wobei eine Zellanzahl von Brennstoffzellen 3 des stromauf gelegenen Brennstoffzellenstapels 18 der Zellanzahl des nachfolgenden, stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 entspricht, wie sich dies auch aus 7 ergibt. Aufgrund der elektrisch parallelen Schaltung der Brennstoffzellenstapel 18, 19 ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel, dass jeder Brennstoffzellenstapel 18, 19 die gleiche Spannung aufweist. Wenn beide Brennstoffzellenstapel 18, 19 die gleiche Zellanzahl aufweisen, wird sich entsprechend 8 die U-I-Kennlinie 23 des stromab gelegenen Brennstoffzellenstapels 19 (strichliert dargestellt) von der U-I-Kennlinie 24 (durchgezogene Linie) des stromauf gelegenen Brennstoffzellenstapels 18 unterscheiden, nämlich unterhalb liegen, da die Brennstoffkonzentration in dem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 geringer ist. Da die Spannung gleich ist, ist der Strom des stromab gelegenen Brennstoffzellenstapels geringer. Dies führt zu einem sinkenden Brennstoffverbrauch, so dass bei gleichbleibender Brennstoffzufuhr der lokale Brennstoffüberschuss steigt und eine Unterversorgung vermieden ist. Zu beachten ist weiterhin, dass der Brennstoffverbrauch in jedem Brennstoffzellenstapel 18, 19 geringer als in der gesamten Kaskade 20 ist. Werden beispielsweise der gesamten Kaskade 2,5 Brennstoffeinheiten zugeführt und wird in jedem Brennstoffzellenstapel 1 Brennstoffeinheit verbraucht, so ergibt sich für den ersten Brennstoffzellenstapel 18 ein Umsetzungsgrad von 1,0 / 2,5 = 0,4 und für den stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 bei einer Brennstoffzufuhr von 2,5 - 1,0 = 1,5 ein Umsetzungsgrad von 1,0 / 1,5 = 0,66667. Diese beiden Umsetzungsgrade sind geringer als der Umsetzungsgrad für die gesamte Kaskade 20, der bei 2,0 / 2,5 = 0,8 liegt, also erhöht ist.
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9 verweist darauf, dass auch die Möglichkeit gegeben ist, dass die Zellanzahl von Brennstoffzellen 3 des stromauf gelegenen Brennstoffzellenstapels 18 größer als die Zellanzahl des nachfolgenden, stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 ist. Dadurch muss wegen der Parallelschaltung 22 in dem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 eine erhöhte Einzelzellspannung vorliegen, die gemäß der U-I-Kennlinie 23 mit einem geringeren Zellstrom in dem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 verbunden ist (10). Auch dies führt zu einem sinkenden Brennstoffverbrauch, so dass bei gleichbleibender Brennstoffzufuhr der lokale Brennstoffüberschuss steigt. 10 zeigt auch die Darstellung der Lage einer Einzelzelle aus dem ersten Brennstoffzellenstapel 18 und einer Einzelzelle aus dem zweiten Brennstoffzellenstapel 19.
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Auch kann einer Unterversorgung mit Brennstoff 10 entgegen gewirkt werden, indem der stromab gelegene Brennstoffzellenstapel 19 (11) eine Zufuhrleitung 25 für die Nachführung von Brennstoff 10 aufweist. Sind mehr als zwei Brennstoffzellenstapel 18, 19 in der Kaskade 20 enthalten, kann die Zufuhrleitung 25 auch zu mehr als einem stromab gelegenen Brennstoffzellenstapel 19 oder zu allen geführt sein. In dem Brennstoffzellenstapel 19 mit einer Zufuhrleitung 25 für Brennstoff 10 ist ein weiterer Reformer 8 angeordnet, der auch eine Dampfreformierung durchführt, bei der mittels der Abwärme aus dem Brennstoffzellenstapel 2 die Reaktionsedukte bereit gestellt werden.
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2 verweist darauf, dass auch die Möglichkeit besteht, jede Brennstoffzelle 3 plattenförmig auszuführen und in einem Brennstoffzellenstapel 2 zusammenzufassen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 sind bei plattenförmigen Brennstoffzellen 2 der erste Brennstoffzellenstapel 18 und der zweite Brennstoffzellenstapel 19 durch eine elektrische Isolierungsschicht 26 getrennt und in einem Gesamtstapel 27 zusammengefasst, wobei in dem stromauf des ersten Brennstoffzellenstapels 18 ausgebildeten Verteiler 7 ein Blockadeelement 28 korrespondierend zu der Isolierungsschicht 26 angeordnet ist. Durch das Blockadeelement 28 in dem Verteiler 7 wird der Brennstoff 10, also das Anodengas nacheinander durch die beiden elektrisch und strömungsmechanisch getrennten Abschnitte des Gesamtstapels 27 geführt, so dass sehr kompakt die gewünschte Kaskade 20 gebildet ist. Durch eine Variation der Anordnung des Blockadeelements 28 kann man die Zellanzahl in den beiden Brennstoffzellenstapel 18,19 anpassen.
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Ergänzend besteht bei allen Ausführungsformen auch die Möglichkeit, dass ein Steuergerät vorgesehen ist, das eingerichtet ist, die Brennstoffzellenstapel 18, 19 mit unterschiedlichen Zellströmen zu betreiben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung
- 2
- Brennstoffzellenstapel
- 3
- Brennstoffzellen
- 4
- Zellenhalter
- 5
- Röhrchen
- 6
- Innenseite
- 7
- Verteiler
- 8
- Reformer
- 10
- Brennstoff
- 11
- Luft
- 12
- Anodenkreislauf
- 13
- Rezirkulationsgebläse
- 14
- Ventil
- 15
- Nachbrenner
- 16
- Verdichter
- 17
- Luft-Luft-Wärmeübertrager
- 18
- erster Brennstoffzellenstapel
- 19
- zweiter Brennstoffzellenstapel
- 20
- Kaskade
- 21
- Brennstoff-Strömungskanal
- 22
- Parallelschaltung
- 23
- U-I-Kennlinie stromab
- 24
- U-I-Kennlinie stromauf
- 25
- Zufuhrleitung
- 26
- elektrische Isolierungsschicht
- 27
- Gesamtstapel
- 28
- Blockadeelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 109411778 A [0005]
- KR 20130016140 A [0005]
- CN 102856569 A [0005]
