DE112016000104T5

DE112016000104T5 - Brennstoffzellenstack

Info

Publication number: DE112016000104T5
Application number: DE112016000104.5T
Authority: DE
Inventors: Makoto Ohmori; Takashi Ryu; Risako Ito
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2017-05-04
Also published as: US10741869B2; WO2017006820A1; JP6030260B1; JP2017017023A; JP6026044B1; JP6026045B1; US20170155165A1; US20170141426A1; JP2017017024A; CN106507691A; JP6030259B1; JP6030262B1; JP2017017021A; JP2017017022A; JP2017017017A; JP2017017019A; JP6030261B1; JP6026047B1; JP6026046B1; DE112016000108T5

Abstract

Ein Brennstoffzellenstack (100) enthält ein erstes Trägersubstrat (5a), ein erstes Leistungserzeugungselement, ein zweites Leistungserzeugungselement, ein zweites Trägersubstrat (5b) und ein Verbindungselement (3). Das erste Trägersubstrat (5a) enthält einen ersten Substrathauptteil, eine erste Dichtschicht und einen ersten Gasdurchflusskanal. Die erste Dichtschicht bedeckt den ersten Substrathauptteil. Der erste Gasdurchflusskanal erstreckt sich von einem proximalen Endteil (501a) zu einem distalen Endteil (502a). Das erste Leistungserzeugungselement ist auf einer ersten Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehalten und das zweite Leistungserzeugungselement ist auf einer ersten Hauptoberfläche des zweiten Trägersubstrats gehalten. Das zweite Trägersubstrat (5b) enthält einen zweiten Substrathauptteil, eine zweite Dichtschicht und einen zweiten Gasdurchflusskanal. Die zweite Dichtschicht bedeckt den zweiten Substrathauptteil. Der zweite Gasdurchflusskanal erstreckt sich von einem proximalen Endteil (501b) zu einem distalen Endteil (502b). Das Verbindungselement (3) erstreckt sich zwischen dem distalen Endteil (502a) des ersten Trägersubstrats (5a) und dem distalen Endteil (502b) des zweiten Trägersubstrats (5b) und bildet eine Verbindung zwischen dem ersten Gasdurchflusskanal und dem zweiten Gasdurchflusskanal.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstack.
Stand der Technik
Ein Brennstoffzellenstack ist bekannt, der eine Vielzahl von Zellen und einen Rohrverteiler aufweist, der dafür konfiguriert ist, Gas zu den jeweiligen Zellen zu verteilen. Jede Zelle umfasst ein poröses Trägersubstrat und ein Leistungserzeugungselement, das jeweils von dem Trägersubstrat gehalten wird. Brennstoffgas wird von dem Rohrverteiler zu einem Gasdurchflusskanal in jedem Trägersubstrat zugeliefert, indem ein proximaler Endteil jedes Trägersubstrats in den Rohrverteiler eingeführt wird. Nicht umgesetztes Gas des Brennstoffgases, das von dem proximalen Endteil des Gasdurchflusskanals jedes Trägersubstrats zugeliefert wurde, wird von einem distalen Endteil des Gasdurchflusskanals zu einem externen Teil abgegeben.
Der in Patentliteratur 1 offenbarte Brennstoffzellenstack ist so konfiguriert, dass von dem distalen Endteil zu einem externen Teil abgegebenes, nicht umgesetztes Gas rückgewonnen wird, um den betrieblichen Nutzungsgrad des Brennstoffgases zu verbessern. Genauer ausgedrückt enthält das Trägersubstrat einen nach außen gerichteten Gasdurchflusskanal und einen Rückführungs-Gasdurchflusskanal. Das nicht umgesetzte Gas des Brennstoffgases, das zu dem nach außen gerichteten Gasdurchflusskanal geführt wird, wird in der durch den Rückführungs-Gasdurchflusskanal erzeugten Leistung wiederverwendet. Das in dem Rückführungs-Gasdurchflusskanal fließende Brennstoffgas wird nicht von einem distalen Endteil zu einem externen Teil abgegeben, sondern vielmehr von dem proximalen Endteil des Rohrverteilers rückgewonnen.
Da das Trägersubstrat porös ist, kann das Brennstoffgas in den Rückführungs-Gasdurchflusskanal fließen, ohne dass es zum Ende des nach außen gerichteten Gasdurchflusskanals fließt. D. h., dass das Brennstoffgas innerhalb des Trägersubstrats entlang dem nach außen führenden Gasdurchflusskanal und in den Rückführungs-Gasdurchflusskanal fließen kann. Um diese Art von Kurzschlussweg zu verhindern, wird ein dichtes Element zwischen dem nach außen führenden Gasdurchflusskanal und dem Rückführungs-Gasdurchflusskanal eingesetzt.
Druckschriftenverzeichnis
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] japanische Patentanmeldung Offenlegungsnr. 2015-53186

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Der vorstehend beschriebene Brennstoffzellenstack hat mit Schwierigkeiten bei der Herstellung zusammenhängende Probleme aufgrund des Erfordernisses, dass ein dichtes Element in einen Innenteil des porösen Trägersubstrats eingesetzt werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Brennstoffzellenstack bereitzustellen, der bei erleichterter Herstellung Gas rückgewinnen kann.
Lösung des Problems
Der Brennstoffzellenstack gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein erstes Trägersubstrat, ein erstes Leistungserzeugungselement, ein zweites Trägersubstrat, ein zweites Leistungserzeugungselement und ein Verbindungselement. Das erste Trägersubstrat enthält einen ersten Substrathauptteil, eine erste Dichtschicht und einen ersten Gasdurchflusskanal. Die erste Dichtschicht bedeckt den ersten Substrathauptteil. Der erste Gasdurchflusskanal erstreckt sich von einem proximalen Endteil zu einem distalen Endteil. Das erste Leistungserzeugungselement wird durch eine erste Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehalten. Das zweite Trägersubstrat enthält einen zweiten Substrathauptteil, eine zweite Dichtschicht und einen zweiten Gasdurchflusskanal. Die zweite Dichtschicht bedeckt den zweiten Substrathauptteil. Der zweite Gasdurchflusskanal erstreckt sich von einem proximalen Endteil zu einem distalen Endteil. Das zweite Leistungserzeugungselement wird durch eine erste Hauptoberfläche des zweiten Trägersubstrats gehalten. Das Verbindungselement erstreckt sich zwischen dem distalen Endteil des ersten Trägersubstrats und dem distalen Endteil des zweiten Trägersubstrats und bildet eine Verbindung zwischen dem ersten Gasdurchflusskanal und dem zweiten Gasdurchflusskanal.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration ermöglicht es, dass das nicht umgesetzte Gas des Brennstoffgases, das in dem ersten Gasdurchflusskanal des ersten Trägersubstrats fließt, durch das Verbindungselement in den zweiten Gasdurchflusskanal fließt, ohne dass es von dem distalen Endteil des ersten Durchflusskanals in einen externen Teil abgegeben wird. Folglich ist es möglich, den betrieblichen Nutzungsgrad hinsichtlich des Brennstoffgases zu verbessern. Ferner enthält das erste Trägersubstrat eine erste Dichtschicht, die dafür konfiguriert ist, den ersten Substrathauptteil zu bedecken. Das zweite Trägersubstrat enthält eine zweite Dichtschicht, die dafür konfiguriert ist, den zweiten Substrathauptteil zu bedecken. Die erste und die zweite Dichtschicht sind dichter als der erste und der zweite Substrathauptteil, und daher kann verhindert werden, dass in dem ersten Gasdurchflusskanal fließendes Brennstoffgas durch den ersten und den zweiten Substrathauptteil in den zweiten Gasdurchflusskanal fließt. Ferner kann die erste Dichtschicht einfach so gebildet sein, dass sie nur den ersten Substrathauptteil abdeckt.
Der Brennstoffzellenstack kann ferner ein drittes Leistungserzeugungselement und ein viertes Leistungserzeugungselement enthalten. Das dritte Leistungserzeugungselement wird durch eine zweite Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehalten. Das vierte Leistungserzeugungselement wird durch eine zweite Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehalten. Das erste Leistungserzeugungselement kann mit dem dritten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet sein. Das zweite Leistungserzeugungselement kann mit dem vierten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet sein.
Eine erste Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem dritten Leistungserzeugungselement gebildet ist, kann mit einer zweiten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem zweiten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildet ist, in Reihe geschaltet sein.
Die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem dritten Leistungserzeugungselement gebildete erste Leistungserzeugungselementanordnung kann mit der aus dem zweiten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildeten zweiten Leistungserzeugungselementanordnung parallel geschaltet sein.
Der Brennstoffzellenstack kann ferner ein drittes Leistungserzeugungselement und ein viertes Leistungserzeugungselement enthalten. Das dritte Leistungserzeugungselement wird durch eine zweite Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehalten. Das vierte Leistungserzeugungselement wird durch eine zweite Hauptoberfläche des zweiten Trägersubstrats gehalten. Das erste Leistungserzeugungselement kann mit dem zweiten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet sein. Das dritte Leistungserzeugungselement kann mit dem vierten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet sein.
Eine dritte Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem zweiten Leistungserzeugungselement gebildet ist, kann mit der vierten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem dritten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildet ist, in Reihe geschaltet sein.
Eine dritte Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem zweiten Leistungserzeugungselement gebildet ist, kann mit der vierten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem dritten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildet ist, parallel geschaltet sein.
Der Brennstoffzellenstack kann eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen, eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen, eine Mehrzahl von dritten Leistungserzeugungselementen und eine Mehrzahl von vierten Leistungserzeugungselementen enthalten. Die ersten und dritten Leistungserzeugungselemente sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats angeordnet. Die zweiten und vierten Leistungserzeugungselemente sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des zweiten Trägersubstrats angeordnet.
Die ersten Leistungserzeugungselemente können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein. Die zweiten Leistungserzeugungselemente können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein. Die dritten Leistungserzeugungselemente können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein. Die vierten Leistungserzeugungselemente können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein.
Der Brennstoffzellenstack kann eine Mehrzahl von ersten Trägersubstraten, eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen, eine Mehrzahl von zweiten Trägersubstraten und eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen enthalten. Die ersten Trägersubstrate sind jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet. Die ersten Trägersubstrate tragen die ersten Leistungserzeugungselemente. Das auf jedem der ersten Trägersubstrate gehaltene erste Leistungserzeugungselement ist mit dem auf benachbarten ersten Trägersubstraten gehaltenen ersten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet. Die zweiten Trägersubstrate sind jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet. Die zweiten Trägersubstrate tragen die ersten Leistungserzeugungselemente. Das auf jedem der zweiten Trägersubstrate gehaltene zweite Leistungserzeugungselement ist mit dem auf benachbarten zweiten Trägersubstraten gehaltenen zweiten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet.
Eine fünfte Leistungserzeugungselementanordnung, die aus der Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen gebildet ist, kann mit einer sechsten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus der Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen gebildet ist, in Reihe geschaltet sein.
Die aus der Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen gebildete erste Leistungserzeugungselementanordnung kann mit einer aus der Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen gebildeten sechsten Leistungserzeugungselementanordnung parallel geschaltet sein.
Die ersten Trägersubstrate können die Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen tragen. Die ersten Leistungserzeugungselemente sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats angeordnet. Die zweiten Trägersubstrate können die Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen tragen. Die zweiten Leistungserzeugungselemente sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des zweiten Trägersubstrats angeordnet.
Die ersten Leistungserzeugungselemente auf jedem ersten Trägersubstrat können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein. Die zweiten Leistungserzeugungselemente auf jedem zweiten Trägersubstrat können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein.
Das erste Leistungserzeugungselement kann mit dem zweiten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet sein.
Der Brennstoffzellenstack kann eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen und eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen umfassen. Die ersten Leistungserzeugungselemente sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats angeordnet. Die zweiten Leistungserzeugungselemente sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des zweiten Trägersubstrats angeordnet.
Die ersten Leistungserzeugungselemente können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein. Die zweiten Leistungserzeugungselemente können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein. Ein erstes Leistungserzeugungselement aus der Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen kann mit einem zweiten Leistungserzeugungselement aus der Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen in Reihe geschaltet sein.
Der Brennstoffzellenstack kann eine Mehrzahl von siebten Leistungserzeugungselementbaugruppen enthalten. Die siebten Leistungserzeugungselementbaugruppen sind jeweils aus einem Paar von ersten und zweiten Leistungserzeugungselementen aufgebaut, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
Die siebten Leistungserzeugungselementbaugruppen können jeweils miteinander in Reihe geschaltet sein.
Die siebten Leistungserzeugungselementbaugruppen können jeweils miteinander parallel geschaltet sein.
Das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat können so angeordnet sein, dass eine Seitenfläche des ersten Trägersubstrats einer Seitenfläche des zweiten Trägersubstrats gegenüberliegt.
Es ist bevorzugt, dass der Brennstoffzellenstack ferner einen Rohrverteiler aufweist, der dafür konfiguriert ist, das erste und das zweite Trägersubstrat zu tragen. Brennstoffgas kann durch einen solchen Rohrverteiler in jeden Gasdurchflusskanal verteilt werden.
Es ist bevorzugt, dass der Rohrverteiler eine erste Kammer und eine zweite Kammer enthält. Der erste Gasdurchflusskanal steht mit der ersten Kammer in Verbindung. Der zweite Gasdurchflusskanal steht mit der zweiten Kammer in Verbindung. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass das Brennstoffgas gleichmäßig aufeinanderfolgend in den ersten Gasdurchflusskanal, das Verbindungselement und den zweiten Gasdurchflusskanal fließt, indem Brennstoffgas zu der ersten Kammer zugeführt wird.
Es ist bevorzugt, dass der Rohrverteiler einen Rohrverteilerhauptteil und eine Trennwand enthält. Der Rohrverteilerhauptteil enthält einen Hohlraum. Die Trennwand unterteilt den Hohlraum in die erste Kammer und die zweite Kammer. Diese Konfiguration erleichtert die Herstellung eines Rohrverteilers, der die erste Kammer und die zweite Kammer aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die erste Dichtschicht einen ersten Elektrolyt enthält und die zweite Dichtschicht einen zweiten Elektrolyt enthält.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Der Brennstoffzellenstack gemäß der vorliegenden Erfindung kann Gas zurückgewinnen, während die Herstellung des Brennstoffzellenstacks vereinfacht ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstacks.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Zelle.
3 ist eine Schnittansicht der ersten Zelle.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Zelle.
5 ist eine Schnittansicht der zweiten Zelle.
6 ist eine Schnittansicht eines Brennstoffzellenstacks.
7 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen zeigt.
8 ist eine Schnittansicht eines Brennstoffzellenstacks gemäß einem modifizierten Beispiel.
9 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
10 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
11 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
12 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
13 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
14 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
15 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
16 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
17 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
18 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
19 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
20 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
21 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
22 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
23 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform eines Brennstoffzellenstacks gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstacks. In 1 wird auf die Darstellung mehrerer erster und zweiter Zellen verzichtet.
Brennstoffzellenstack
Wie 1 zeigt, enthält ein Brennstoffzellenstack 100 eine Mehrzahl von ersten Zellen 10a, eine Mehrzahl von zweiten Zellen 10b, ein Verbindungselement 3 und einen Rohrverteiler 4. In der folgenden Beschreibung wird der Buchstabe „a” am Ende der Bezugszeichen von Bestandteilen der ersten Zellen 10a angefügt und wird der Buchstabe „b” am Ende der Bezugszeichen von Bestandteilen der zweiten Zellen 10b angefügt. Die ersten Zellen 10a und die zweiten Zellen 10b haben im Wesentlichen denselben Aufbau und daher werden nachstehend nur die Bestandteile der ersten Zellen 10a beschrieben. Auf eine detaillierte Beschreibung der Bestandteile der zweiten Zellen 10b unter Hinzufügung eines den Bestandteilen der ersten Zellen 10a entsprechenden Bezugszeichens wird verzichtet.
Rohrverteiler
Der Rohrverteiler 4 ist so konfiguriert, dass er die ersten und die zweiten Zellen 10a, 10b trägt. Der Rohrverteiler 4 enthält eine erste Kammer 41 und eine zweite Kammer 42. Ein Gaszulieferteil 101 ist mit der ersten Kammer 41 verbunden und ein Gasausstoßteil 102 ist mit der zweiten Kammer 42 verbunden. Der ersten Kammer 41 wird durch den Gaszulieferteil 101 Brennstoffgas zugeführt. Ferner wird Brennstoffgas in der zweiten Kammer 42 aus dem Rohrverteiler 4 durch den Gasausstoßteil 102 abgegeben.
Der Rohrverteiler enthält einen Rohrverteilerhauptteil 43 und eine Trennwand 44. Der Innenteil des Rohrverteilerhauptteils 43 enthält einen Hohlraum. Der Rohrverteilerhauptteil 43 hat eine rechteckige Quaderform. Eine Mehrzahl von ersten und zweiten Einsetzlöchern (nicht dargestellt) ist in einer oberen Platte 431 des Rohrverteilerhauptteils 43 gebildet. Die ersten Zellen 10a werden in die ersten Einsetzlöchern eingesetzt und die zweiten Zellen 10b werden in die zweiten Einsetzlöcher eingesetzt. Die ersten Einsetzlöcher stehen mit der ersten Kammer 41 in Verbindung und die zweiten Einsetzlöcher stehen mit der zweiten Kammer 42 in Verbindung.
Die ersten Einsetzlöcher sind jeweils nebeneinander mit einem Abstand in der Längsrichtung (z-Achsenrichtung) des Rohrverteilerhauptteils 43 angeordnet. Die zweiten Einsetzlöcher sind ebenfalls nebeneinander mit einem Abstand in der Längsrichtung (z-Achsenrichtung) des Rohrverteilerhauptteils 43 angeordnet. Die ersten Einsetzlöcher und die zweiten Einsetzlöcher sind nebeneinander mit einem Abstand in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) des Rohrverteilerhauptteils 43 angeordnet.
Die Trennwand 44 unterteilt den Hohlraum des Rohrverteilerhauptteils 43 in die erste Kammer und die zweite Kammer 42. Genauer ausgedrückt erstreckt sich die Trennwand 44 annähernd im Mittelteil des Rohrverteilerhauptteils 43 in der Längsrichtung des Rohrverteilerhauptteils 43. Die Trennwand 44 muss den Hohlraum des Rohrverteilerhauptteils 43 nicht vollständig unterteilen und ein Raum kann zwischen der Trennwand 44 und dem Rohrverteilerhauptteil 43 gebildet sein.
Erste Zelle
Die ersten Zellen 10a sind über der ersten Kammer 41 des Rohrverteilers 4 angeordnet. Die ersten Zellen 10a sind in die ersten Einsetzlöcher des Rohrverteilers 4 eingesetzt. Die zweiten Zellen 10b sind über der zweiten Kammer 42 des Rohrverteilers 4 angeordnet. Die zweiten Zellen 10b sind in die zweiten Einsetzlöcher des Rohrverteilers 4 eingesetzt.
Die ersten Zellen 10a sind jeweils so angeordnet, dass ihre Hauptoberflächen einander gegenüberliegen. Ferner sind die ersten Zellen 10a jeweils mit einem Abstand entlang der Längsrichtung des Rohrverteilers 4 angeordnet. Die zweiten Zellen 10b sind jeweils so angeordnet, dass ihre Hauptoberflächen einander gegenüberliegen. Ferner sind die zweiten Zellen 10b jeweils mit einem Abstand entlang der Längsrichtung des Rohrverteilers 4 angeordnet. Die Reihe der ersten Zellen 10a und die Reihe der zweiten Zellen 10b sind in einer im Wesentlichen parallelen Konfiguration angeordnet. Die erste Zelle 10a und die zweite Zelle 10b sind so angeordnet, dass die Seitenflächen einander gegenüberliegen.
Wie in 2 und 3 gezeigt, enthalten die ersten Zellen 10a ein erstes Trägersubstrat 5a, eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen 21a und eine Mehrzahl von dritten Leistungserzeugungselementen 22a. Die ersten Leistungserzeugungselemente 21a werden jeweils durch die erste Hauptoberfläche 503a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten. Die dritten Leistungserzeugungselemente 22a werden jeweils durch die zweite Hauptoberfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten.
Erstes Trägersubstrat
Das erste Trägersubstrat 5a enthält einen ersten Substrathauptteil 51a, eine erste Dichtschicht 52a und eine Mehrzahl von ersten Gasdurchflusskanälen 53a. Das erste Trägersubstrat 5a enthält einen proximalen Endteil 501a und einen distalen Endteil 502a. Der proximale Endteil 501a und der distale Endteil 502a sind jeweils Endteile in der Längsrichtung (x-Achsenrichtung) des ersten Trägersubstrats 5a. Der proximale Endteil 501a des ersten Trägersubstrats 5a ist in die ersten Einsetzlöcher des Rohrverteilers 4 eingesetzt.
Das erste Trägersubstrat 5a enthält eine erste Hauptoberfläche 503a, eine zweite Hauptoberfläche 504a und ein Paar Seitenflächen 505a. Die erste Hauptoberfläche 503a und die zweite Hauptoberfläche 504a sind in einander entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet. Die erste Hauptoberfläche 503a trägt die jeweiligen ersten Leistungserzeugungselemente 21a. Die zweite Hauptoberfläche 504a trägt die jeweiligen dritten Leistungserzeugungselemente 22a. Die erste Hauptoberfläche 503a und die zweite Hauptoberfläche 504a weisen in Richtung der Dicke (z-Achsenrichtung) des ersten Trägersubstrats 5a. Jede Seitenfläche 505a weist jeweils in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) des ersten Trägersubstrats 5a. Jede Seitenfläche 504a kann gekrümmt sein. Wie 1 zeigt, sind die ersten Trägersubstrate 5a jeweils so angeordnet, dass die erste Hauptoberfläche 503a und die zweite Hauptoberfläche 504a einander gegenüberliegen.
Wie in 2 und 3 gezeigt, trägt der erste Substrathauptteil 51a das erste Leistungserzeugungselement 21a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a. Der erste Substrathauptteil 51a ist aus einem porösen Material gebildet, das keine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Der erste Substrathauptteil 51a ist beispielsweise aus CSZ (Calciumdioxid-stabilisiertem Zirconiumdioxid) aufgebaut. Darüber hinaus kann der erste Substrathauptteil 51a aus NiO (Nickeloxid) und YSZ (8YSZ) (Yttrium-stabilisiertem Zirconiumdioxid) aufgebaut sein, kann aus NiO (Nickeloxid) und Y₂O₃ (Yttriumoxid) aufgebaut sein, oder kann aus MgO (Magnesiumoxid) und MgAl₂O₄ (Magnesiumaluminatspinell) aufgebaut sein. Die Porosität des ersten Substrathauptteils 51a beträgt beispielsweise 20 bis 60%. Beispielsweise wird die Porosität durch ein archimedisches Verfahren oder durch mikroskopische Beobachtung gemessen.
Die erste Dichtschicht 52a bedeckt den ersten Substrathauptteil 51a. Es ist ausreichend, wenn die erste Dichtschicht 52a so konfiguriert ist, dass sie den Brennstoffgasfluss hemmt, der in dem ersten Gasdurchflusskanal 53a durch den ersten Substrathauptteil 51a zu dem zweiten Gasdurchflusskanal 53b fließt, und es besteht kein Erfordernis, die gesamte Oberfläche des ersten Substrathauptteils 51a abzudecken. In der vorliegenden Ausführungsform bedeckt die erste Dichtschicht 52a jede Hauptoberfläche und jede Seitenfläche des ersten Substrathauptteils 51a. D. h., die erste Dichtschicht 52a bildet jede Hauptoberfläche 503a des ersten Trägersubstrats 5a und bildet jede Seitenfläche 505a des ersten Trägersubstrats 5a. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Dichtschicht 52a durch einen ersten Elektrolyt 7a, der nachstehend beschrieben wird, und ein erstes Anschlusselement 91a gebildet. Die erste Dichtschicht 52a ist dichter als der erste Substrathauptteil 51a. Beispielsweise ist die Porosität der ersten Dichtschicht 52a etwa 0–7%.
Der erste Gasdurchflusskanal 53a erstreckt sich von dem proximalen Endteil 501a zu dem distalen Endteil 502a des ersten Trägersubstrats 5a. Der erste Gasdurchflusskanal 53a erstreckt sich entlang der Längsrichtung (x-Achsenrichtung) des ersten Trägersubstrats 5a. Ferner erstreckt sich der erste Gasdurchflusskanal 53a durch den ersten Substrathauptteil 51a. Der proximale Endteil 531a des ersten Gasdurchflusskanals 53a steht mit der ersten Kammer 41 in Verbindung. Ferner steht der distale Endteil 532a des ersten Gasdurchflusskanals 53a mit dem Durchflusskanal 30 des nachstehend beschriebenen Verbindungselements 3 in Verbindung.
Erstes Leistungserzeugungselement
Wie 3 zeigt, ist die Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen 21a auf der ersten Hauptoberfläche 503a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten. Die ersten Leistungserzeugungselemente 21a sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung (x-Achsenrichtung) des ersten Trägersubstrats 5a angeordnet. Die ersten Leistungserzeugungselemente 21a auf dem ersten Trägersubstrat 5a sind durch einen ersten elektrischen Verbindungsteil 9a jeweils miteinander in Reihe geschaltet.
Das erste Leistungserzeugungselement 21a enthält eine erste Anode 6a, einen ersten Elektrolyt 7a und eine erste Katode 8a. Das erste Leistungserzeugungselement 21a enthält ferner eine erste Reaktionsunterbindungsmembran 11a. Die erste Anode 6a ist als ein gebrannter Körper konfiguriert, der aus einem porösen Material gebildet ist, das elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die erste Anode 6a enthält einen ersten Anodenstromsammelteil 61a und einen aktiven Anodenteil 62a.
Der erste Anodenstromsammelteil 61a ist in einem vertieften Teil 513a angeordnet. Der vertiefte Teil 513a ist auf beiden Oberflächen des ersten Substrathauptteils 51a gebildet. Genauer ausgedrückt ist der erste Anodenstromsammelteil 61a in den vertieften Teil 513a gefüllt, sodass er dadurch die gleiche äußere Form wie der vertiefte Teil 513a annimmt. Jeder der ersten Anodenstromsammelteile 61a hat einen vertieften Teil 611a und einen vertieften Teil 612a. Der aktive Anodenteil 62a ist in dem vertieften Teil 611a angeordnet. Genauer ausgedrückt ist der aktive Anodenteil 62a in den vertieften Teil 611a gefüllt.
Der erste Anodenstromsammelteil 61a ist beispielsweise aus NiO (Nickeloxid) und YSZ (8YSZ) (Yttrium-stabilisiertem Zirconiumdioxid) aufgebaut. Alternativ kann der erste Anodenstromsammelteil 61a aus NiO (Nickeloxid) und Y₂O₃ (Yttriumoxid) aufgebaut sein, oder kann aus NiO (Nickeloxid) und CSZ (Calciumdioxid-stabilisiertem Zirconiumdioxid) aufgebaut sein. Die Dicke des ersten Anodenstromsammelteils 61a und die Tiefe des vertieften Teils 513a betragen etwa 50 bis 500 Mikrometer.
Der aktive Anodenteil 62a ist beispielsweise aus NiO (Nickeloxid) und YSZ (8YSZ) (Yttrium-stabilisiertem Zirconiumdioxid) aufgebaut. Alternativ kann der aktive Anodenteil 62a aus NiO (Nickeloxid) und GDC (Gadolinium-dotiertem Cerdioxid) aufgebaut sein. Die Dicke des aktiven Anodenteils 62a beträgt etwa 5 bis 30 Mikrometer.
Der erste Elektrolyt 7a ist so angeordnet, dass er die erste Anode 6a abdeckt. Genauer ausgedrückt erstreckt sich der erste Elektrolyt 7a in einer Längsrichtung von einem ersten Anschlusselement 91a bis zu einem weiteren ersten Anschlusselement 91a. D. h., dass der erste Elektrolyt 7a in einer Längsrichtung in einer abwechselnden Konfiguration mit dem ersten Anschlusselement 91a angeordnet ist. Der erste Elektrolyt 7a bedeckt jede Hauptoberfläche und jede Seitenfläche des ersten Substrathauptteils 51a.
Der erste Elektrolyt 7a ist dichter als der erste Substrathauptteil 51a. Beispielsweise ist die Porosität des ersten Elektrolyts 7a etwa 0 bis 7%. Der erste Elektrolyt 7a ist als ein gebrannter Körper konfiguriert, der aus einem dichten Material gebildet ist, das Ionenleitfähigkeit aufweist, das aber keine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Der erste Elektrolyt 7a ist beispielsweise aus YSZ (8YSZ) (Yttrium-stabilisiertem Zirconiumdioxid) aufgebaut. Alternativ kann der erste Elektrolyt 7a aus LSGM (Lanthangalliumoxid) aufgebaut sein. Beispielsweise ist die Dicke des ersten Elektrolyts 7a etwa 3 bis 50 Mikrometer.
Die erste Reaktionsunterbindungsmembran 11a ist als ein aus einem dichten Material gebildeter gebrannter Körper konfiguriert und hat in der Draufsicht betrachtet annähernd dieselbe Form wie der aktive Anodenteil 62a. Die erste Reaktionsunterbindungsmembran 11a ist durch den ersten Elektrolyt 7a an einer Position angeordnet, die dem aktiven Anodenteil 62a entspricht. Die erste Reaktionsunterbindungsmembran 11a ist dafür angeordnet, das Auftreten eines Phänomens zu verhindern, bei welchem eine Reaktionsschicht gebildet wird, die an der Grenzfläche des ersten Elektrolyts 7a und der ersten Katode 8a als Ergebnis einer Reaktion zwischen Sr in der ersten Katode 8a mit YSZ in dem ersten Elektrolyt 7a einen großen Widerstand zeigt. Die erste Reaktionsunterbindungsmembran 11a ist beispielsweise aus GDC = (Ce, Gd)O₂ (Gadolinium-dotiertem Cerdioxid) aufgebaut. Beispielsweise ist die Dicke der ersten Reaktionsunterbindungsmembran 11a etwa 3 bis 50 Mikrometer.
Die erste Katode 8a ist auf der ersten Reaktionsunterbindungsmembran 11a angeordnet. Die erste Katode 8a ist als ein gebrannter Körper konfiguriert, der aus einem porösen Material gebildet ist, das elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die erste Katode 8a ist aus LSCF = (La, Sr)(Co, Fe)O₃ (Lanthanstrontiumcobaltferrit) aufgebaut. Alternativ kann sie aus LSF = (La, Sr)FeO₃ (Lanthanstrontiumferrit), LNF = La(Ni, Fe)O₃ (Lanthannickelferrit), LSC = (La, Sr)CoO₃ (Lanthanstrontiumcobaltit) oder dergleichen aufgebaut sein. Ferner kann die erste Katode 8a aus zwei Schichten aufgebaut sein, wobei es sich um eine aus LSCF gebildete erste Schicht (innere Schicht) und eine aus LSC gebildete zweite Schicht (äußere Schicht) handelt. Beispielsweise ist die Dicke der ersten Katode 8a etwa 10 bis 100 Mikrometer.
Der erste elektrische Anschlussteil 9a ist so konfiguriert, dass benachbarte erste Leistungserzeugungselemente 21a elektrisch verbunden sind. Der erste elektrische Anschlussteil 9a enthält ein erstes Anschlusselement 91a und einen ersten Katodenstromsammelteil 92a. Das erste Anschlusselement 91a ist in dem vertieften Teil 612a angeordnet. Genauer ausgedrückt ist das erste Anschlusselement 91a in den vertieften Teil 612a eingebettet (gefüllt). Das erste Anschlusselement 91a ist als ein gebrannter Körper konfiguriert, der aus einem dichten Material gebildet ist, das elektrische Leitfähigkeit aufweist. Das erste Anschlusselement 91a ist dichter als der erste Substrathauptteil 51a. Beispielsweise ist die Porosität des ersten Anschlusselements 91a etwa 0 bis 7%. Das erste Anschlusselement 91a ist beispielsweise aus LaCrO₃ (Lanthanchromit) aufgebaut oder kann aus (Sr, La)TiO₃ (Strontiumtitanat) aufgebaut sein. Beispielsweise ist die Dicke des ersten Anschlusselements 91a 10 bis 100 Mikrometer.
Die erste Katodenstromsammelmembran 92a ist so angeordnet, dass sie sich zwischen der ersten Katode 8a und dem ersten Anschlusselement 91a von benachbarten ersten Leistungserzeugungselementen 21a erstreckt. Beispielsweise ist die erste Katodenstromsammelmembran 92a so angeordnet, dass sie das erste Anschlusselement 91a des ersten Leistungserzeugungselements 21a, das auf der rechten Seite in 3 angeordnet ist, mit der ersten Katode 8a des ersten Leistungserzeugungsteils 21a elektrisch verbindet, der auf der linken Seite in 3 angeordnet ist. Die erste Katodenstromsammelmembran 92a ist als ein gebrannter Körper konfiguriert, der aus einem porösen Material gebildet ist, das elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Die erste Katodenstromsammelmembran 92a kann aus beispielsweise aus LSCF = (La, Sr)(Co, Fe)O₃ (Lanthanstrontiumcobaltferrit) aufgebaut sein. Alternativ kann sie aus LSC = (La, Sr)CoO₃ (Lanthanstrontiumcobaltit) aufgebaut sein oder sie kann aus Ag (Silber), Ag-Pd (Silber-Palladiumlegierung) aufgebaut sein. Die Dicke der ersten Katodenstromsammelmembran 92a ist beispielsweise 50 bis 500 Mikrometer.
Drittes Leistungserzeugungselement
Die Mehrzahl von dritten Leistungserzeugungselementen 22a wird jeweils auf der zweiten Hauptoberfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten. Die dritten Leistungserzeugungselemente 22a sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats 5a angeordnet. Ferner sind die dritten Leistungserzeugungselemente 22a auf dem ersten Trägersubstrat 5a jeweils miteinander in Reihe geschaltet. Da die dritten Leistungserzeugungselemente 22a mit Ausnahme der Anordnungsposition dieselbe Konfiguration wie die ersten Leistungserzeugungselemente 21a haben, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
Zweite Zelle
Wie in 4 und 5 gezeigt, enthalten die zweiten Zellen 10b ein zweites Trägersubstrat 5b, eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen 21b und eine Mehrzahl von vierten Leistungserzeugungselementen 22b.
Das zweite Trägersubstrat 5b enthält einen zweiten Substrathauptteil 51b, eine zweite Dichtschicht 52b und einen zweiten Gasdurchflusskanal 53b. Ferner enthält das zweite Trägersubstrat 5b einen proximalen Endteil 501b und einen distalen Endteil 502b. Der proximale Endteil 501b des zweiten Trägersubstrats 5b ist in das zweite Einsetzloch des Rohrverteilers 4 eingesetzt.
Das zweite Trägersubstrat 5b enthält eine erste Hauptoberfläche 503b, eine zweite Hauptoberfläche 504b und ein Paar Seitenflächen 505b. Die erste Hauptoberfläche 503b des zweiten Trägersubstrats 5b ist in derselben Richtung wie die erste Hauptoberfläche 503a des ersten Trägersubstrats 5a ausgerichtet. Ferner ist die zweite Hauptoberfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b ist in derselben Richtung wie die zweite Hauptoberfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a ausgerichtet. Die jeweiligen ersten Hauptoberflächen 503a, 503b eines benachbarten Paares des ersten und des zweiten Trägersubstrats 5a, 5b sind im Wesentlichen in derselben Ebene angeordnet. Die jeweiligen ersten Hauptoberflächen 503a, 503b können in Richtung der Dicke (z-Achsenrichtung) jedes Trägersubstrats 5a, 5b voneinander abweichen. In derselben Weise können die jeweiligen zweiten Hauptoberflächen 504a, 504b in Richtung der Dicke (z-Achsenrichtung) jedes Trägersubstrats 5a, 5b voneinander abweichen.
Der zweite Substrathauptteil 51b trägt die Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen 2b und die Mehrzahl von vierten Leistungserzeugungselementen 22b. Die zweite Dichtschicht 52b bedeckt den zweiten Substrathauptteil 51b. Der zweite Gasdurchflusskanal 53b erstreckt sich von dem proximalen Endteil 501b zu dem distalen Endteil 502b des zweiten Trägersubstrats 5b.
Die ersten Leistungserzeugungselemente 21b werden jeweils auf der ersten Hauptoberfläche 503b des zweiten Trägersubstrats 5b gehalten. Die zweiten Leistungserzeugungselemente 21b sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung (x-Achsenrichtung) des zweiten Trägersubstrats 5b angeordnet. Die zweiten Leistungserzeugungselemente 21b auf dem ersten Trägersubstrat 5b sind durch den zweiten elektrischen Verbindungsteil 9b jeweils miteinander in Reihe geschaltet.
Die vierten Leistungserzeugungselemente 22b werden jeweils auf der zweiten Hauptoberfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b gehalten. Die vierten Leistungserzeugungselemente 22b sind jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung (x-Achsenrichtung) des zweiten Trägersubstrats 5b angeordnet. Die vierten Leistungserzeugungselemente 22b auf dem zweiten Trägersubstrat 5b sind jeweils miteinander in Reihe geschaltet.
Das zweite Leistungserzeugungselement 2b enthält eine zweite Anode 6b, einen zweiten Elektrolyt 7b und eine zweite Katode 8b. Wie vorstehend beschrieben haben die zweiten Zellen 10b jeweils im Wesentlichen denselben Aufbau wie die ersten Zellen 10a und daher wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet. In derselben Weise wird auf die detaillierte Beschreibung des vierten Leistungserzeugungselement 22b verzichtet. Die ersten bis vierten Leistungserzeugungselemente 21a, 22a, 21b, 22b können jeweils voneinander verschiedene Größen haben und auch die Anzahl, in der sie gebildet werden, kann unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann das zweite Leistungserzeugungselement 21b eine größere Oberfläche in Kontakt mit Brennstoffgas haben als das erste Leistungserzeugungselement 21a. D. h., dass die Oberfläche der zweiten Anode 6b größer sein kann als die Oberfläche der ersten Anode 6a. Ferner kann die Oberfläche der zweiten Katode 8b größer sein kann als die Oberfläche der ersten Katode 8a. Natürlich kann es der Fall sein, dass die Oberfläche der zweiten Anode 6b gleich der Oberfläche der ersten Anode 6a ist oder dass sie kleiner als die Oberfläche der ersten Anode 6a ist. Darüber hinaus kann die Oberfläche der zweiten Katode 8b gleich der Oberfläche der ersten Katode 8a sein oder kann kleiner als die Oberfläche der ersten Anode 8a sein. Dieselben Anmerkungen gelten für das vierte Leistungserzeugungselement 22b.
Wie 1 zeigt, sind das erste und das zweite Trägersubstrat 5a, 5b so angeordnet, dass die Seitenfläche 505a des ersten Trägersubstrats 5a und die Seitenfläche 505b des zweiten Trägersubstrats 5b einander gegenüberliegen. Zwischen dem ersten Trägersubstrat 5a und dem zweiten Trägersubstrat 5b kann ein Raum gebildet sein. Ferner können die Seitenfläche 505a des ersten Trägersubstrats 5a und die Seitenfläche 505b des zweiten Trägersubstrats 5b in Kontakt stehen.
Verbindungselement
Wie 6 zeigt, erstreckt sich das Verbindungselement 3 quer über den distalen Endteil 502a des ersten Trägersubstrats 5a und den distalen Endteil 502b des zweiten Trägersubstrats 5b. Das Verbindungselement 3 enthält einen Kanal 30, der mit dem ersten Gasdurchflusskanal 53a und dem zweiten Gasdurchflusskanal 53b in Verbindung steht. Genauer ausgedrückt steht der Kanal 30 mit dem distalen Endteil 532a jedes ersten Gasdurchflusskanals 53a und dem distalen Endteil 532b jedes zweiten Gasdurchflusskanals 53b in Verbindung. Der Kanal 30 ist als Hohlraum konfiguriert, der sich von jedem ersten Gasdurchflusskanal zu jedem zweiten Gasdurchflusskanal erstreckt. Das Verbindungselement 3 ist vorzugsweise mit dem ersten Trägersubstrat 5a und dem zweiten Trägersubstrat 5b verbunden.
Das Verbindungselement 3 ist porös. Das Verbindungselement 3 enthält eine dritte Dichtschicht 31, die seine äußere Oberfläche bildet. Die dritte Dichtschicht 31 ist so gebildet, dass sie dichter als der Hauptkörper des Verbindungselements 3 ist. Beispielsweise ist die Porosität der dritten Dichtschicht 31 etwa 0 bis 7%. Die dritte Dichtschicht 31 kann unter Verwendung desselben Materials wie bei dem Verbindungselement 3, desselben Materials wie das in dem vorstehend erörterten ersten und zweiten Elektrolyt 7a, 7b verwendete, von kristallisiertem Glas oder dergleichen gebildet werden.
Elektrische Verbindung
7 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen den jeweiligen Leistungserzeugungselementen zeigt. Der in 7 gezeigte Pfeil veranschaulicht die Beziehungen der elektrischen Verbindung. Wie 7 zeigt, sind das erste Leistungserzeugungselement 21a auf der ersten Hauptoberfläche 503a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a auf der zweiten Hauptoberfläche 504a auf jedem ersten Trägersubstrat 5a in Reihe geschaltet. Beispielsweise sind das erste Leistungserzeugungselement 21a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a durch ein Stromsammelelement verbunden, das sich von der ersten Hauptoberfläche 503a zu der zweiten Hauptoberfläche 504a erstreckt. Das erste Leistungserzeugungselement 21a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a, die auf jedem ersten Trägersubstrat 5a in Reihe geschaltet sind, bilden die erste Leistungserzeugungselementanordnung 201. Das Stromsammelelement, das das erste Leistungserzeugungselement 21a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a verbindet, kann aus demselben Material wie die erste Katodenstromsammelmembran 92a gebildet sein.
Das zweite Leistungserzeugungselement 21b auf der ersten Hauptoberfläche 503b und das vierte Leistungserzeugungselement 22b auf der zweiten Hauptoberfläche 504b sind auf jedem zweiten Trägersubstrat 5b miteinander in Reihe geschaltet. Beispielsweise sind das zweite Leistungserzeugungselement 21b und das vierte Leistungserzeugungselement 22b durch ein Stromsammelelement verbunden, das sich von der ersten Hauptoberfläche 503b zu der zweiten Hauptoberfläche 504b erstreckt. Das zweite Leistungserzeugungselement 21b und das vierte Leistungserzeugungselement 22b, die auf jedem zweiten Trägersubstrat 5b in Reihe geschaltet sind, bilden die zweite Leistungserzeugungselementanordnung 202. Das Stromsammelelement, das das zweite Leistungserzeugungselement 21b und das vierte Leistungserzeugungselement 22b verbindet, kann aus demselben Material wie die erste Katodenstromsammelmembran 92a gebildet sein.
Die erste Leistungserzeugungselementanordnung 201 kann mit der zweiten Leistungserzeugungselementanordnung 202 in Reihe geschaltet sein. Der Brennstoffzellenstack 100 enthält eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementbaugruppen 201 und eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementbaugruppen 202. Jede erste Leistungserzeugungselementbaugruppe 201 ist in Reihe geschaltet. Jede zweite Leistungserzeugungselementbaugruppe 202 ist in Reihe geschaltet.
Verfahren der Leistungserzeugung
Der wie vorstehend beschrieben aufgebaute Brennstoffzellenstack 100 ist dafür konfiguriert, ein Brennstoffgas, wie etwa Wasserstoffgas oder dergleichen, der ersten Kammer 41 des Rohrverteilers 4 zuzuführen und die ersten und zweiten Zellen 10a, 10b einem Gas auszusetzen, das Sauerstoff enthält, wie etwa Luft oder dergleichen. Auf diese Weise läuft eine durch nachstehende Formel (1) dargestellte chemische Reaktion in der ersten Katode 8a und der zweiten Katode 8b ab und läuft eine durch die nachstehende Formel (2) dargestellte chemische Reaktion in der ersten Anode 6a und der zweiten Anode 6b ab, wodurch ein Stromfluss verursacht wird. (1/2)·O₂ + 2e^– → O₂ ^– (1) H₂ + O₂ ^– → H₂O + 2e^– (2)
Genauer ausgedrückt fließt das der ersten Kammer 41 zugeführte Brennstoffgas in den ersten Gasdurchflusskanal 53a jeder ersten Zelle 10a und dadurch läuft eine durch die Formel (2) dargestellte chemische Reaktion in der ersten Anode 6a jedes ersten und dritten Leistungserzeugungselements 21a, 22a ab. Das nicht umgesetzte Brennstoffgas in jeder ersten Anode 6a tritt aus dem ersten Gasdurchflusskanal 53a aus und wird durch den Kanal 30 des Verbindungselements 3 dem zweiten Gasdurchflusskanal 53b zugeführt. Das dem zweiten Gasdurchflusskanal 53b zugeführte Brennstoffgas wird in jeder zweiten Anode 6b jedes zweiten und vierten Leistungserzeugungselements 21b, 22b der zweiten Zelle 10b der durch Formel (2) dargestellten chemischen Reaktion unterzogen. Das nicht umgesetzte Brennstoffgas in der zweiten Anode 6b wird in die zweite Kammer 42 des Rohrverteilers 4 rückgeführt.
Modifizierte Beispiele
Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Veränderungen oder Modifikationen können innerhalb eines Schutzumfangs hinzugefügt werden, welcher nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweicht.
Modifiziertes Beispiel 1
Beispielsweise wird in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform Brennstoffgas der ersten Kammer 41 zugeführt und Brennstoffgas wird aus der zweiten Kammer 42 ausgestoßen. Es besteht jedoch keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Flusses des Brennstoffgases und beispielsweise kann Brennstoffgas der zweiten Kammer 42 zugeführt werden und kann Brennstoffgas aus der ersten Kammer 41 ausgestoßen werden. D. h., dass das Brennstoffgas in der Reihenfolge zweiter Gasdurchflusskanal, Verbindungselement 3 und erster Gasdurchflusskanal fließen kann.
Modifiziertes Beispiel 2
Obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das erste Trägersubstrat 5a eine Mehrzahl der ersten Gasdurchflusskänale 53a enthält, kann die Anzahl der ersten Gasdurchflusskänale 53a eins sein. Bei dieser Konfiguration hat der erste Gasdurchflusskanal 53a vorzugsweise eine flache Form.
Modifiziertes Beispiel 3
Obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die erste Zelle 10a und die zweite Zelle 10b nebeneinander in der Längsrichtung (z-Achsenrichtung) des Rohrverteilers 4 ausgerichtet sind, können sie in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) des Rohrverteilers 4 nebeneinander angeordnet sein.
Modifiziertes Beispiel 4
Obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Verbindungselement 3 porös ist, kann das Verbindungselement 3 aus Metall gebildet sein. Genauer ausgedrückt kann das Verbindungselement 3 durch eine Fe-Cr-Legierung, eine Legierung auf Ni-Basis oder ein Keramikmaterial des MgO-Typs (welches das gleiche wie das in dem ersten und dem zweiten Trägersubstrat 5a, 5b verwendete sein kann) oder dergleichen aufgebaut sein.
Modifiziertes Beispiel 5
Obgleich der Kanal 30 des Verbindungselements 3 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durch einen Hohlraum gebildet ist, besteht keine Beschränkung hinsichtlich der Konfiguration des Kanals 30 des Verbindungselements 3. Beispielsweise kann, wie in 8 gezeigt, der Kanal 30 des Verbindungselements 3 durch eine Vielzahl von in dem Verbindungselement 3 gebildeten Poren konfiguriert sein.
Modifiziertes Beispiel 6
Wie 9 zeigt, können die erste Leistungserzeugungselementanordnung 201 und die zweite Leistungserzeugungselementanordnung 202 miteinander parallel geschaltet sein. Genauer ausgedrückt können eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementbaugruppen 201, die miteinander in Reihe geschaltet sind, jeweils mit einer Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 202 parallel geschaltet werden, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
Modifiziertes Beispiel 7
Wie 10 zeigt, können die erste Leistungserzeugungselementanordnung 201 und die zweite Leistungserzeugungselementanordnung 202 miteinander parallel geschaltet sein. Genauer ausgedrückt kann eine Gruppe von ersten und zweiten Leistungserzeugungselementbaugruppen 201, 202, die miteinander parallel geschaltet sind, jeweils mit einer weiteren Gruppe von ersten und zweiten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 201, 202 in Reihe geschaltet werden, die miteinander parallel geschaltet sind.
Modifiziertes Beispiel 8
In der in 10 gezeigten Ausführungsform ist die Anzahl von ersten und zweiten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 201, 202, die miteinander parallel geschaltet sind, eins. Wie beispielsweise in 11 gezeigt, kann jedoch die Anzahl von ersten und zweiten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 201, 202, die parallel geschaltet sind, in geeigneter Weise variiert werden.
Modifiziertes Beispiel 9
Es besteht kein Erfordernis, dass das erste Leistungserzeugungselement 21a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a in allen ersten Zellen 10a in Reihe geschaltet sind. Das erste Leistungserzeugungselement 21a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a können in einem Teil der ersten Zellen 10a auch nicht miteinander in Reihe geschaltet sein. Dieselben Anmerkungen gelten auch für die zweiten Zellen 10b.
Modifiziertes Beispiel 10
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind das erste Leistungserzeugungselement 21a und das dritte Leistungserzeugungselement 22a in Reihe geschaltet und sind das zweite Leistungserzeugungselement 21b und das vierte Leistungserzeugungselement 22b in Reihe geschaltet. Es besteht jedoch keine Einschränkung hinsichtlich des Verfahrens der elektrischen Verbindung in Bezug auf die ersten bis vierten Leistungserzeugungselemente 21a, 22a, 21b, 22b.
Wie beispielsweise in 12 gezeigt, können das erste Leistungserzeugungselement 21a, das auf der ersten Hauptoberfläche 503a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten ist, und das zweite Leistungserzeugungselement 21b, das auf der ersten Hauptoberfläche 503a des zweiten Trägersubstrats 5b gehalten ist, in den jeweiligen ersten und zweiten Zellen 10a, 10b, die in Querrichtung (y-Achsenrichtung) benachbart sind, miteinander in Reihe geschaltet sein. Beispielsweise können das erste Leistungserzeugungselement 21a und das zweite Leistungserzeugungselement 21b durch ein Stromsammelelement elektrisch verbunden sein, das so konfiguriert ist, dass es sich zwischen dem ersten Trägersubstrat 5a und dem zweiten Trägersubstrat 5b erstreckt. Das erste Leistungserzeugungselement 21a und das zweite Leistungserzeugungselement 21b, die in Reihe geschaltet sind, bilden die dritte Leistungserzeugungselementanordnung 203. Das Stromsammelelement, das das erste Leistungserzeugungselement 21a und das zweite Leistungserzeugungselement 21b verbindet, kann unter Verwendung einer Fe-Cr-Legierung oder Platin oder dergleichen gebildet werden.
Das dritte Leistungserzeugungselement 22a, das auf der zweiten Hauptoberfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten ist, und das vierte Leistungserzeugungselement 22b, das auf der zweiten Hauptoberfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b gehalten ist, in den jeweiligen ersten und zweiten Zellen 10a, 10b, die in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) benachbart sind, können miteinander in Reihe geschaltet sein. Beispielsweise können das dritte Leistungserzeugungselement 22a und das vierte Leistungserzeugungselement 22b durch ein Stromsammelelement elektrisch verbunden sein, das so konfiguriert ist, dass es sich zwischen dem ersten Trägersubstrat 5a und dem zweiten Trägersubstrat 5b erstreckt. Das dritte Leistungserzeugungselement 22a und das vierte Leistungserzeugungselement 22b, die in Reihe geschaltet sind, bilden die vierte Leistungserzeugungselementanordnung 204. Das Stromsammelelement, das das dritte Leistungserzeugungselement 22a und das vierte Leistungserzeugungselement 22b verbindet, kann unter Verwendung einer Fe-Cr-Legierung oder Platin oder dergleichen gebildet werden.
Die dritte Leistungserzeugungselementanordnung 203 kann mit der vierten Leistungserzeugungselementanordnung 204 in Reihe geschaltet sein. Der Brennstoffzellenstack 100 enthält eine Mehrzahl von dritten Leistungserzeugungselementbaugruppen 203 und eine Mehrzahl von vierten Leistungserzeugungselementbaugruppen 204. Jede dritte Leistungserzeugungselementanordnung 203 und jede vierte Leistungserzeugungselementanordnung 204 sind miteinander in Reihe geschaltet. Die dritte Leistungserzeugungselementanordnung 203 und die vierte Leistungserzeugungselementanordnung 204 sind alternierend verbunden.
Modifiziertes Beispiel 11
Obgleich im modifizierten Beispiel 10 die dritte Leistungserzeugungselementanordnung 203 mit der vierten Leistungserzeugungselementanordnung 204 in Reihe geschaltet ist, können, wie in 13 gezeigt, die dritte Leistungserzeugungselementanordnung 203 und die vierte Leistungserzeugungselementanordnung 204 miteinander parallel geschaltet sein. Genauer ausgedrückt ist die Mehrzahl von dritten Leistungserzeugungselementbaugruppen 203, die miteinander in Reihe geschaltet sind, jeweils mit der Mehrzahl von vierten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 204 parallel geschaltet, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
Modifiziertes Beispiel 12
Obgleich im modifizierten Beispiel 11 die dritte Leistungserzeugungselementanordnung 203 mit der vierten Leistungserzeugungselementanordnung 204. parallel geschaltet ist, können, wie in 14 gezeigt, die jeweiligen dritten Leistungserzeugungselementanordnungen 203 miteinander parallel geschaltet sein. Ferner können die vierten Leistungserzeugungselementanordnungen 204 jeweils miteinander parallel geschaltet sein.
Modifiziertes Beispiel 13
In dem modifizierten Beispiel 10 bis modifizierten Beispiel 12 besteht kein Erfordernis, dass alle ersten Leistungserzeugungselemente 21a und zweiten Leistungserzeugungselemente 21b in Reihe geschaltet werden, und ein Teil der ersten Leistungserzeugungselemente 21a und der zweiten Leistungserzeugungselemente 21b können auch nicht in Reihe geschaltet sein. In derselben Weise kann ein Teil der dritten Leistungserzeugungselemente 22a auch nicht mit den vierten Leistungserzeugungselementen 22b in Reihe geschaltet sein.
Modifiziertes Beispiel 14
Wie 15 zeigt, besteht kein Erfordernis, dass jedes erste Trägersubstrat 5a das dritte Leistungserzeugungselement 22a auf der zweiten Hauptoberfläche 504a trägt. Bei dieser Konfiguration kann das auf jedem ersten Trägersubstrat 5a gehaltene erste Leistungserzeugungselement 21a mit dem auf einem benachbarten ersten Trägersubstrat 5a gehaltenen ersten Leistungserzeugungselement 21a in Reihe geschaltet sein. Die Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen 21a, die in Reihe geschaltet ist, bildet eine fünfte Leistungserzeugungselementanordnung 205.
Wie 15 zeigt, besteht kein Erfordernis, dass jedes erste Trägersubstrat 5b das vierte Leistungserzeugungselement 22b auf der zweiten Hauptoberfläche 504a trägt. Bei dieser Konfiguration kann das auf jedem zweiten Trägersubstrat 5b gehaltene zweite Leistungserzeugungselement 21b mit dem auf einem benachbarten zweiten Trägersubstrat 5b gehaltenen zweiten Leistungserzeugungselement 21b in Reihe geschaltet sein. Die Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen 21b, die in Reihe geschaltet ist, bildet eine sechste Leistungserzeugungselementanordnung 206. Die fünfte Leistungserzeugungselementanordnung 205 ist mit der sechsten Leistungserzeugungselementanordnung 206 in Reihe geschaltet.
Modifiziertes Beispiel 15
Obgleich im modifizierten Beispiel 14 die fünfte Leistungserzeugungselementanordnung 205 mit der sechsten Leistungserzeugungselementanordnung 206 in Reihe geschaltet ist, kann, wie in 16 gezeigt, die fünfte Leistungserzeugungselementanordnung 205 mit der sechsten Leistungserzeugungselementanordnung 206 jeweils parallel geschaltet sein.
Modifiziertes Beispiel 16
Obgleich im modifizierten Beispiel 15 die fünfte Leistungselementanordnung 205 mit der sechsten Leistungselementanordnung 206 parallel geschaltet ist, besteht in dieser Hinsicht keine Einschränkung. Wie beispielsweise in 17 gezeigt, können die fünfte und die sechste Leistungserzeugungselementbaugruppe 205, 206, die parallel geschaltet sind, mit anderen fünften und sechsten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 205, 206, die parallel geschaltet sind, in Reihe geschaltet werden. Es besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Anzahl von Leistungserzeugungselementen, die in den jeweiligen Leistungserzeugungselementbaugruppen 205, 206 enthalten sind.
Modifiziertes Beispiel 17
Im modifizierten Beispiel 14 bis modifizierten Beispiel 16 besteht kein Erfordernis, dass alle ersten Leistungserzeugungselemente 21a in Reihe geschaltet sind. Wie beispielsweise in 18 gezeigt, kann ein Teil der ersten Leistungserzeugungselemente 21a aus der Mehrzahl der ersten Leistungserzeugungselemente 21a in Reihe geschaltet sein, um so die fünfte Leistungserzeugungselementbaugruppe 205 zu bilden. In derselben Weise kann ein Teil der zweiten Leistungserzeugungselemente 21b aus der Mehrzahl der zweiten Leistungserzeugungselemente 21b in Reihe geschaltet sein, um so die sechste Leistungserzeugungselementbaugruppe 206 zu bilden.
Modifiziertes Beispiel 18
Wie in 19 gezeigt, kann eines aus der Mehrzahl der ersten Leistungserzeugungselemente 21a durch ein Stromsammelelement 12 mit einem aus der Mehrzahl der zweiten Leistungserzeugungselemente 21b in Reihe geschaltet sein. Das Stromsammelelement 12 kann unter Verwendung einer Fe-Cr-Legierung oder Platin oder dergleichen gebildet werden.
Beispielsweise kann das am nächsten liegende erste Leistungserzeugungselement 21a der ersten Leistungserzeugungselemente 21a mit dem am nächsten liegenden zweiten Leistungserzeugungselement 21b der zweiten Leistungserzeugungselemente 21b in Reihe geschaltet sein. Des Weiteren kann das am entferntesten liegende erste Leistungserzeugungselement 21a der ersten Leistungserzeugungselemente mit dem am entferntesten liegenden zweiten Leistungserzeugungselement 21b der zweiten Leistungserzeugungselemente 21b in Reihe geschaltet sein.
Wie in 20 und 21 gezeigt, kann jedes erste und zweite Leistungserzeugungselement 21a, 21b, das wie vorstehend beschrieben elektrisch verbunden ist, mit jedem ersten und zweiten Leistungserzeugungselement 21a, 21b in Reihe geschaltet sein, die mit benachbarten ersten und zweiten Trägersubstraten 5a, 5b verbunden sind (20), kann parallel geschaltet sein (21) oder kann in einer Kombination aus Reihenschaltung und Parallelschaltung verbunden sein.
Modifiziertes Beispiel 19
Obgleich im modifizierten Beispiel 18 eine Mehrzahl von auf dem ersten Trägersubstrat 5a angeordneten ersten Leistungserzeugungselementen 21a miteinander in Reihe geschaltet sein kann, besteht in dieser Hinsicht keine besondere Beschränkung. Wie beispielsweise in 22 dargestellt, kann der Brennstoffzellenstack 100 mit einer Mehrzahl von siebten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 207 versehen sein, die aus einem Paar von ersten und zweiten Leistungserzeugungselementen 21a, 21b gebildet sind. Das Paar von ersten und zweiten Leistungserzeugungselementen 21a, 21b, das die siebten Leistungserzeugungselemenbaugruppen 207 bildet, kann durch das Stromsammelelement 12 in Reihe geschaltet sein. Jede siebte Leistungserzeugungselementbaugruppe 207 kann in Reihe geschaltet sein. Wie in 23 gezeigt, kann alternativ jede siebte Leistungserzeugungselementanordnung 207 miteinander parallel geschaltet sein.
Modifiziertes Beispiel 20
Im modifizierten Beispiel 18 und modifizierten Beispiel 19 besteht kein Erfordernis, dass alle ersten Leistungserzeugungselemente 21a mit den zweiten Leistungserzeugungselementen 21b in Reihe geschaltet sind, und ein Teil der ersten Leistungserzeugungselemente 21a kann mit den zweiten Leistungserzeugungselementen 21b auch nicht in Reihe geschaltet sein.
Modifiziertes Beispiel 21
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform und jedes der modifizierten Beispiele können in geeigneter Weise kombiniert werden.
Modifiziertes Beispiel 22
Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Richtung des Stromflusses in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und in jedem der modifizierten Beispiele, und der durch den Pfeil in 7 und 9 bis 23 veranschaulichte Stromfluss der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und der jeweiligen modifizierten Beispiele kann umgekehrt werden.
Modifiziertes Beispiel 23
Obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und in jedem der modifizierten Beispiele die erste und die zweite Zelle 10a, 10b eine horizontal gestreifte Konfiguration haben, ist auch eine vertikal gestreifte Konfiguration möglich. Obgleich ferner die erste und die zweite Zelle 10a, 10b eine flache Rohrkonfiguration haben, ist eine zylindrische Konfiguration möglich.
Modifiziertes Beispiel 24
Obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und in jedem der modifizierten Beispiele eine Mehrzahl von Leistungserzeugungselementen 21a, 22a, 21b, 22b auf jeder Hauptoberfläche 503a, 504a, 503b, 504b jedes Trägersubstrats 5a, 5b gebildet ist, besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Anzahl der jeweiligen Leistungserzeugungselemente 21a, 22a, 21b, 22b. Beispielsweise kann die Anzahl der auf jeder Hauptoberfläche 503a, 504a, 503b, 504b gebildeten Leistungserzeugungselemente 21a, 22a, 21b, 22b eins sein.

Claims

Brennstoffzellenstack, enthaltend: ein erstes Trägersubstrat, das einen ersten Substrathauptteil, der das erste Leistungserzeugungselement trägt, eine erste Dichtschicht, die den ersten Substrathauptteil bedeckt, und einen von einem proximalen Endteil zu einem distalen Endteil verlaufenden ersten Gasdurchflusskanal enthält; ein durch eine erste Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehaltenes erstes Leistungserzeugungselement; ein zweites Trägersubstrat, das einen zweiten Substrathauptteil, der das zweite Leistungserzeugungselement trägt, eine zweite Dichtschicht, die den zweiten Substrathauptteil bedeckt, und einen von einem proximalen Endteil zu einem distalen Endteil verlaufenden zweiten Gasdurchflusskanal enthält; ein durch eine erste Hauptoberfläche des zweiten Trägersubstrats gehaltenes zweites Leistungserzeugungselement, und ein Verbindungselement, das sich zwischen einem distalen Endteil des ersten Trägersubstrats und einem distalen Endteil des zweiten Trägersubstrats erstreckt und eine Verbindung zwischen dem ersten Gasdurchflusskanal und dem zweiten Gasdurchflusskanal bildet.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 1, ferner enthaltend: ein durch eine zweite Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehaltenes drittes Leistungserzeugungselement, das mit dem ersten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet ist; und ein durch eine zweite Hauptoberfläche des zweiten Trägersubstrats gehaltenes viertes Leistungserzeugungselement, das mit dem zweiten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 2, wobei eine erste Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem dritten Leistungserzeugungselement gebildet ist, mit einer zweiten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem zweiten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildet ist, in Reihe geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 2, wobei eine erste Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem dritten Leistungserzeugungselement gebildet ist, mit einer zweiten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem zweiten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildet ist, parallel geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 1, ferner enthaltend: ein durch eine zweite Hauptoberfläche des ersten Trägersubstrats gehaltenes drittes Leistungserzeugungselement; und ein durch eine zweite Hauptoberfläche des zweiten Trägersubstrats gehaltenes viertes Leistungserzeugungselement; wobei das erste Leistungserzeugungselement mit dem zweiten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet ist; und das dritte Leistungserzeugungselement mit dem vierten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 5, wobei eine dritte Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem zweiten Leistungserzeugungselement gebildet ist, mit der vierten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem dritten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildet ist, in Reihe geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 5, wobei eine dritte Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem ersten Leistungserzeugungselement und dem zweiten Leistungserzeugungselement gebildet ist, mit der vierten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus dem dritten Leistungserzeugungselement und dem vierten Leistungserzeugungselement gebildet ist, parallel geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen, eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen, eine Mehrzahl von dritten Leistungserzeugungselementen und eine Mehrzahl von vierten Leistungserzeugungselementen enthält; die ersten und dritten Leistungserzeugungselemente jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats angeordnet sind; die zweiten und vierten Leistungserzeugungselemente jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des zweiten Trägersubstrats angeordnet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 8, wobei die ersten Leistungserzeugungselemente jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind; die zweiten Leistungserzeugungselemente jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind; die dritten Leistungserzeugungselemente jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind; und die vierten Leistungserzeugungselemente jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstack enthält: eine Mehrzahl von ersten Trägersubstraten, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind; eine Mehrzahl von ersten Stromerzeugungselementen, die jeweils von den ersten Trägersubstraten gehalten sind und in Reihe geschaltet sind; eine Mehrzahl von zweiten Trägersubstraten, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind; und eine Mehrzahl von zweiten Stromerzeugungselementen, die jeweils auf den ersten Trägersubstraten gehalten sind und miteinander in Reihe geschaltet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 10, wobei eine fünfte Leistungserzeugungselementanordnung, die aus der Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen gebildet ist, mit einer sechsten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus der Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen gebildet ist, in Reihe geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 10, wobei eine fünfte Leistungserzeugungselementanordnung, die aus der Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen gebildet ist, mit einer sechsten Leistungserzeugungselementanordnung, die aus der Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen gebildet ist, parallel geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 10 oder 12, wobei jedes der ersten Trägersubstrate die Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen trägt, die in einem Abstand entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats angeordnet sind; und jedes der zweiten Trägersubstrate die Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen trägt, die in einem Abstand entlang der Längsrichtung des zweiten Trägersubstrats angeordnet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 13, wobei die ersten Leistungserzeugungselemente auf jedem ersten Trägersubstrat jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind; und die zweiten Leistungserzeugungselemente auf jedem zweiten Trägersubstrat jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 1, wobei das erste Leistungserzeugungselement mit dem zweiten Leistungserzeugungselement in Reihe geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 15, wobei der Brennstoffzellenstack enthält: eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen, die in einem Abstand zueinander entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats angeordnet sind; und eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen, die in einem Abstand zueinander entlang der Längsrichtung des zweiten Trägersubstrats angeordnet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 16, wobei die ersten Leistungserzeugungselemente jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind; die zweiten Leistungserzeugungselemente jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind; und ein erstes Leistungserzeugungselement jedes der ersten Leistungserzeugungselemente mit einem zweiten Leistungserzeugungselement jedes der zweiten Leistungserzeugungselemente in Reihe geschaltet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 16, enthaltend eine Mehrzahl von siebten Leistungserzeugungselemenbaugruppen, und wobei jede der siebten Leistungserzeugungselementbaugruppen aus einem Paar von ersten und zweiten Leistungserzeugungselementen aufgebaut ist, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 18, wobei die siebten Leistungserzeugungselementbaugruppen jeweils miteinander in Reihe geschaltet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 18, wobei die siebten Leistungserzeugungselementbaugruppen jeweils miteinander parallel geschaltet sind.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat so angeordnet sind, dass eine Seitenfläche des ersten Trägersubstrats einer Seitenfläche des zweiten Trägersubstrats gegenüberliegt.