DE112016000108T5

DE112016000108T5 - Brennstoffzellenstack

Info

Publication number: DE112016000108T5
Application number: DE112016000108.8T
Authority: DE
Inventors: Makoto Ohmori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2036-06-28
Also published as: JP6026047B1; JP6030259B1; US10790533B2; JP6030262B1; JP2017017024A; CN106507691A; DE112016000108B4; JP2017017020A; US20170141426A1; JP2017017025A; CN106507690A; WO2017006820A1; JP2017017023A; JP2017017018A; JP6030261B1; US20170155165A1; JP6026046B1; JP2017017017A; JP6026045B1; JP6026044B1

Abstract

Ein Brennstoffzellenstack (100) enthält ein erstes Leistungserzeugungselement, ein erstes Trägersubstrat (5a), 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 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 Mehrzahl 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 so konfiguriert ist, dass es 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 Leistungserzeugungselement, ein erstes Trägersubstrat, ein zweites Leistungserzeugungselement, ein zweites Trägersubstrat und ein Verbindungselement. Das erste Leistungserzeugungselement enthält eine erste Anode, einen ersten Elektrolyt und eine erste Katode. Das erste Trägersubstrat enthält einen ersten Substrathauptteil, eine erste Dichtschicht und einen ersten Gasdurchflusskanal. Der erste Substrathauptteil trägt das erste Leistungserzeugungselement. Die erste Dichtschicht bedeckt den ersten Substrathauptteil. Der erste Gasdurchflusskanal erstreckt sich von einem proximalen Endteil zu einem distalen Endteil. Das zweite Leistungserzeugungselement enthält eine zweite Anode, einen zweiten Elektrolyt und eine zweite Katode. Das zweite Trägersubstrat enthält einen zweiten Substrathauptteil, eine zweite Dichtschicht und einen zweiten Gasdurchflusskanal. Der zweite Substrathauptteil trägt das zweite Leistungserzeugungselement. Die zweite Dichtschicht bedeckt den zweiten Substrathauptteil. Der zweite Gasdurchflusskanal erstreckt sich von einem proximalen Endteil zu einem distalen Endteil. 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 die erste Dichtschicht, die dafür konfiguriert ist, den ersten Substrathauptteil zu bedecken. Das zweite Trägersubstrat enthält die 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.
Es ist bevorzugt, dass das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat so angeordnet sind, dass eine Seitenfläche des ersten Trägersubstrats einer Seitenfläche des zweiten Trägersubstrats gegenüberliegt.
Das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat können jeweils im Abstand zueinander angeordnet sein. Wenn beispielsweise der Brennstoffzellenstack eine große Konfiguration hat, die eine Mehrzahl von Zellen umfasst, kann die Temperaturverteilung in dem Stack gleichmäßig gemacht werden, indem in einem derartigen Abstand ein Luftstrom verursacht wird.
Das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat können in einer Querrichtung nebeneinander angeordnet sein. Der Abstand zwischen dem ersten Trägersubstrat und dem zweiten Trägersubstrat kann abgedichtet sein. Bei einer derartigen Konfiguration wird der Abstand zwischen dem ersten Trägersubstrat und dem zweiten Trägersubstrat in einer Querrichtung abgedichtet. Wenn demzufolge Luft beispielsweise entlang den Hauptoberflächen des ersten Trägersubstrats und des zweiten Trägersubstrats fließt, kann verhindert werden, dass die Luft aus dem Abstand zwischen dem ersten Trägersubstrat und dem zweiten Trägersubstrat austritt.
Das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat können nebeneinander in gegenseitigem Kontakt in einer Querrichtung angeordnet sein.
Der Brennstoffzellenstack kann ferner ein Füllelement enthalten. Das Füllelement ist so angeordnet, dass es den Raum zwischen dem ersten Trägersubstrat und dem zweiten Trägersubstrat füllt, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, dass der Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl von ersten Trägersubstraten und eine Mehrzahl von zweiten Trägersubstraten umfasst. Die ersten Trägersubstrate sind jeweils in einem Abstand angeordnet, so dass deren Hauptoberflächen einander gegenüberliegen. Die zweiten Trägersubstrate sind jeweils in einem Abstand angeordnet, so dass deren Hauptoberflächen einander gegenüberliegen. Die ersten Trägersubstrate sind jeweils in einer Querrichtung neben einem jeweiligen zweiten Trägersubstrat angeordnet. Der Abstand zwischen mindestens einem Paar der ersten Trägersubstrate und dem zweiten Trägersubstrat ist abgedichtet.
Es ist bevorzugt, dass das Verbindungselement einen Kanal aufweist, der eine Verbindung zwischen dem ersten Gasdurchflusskanal und dem zweiten Gasdurchflusskanal darstellt.
Das Verbindungselement kann porös sein. In dieser Konfiguration enthält das Verbindungselement vorzugsweise eine dritte Dichtschicht, die eine äußere Oberfläche bildet. Ferner kann der vorstehend beschriebene Kanal durch Poren in dem Verbindungselement gebildet sein.
Das Verbindungselement kann einen Raum enthalten, der sich als der vorstehend konfigurierte Kanal von dem ersten Gasdurchflusskanal zu dem zweiten Gasdurchflusskanal erstreckt.
Das Verbindungselementkann aus Metall gebildet sein.
Es ist bevorzugt, dass der Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl der ersten Leistungserzeugungselemente und eine Mehrzahl der zweiten Leistungserzeugungselemente umfasst. 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.
Es ist bevorzugt, dass der Brennstoffzellenstack ferner einen Rohrverteiler aufweist, der das erste und das zweite Trägersubstrat trägt. Brennstoffgas kann durch den 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.
Der Rohrverteiler kann einen Rohrverteilerhauptteil und eine Trennwand enthalten. Der Rohrverteilerhauptteil enthält einen Hohlraum. Die Trennwand unterteilt den Hohlraum in die erste Kammer und die zweite Kammer. Diese Konfiguration erleichtert die Herstellung des Rohrverteilers, der die erste Kammer und die zweite Kammer aufweist.
Der Rohrverteiler kann einen ersten Rohrverteilerhauptteil und einen zweiten Rohrverteilerhauptteil enthalten. Der erste Rohrverteilerhauptteil enthält die erste Kammer. Der zweite Rohrverteilerhauptteil enthält die zweite Kammer.
Es ist bevorzugt, dass der Rohrverteiler ferner einen Gaszulieferteil und einen Gasausstoßteil aufweist. Der Gaszulieferteil ist mit der ersten Kammer verbunden. Der Gasausstoßteil ist mit der zweiten Kammer verbunden.
Der Gaszulieferteil kann an einer ersten Seitenplatte des Rohrverteilers gebildet sein und der Gasausstoßteil kann an einer zweiten Seitenplatte des Rohrverteilers gebildet sein. Die erste Seitenplatte und die zweite Seitenplatte des Rohrverteilers sind auf einander entgegengesetzten Seiten angeordnet.
Der Gaszulieferteil und der Gasausstoßteil können an der ersten Seitenplatte des Rohrverteilers gebildet sein.
Es ist bevorzugt, dass der Brennstoffzellenstack mit einer Mehrzahl von ersten Trägersubstraten und einer Mehrzahl von zweiten Trägersubstraten versehen sein kann. Die ersten Trägersubstrate sind jeweils voneinander beabstandet in einer der ersten Seitenplatte gegenüberliegenden Richtung angeordnet. Die zweiten Trägersubstrate sind jeweils voneinander beabstandet in einer der ersten Seitenplatte gegenüberliegenden Richtung angeordnet.
Es ist bevorzugt, dass die erste Dichtschicht den ersten Elektrolyt enthält und die zweite Dichtschicht den 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 Schnittansicht eines Brennstoffzellenstacks gemäß dem modifizierten Beispiel 5.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstacks gemäß dem modifizierten Beispiel 6.
9 ist eine Schnittansicht eines Brennstoffzellenstacks gemäß dem modifizierten Beispiel 6.
10 ist eine Schnittansicht eines Brennstoffzellenstacks gemäß dem modifizierten Beispiel 7.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstacks gemäß dem modifizierten Beispiel 8.
12 ist eine Schnittansicht eines Brennstoffzellenstacks gemäß dem modifizierten Beispiel 9.
Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform eines Brennstoffzellenstacks gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht des 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. Der Rohrverteiler 4 enthält einen Gaszulieferteil 101, der mit der ersten Kammer 41 verbunden ist, und einen Gasausstoßteil 102, der mit der zweiten Kammer 42 verbunden ist. 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. Der Rohrverteilerhauptteil 43 hat eine obere Platte 431, eine Bodenplatte 432, eine erste Seitenplatte 433, eine zweite Seitenplatte 434, eine dritte Seitenplatte 435 und eine vierte Seitenplatte 436.
Die erste bis vierte Seitenplatte 433 bis 436 erstrecken sich von dem Umfangsteil der Bodenplatte 432 nach oben. Die erste Seitenplatte 433 und die zweite Seitenplatte 434 sind auf einander entgegengesetzten Seiten angeordnet. Die dritte Seitenplatte 435 und die vierte Seitenplatte 436 sind auf einander entgegengesetzten Seiten angeordnet. Die obere Platte 431 ist so angeordnet, dass sie die obere Oberfläche des Rohrverteilerhauptteils 43 abdichtet. Die obere Platte 431, die Bodenplatte 432, die erste Seitenplatte 433, die zweite Seitenplatte 434, die dritte Seitenplatte 435 und die vierte Seitenplatte 436 sind einstückig gebildet.
Die obere Platte 431 des Rohrverteilerhauptteils 43 bildet eine Mehrzahl von ersten und zweiten Einsetzlöchern (nicht dargestellt). Die ersten Zellen 10a werden in die ersten Einsetzlöcher 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. D. h., dass die ersten Einsetzlöcher jeweils in einem Abstand zueinander in einer der ersten Seitenplatte 433 gegenüberliegenden Richtung gebildet sind. Die zweiten Einsetzlöcher sind ebenfalls nebeneinander mit einem Abstand in der Längsrichtung (z-Achsenrichtung) des Rohrverteilerhauptteils 43 angeordnet. D. h., dass die zweiten Einsetzlöcher jeweils in einem Abstand zueinander in einer der ersten Seitenplatte 433 gegenüberliegenden Richtung gebildet sind. Die ersten Einsetzlöcher und die zweiten Einsetzlöcher sind nebeneinander mit einem Abstand in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) des Rohrverteilerhauptteils 43 angeordnet.
Der Gaszulieferteil 101 ist an der ersten Seitenplatte 433 gebildet. Der Gasausstoßteil 102 ist ebenfalls an der ersten Seitenplatte 433 gebildet. D. h., dass der Gaszulieferteil 101 und der Gasausstoßteil 102 an der Seite der ersten Seitenplatte 433 gebildet sind.
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 unterteilt vorzugsweise vollständig den Hohlraum des Rohrverteilerhauptteils 43. Es kann jedoch zwischen der Trennwand 44 und dem Rohrverteilerhauptteil 43 ein Raum 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 ersten Zellen 10a und die zweiten Zellen 10b sind so angeordnet, dass die Seitenflächen einander gegenüberliegen.
Wie in 2 gezeigt, enthalten die ersten Zellen 10a ein erstes Trägersubstrat 5a und eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen 2a. Die ersten Leistungserzeugungselemente 2a können nur durch eine der Hauptoberflächen 503a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten werden, können aber auch durch beide Hauptoberflächen 503a des ersten Trägersubstrats 5a gehalten werden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die ersten Leistungserzeugungselemente 2a auf beiden Hauptoberflächen des ersten Trägersubstrats 5a gehalten. Die ersten Leistungserzeugungselemente 2a sind jeweils durch einen ersten elektrischen Anschlussteil (siehe 3) elektrisch angeschlossen.
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 Substrats 5a ist in die ersten Einsetzlöcher des Rohrverteilers 4 eingesetzt.
Das erste Trägersubstrat 5a enthält zwei Hauptoberflächen 503a und zwei Seitenflächen 504a. Jede Hauptoberfläche 503a trägt die jeweiligen ersten Leistungserzeugungselemente 2a. Jede Hauptoberfläche 503a weist jeweils in der Dickenrichtung (z-Achsenrichtung) des ersten Trägersubstrats 5a. Jede Seitenfläche 504a 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 in einem Abstand angeordnet, so dass die beiden Hauptoberflächen 503a einander gegenüberliegen. Die ersten Trägersubstrate 5a sind jeweils mit einem Abstand in einer der ersten Seitenplatte 433 gegenüberliegenden Richtung (z-Achsenrichtung) angeordnet.
Wie 2 zeigt, trägt der erste Substrathauptteil 51a das erste Leistungserzeugungselement 2a. 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. Die erste Dichtschicht 52a kann so konfiguriert sein, 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 504a 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, enthält das erste Leistungserzeugungselement 2a eine erste Anode 6a, einen ersten Elektrolyt 7a und eine erste Katode 8a. Das erste Leistungserzeugungselement 2a enthält ferner eine 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 618 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 0–7%. 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 2a 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 2a erstreckt. Beispielsweise ist die erste Katodenstromsammelmembran 92a so angeordnet, dass sie das erste Anschlusselement 91a des ersten Leistungserzeugungselements 2a, das auf der rechten Seite in 3 angeordnet ist, mit der ersten Katode 8a des ersten Leistungserzeugungsteils 2a 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 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.
Zweite Zelle
Wie in 4 und 5 gezeigt, enthalten die zweiten Zellen 10b ein zweites Trägersubstrat 5b und zweite Leistungserzeugungselemente 2b. Wie 1 zeigt, ist jedes zweite Trägersubstrat 5b so angeordnet, dass die Hauptoberflächen 503b einander gegenüberliegen. Die zweiten Trägersubstrate 5b sind jeweils mit einem Abstand in einer der ersten Seitenplatte 433 gegenüberliegenden Richtung (z-Achsenrichtung) angeordnet.
Wie in 4 und 5 gezeigt, enthält das zweite Trägersubstrat 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. Der zweite Substrathauptteil trägt eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen 2b. 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.
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. Das zweite Leistungserzeugungselement 2b kann eine größere Oberfläche in Kontakt mit Brennstoffgas haben als das erste Leistungserzeugungselement 2a. 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 und 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.
Wie 1 zeigt, sind die ersten Trägersubstrate 5a jeweils in einem Abstand angeordnet, so dass deren Hauptoberflächen 503a einander gegenüberliegen. Die zweiten Trägersubstrate 5b sind jeweils in einem Abstand angeordnet, so dass deren Hauptoberflächen 503b einander gegenüberliegen. Die ersten Trägersubstrate 5a und die zweiten Trägersubstrate 5b sind in Bezug auf die Querrichtung (y-Achsenrichtung) nebeneinander angeordnet. Das erste und das zweite Trägersubstrat 5a, 5b sind so angeordnet, dass die Seitenfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a und die Seitenfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b einander gegenüberliegen. Zwischen dem ersten Trägersubstrat 5a und dem zweiten Trägersubstrat 5b ist ein Raum gebildet. Beispielsweise beträgt der Raum etwa 0,5 bis 10 mm.
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, eines Elektrolytmaterials oder von kristallisiertem Glas oder dergleichen gebildet werden.
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. Genauer ausgedrückt wird Luft zwischen benachbarten ersten Zellen 10a und zwischen benachbarten zweiten Zellen 10b zugeführt. 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 Leistungserzeugungselements 2a 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 der zweiten Anode 6b 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 von ersten Gasdurchflusskänalen 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 entlang der Längsrichtung (z-Achsenrichtung) des Rohrverteilers 4 ausgerichtet sind, können sie in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) des Rohrverteilers 4 nebeneinander aufgebaut 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 Trägersubstratmaterial 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 7 gezeigt, der Kanal 30 des Verbindungselements 3 durch eine Vielzahl von in dem Verbindungselement 3 gebildeten Poren konfiguriert sein.
Modifiziertes Beispiel 6
Obgleich in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Seitenfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a und die Seitenfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b so angeordnet sind, dass durch sie ein Raum gebildet wird, besteht in dieser Hinsicht keine Beschränkung. Wie in 8 und 9 dargestellt, kann beispielsweise der Abstand zwischen der Seitenfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a und der Seitenfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b abgedichtet sein. Beispielsweise können das erste Trägersubstrat 5a und das zweite Trägersubstrat 5b so angeordnet sein, dass sie in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) gegenseitig in Kontakt sind. D. h., dass die Seitenfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a und die Seitenfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b in gegenseitigem Kontakt stehen.
In dieser Konfiguration können das erste Einsetzloch und das zweite Einsetzloch verbunden sein. D. h., dass ein Einsetzloch durch das erste Einsetzloch und das zweite Einsetzloch gebildet sein kann. Die erste Zelle 10a wird in das Einsetzloch eingesetzt und die untere Endfläche der ersten Zelle 10a liegt in der ersten Kammer 41 frei. Die zweite Zelle 10b wird in das Einsetzloch eingesetzt und die untere Endfläche der zweiten Zelle 10b liegt in der zweiten Kammer 42 frei. Jedes Einsetzloch kann sich über die erste Kammer 41 und die zweite Kammer 42 erstrecken oder kann jeweils mit der ersten Kammer 41 und der zweiten Kammer 42 gebildet sein.
Modifiziertes Beispiel 7
Obgleich in dem modifizierten Beispiel 6 die Seitenfläche 504a des ersten Trägersubstrats 5a und die Seitenfläche 504b des zweiten Trägersubstrats 5b in Kontakt stehen, können, wie beispielsweise in 10 gezeigt, das erste Trägersubstrat 5a und das zweite Trägersubstrat 5b so angeordnet sein, dass sie einen Abstand in der Querrichtung (y-Achsenrichtung) bilden. Ein Füllelement 54 kann zwischen dem ersten Trägersubstrat 5a und dem zweiten Trägersubstrat 5b angeordnet sein. Der Abstand zwischen dem ersten Trägersubstrat 5a und dem zweiten Trägersubstrat 5b kann durch das Füllelement 54 abgedichtet sein.
In den modifizierten Beispielen 6 und 7 ist der Abstand zwischen jedem ersten Trägersubstrat 5a und jedem zweiten Trägersubstrat 5b vollständig abgedichtet. Der Abstand zwischen einem Teil der ersten Trägersubstrate 5a und den zweiten Trägersubstraten 5b kann jedoch auch nicht abgedichtet sein.
Modifiziertes Beispiel 8
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind der Gaszulieferteil 101 und der Gasausstoßteil 102 des Rohrverteilers 4 an derselben ersten Seitenplatte 433 gebildet. Es gibt allerdings diesbezüglich keine besondere Beschränkung. Wie beispielsweise in 11 gezeigt, kann der Gaszulieferteil 101 an der ersten Seitenplatte 433 gebildet sein und kann der Gasausstoßteil 102 an der zweiten Seitenplatte 434 gebildet sein.
Modifiziertes Beispiel 9
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Rohrverteiler 4 durch einen Rohrverteilerhauptteil 43 gebildet. Es besteht jedoch hinsichtlich der Konfiguration des Rohrverteilers 4 keine Beschränkung. Wie in 12 dargestellt, kann beispielsweise der Rohrverteiler 4 kann einen ersten Rohrverteilerhauptteil 43a und einen zweiten Rohrverteilerhauptteil 43b enthalten. Der erste Rohrverteilerhauptteil 43a enthält die erste Kammer 41 und der zweite Rohrverteilerhauptteil 43b enthält die zweite Kammer 42.
Bezugszeichenliste

2a: erstes Leistungserzeugungselement
6a: erste Anode
7a: erster Elektrolyt
8a: erste Katode
2b: zweites Leistungserzeugungselement
6b: zweite Anode
7b: zweiter Elektrolyt
8b: zweite Katode
3: Verbindungselement
30: Kanal
31: dritte Dichtschicht
5a: erstes Trägersubstrat
51a: erster Substrathauptteil
52a: erste Dichtschicht
53a: erster Gasdurchflusskanal
531a: proximaler Endteil
532a: distaler Endteil
501a: proximaler Endteil
502a: distaler Endteil
504a: Seitenfläche
5b: zweites Trägersubstrat
51b: zweiter Substrathauptteil
52b: zweite Dichtschicht
53b: zweiter Gasdurchflusskanal
532b: distaler Endteil
501B: proximaler Endteil
502b: distaler Endteil
504b: Seitenfläche
100: Brennstoffzellenstack

Claims

Brennstoffzellenstack, enthaltend: ein erstes Leistungserzeugungselement, das eine erste Anode, einen ersten Elektrolyt und eine erste Katode enthält, 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 zweites Leistungserzeugungselement, das eine zweite Anode, einen zweiten Elektrolyt und eine zweite Katode enthält, 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, und ein Verbindungselement, das sich über den distalen Endteil des ersten Trägersubstrats und den distalen Endteil des zweiten Trägersubstrats erstreckt und eine Verbindung zwischen dem ersten Gasdurchflusskanal und dem zweiten Gasdurchflusskanal bildet.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 1, wobei das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrats so angeordnet sind, dass eine Seitenfläche des ersten Trägersubstrats einer Seitenfläche des zweiten Trägersubstrats gegenüberliegt.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat in einem Abstand zueinander angeordnet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat in einer Querrichtung nebeneinander angeordnet sind und der Abstand zwischen dem ersten Trägersubstrat und dem zweiten Trägersubstrat abgedichtet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 4, wobei das erste Trägersubstrat und das zweite Trägersubstrat jeweils nebeneinander in wechselseitigem Kontakt in einer Querrichtung angeordnet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei der Brennstoffzellenstack ferner ein Füllelement enthält, das so angeordnet ist, dass es einen Raum zwischen dem ersten Trägersubstrat und dem zweiten Trägersubstrat, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, füllt.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl von ersten Trägersubstraten und eine Mehrzahl von zweiten Trägersubstraten enthält, und wobei die ersten Trägersubstrate jeweils in einem Abstand angeordnet sind, so dass deren Hauptoberflächen einander gegenüberliegen, die zweiten Trägersubstrate jeweils in einem Abstand angeordnet sind, so dass deren Hauptoberflächen einander gegenüberliegen, die ersten Trägersubstrate jeweils in einer Querrichtung neben einem jeweiligen zweiten Trägersubstrat angeordnet sind, und der Abstand zwischen mindestens einem Paar des ersten Trägersubstrats und dem zweiten Trägersubstrat abgedichtet ist.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verbindungselement einen Kanal enthält, der eine Verbindung zwischen dem ersten Gasdurchflusskanal und dem zweiten Gasdurchflusskanal herstellt.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verbindungselement porös ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 9, wobei das Verbindungselement eine dritte Dichtschicht enthält, die eine äußere Oberfläche bildet.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der Kanal durch Poren in dem Verbindungselement gebildet ist.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verbindungselement einen Raum enthält, der sich von dem ersten Gasdurchflusskanal zu dem zweiten Gasdurchflusskanal als der Kanal erstreckt, der dafür konfiguriert ist, eine Verbindung zwischen dem ersten Gasdurchflusskanal und dem zweiten Gasdurchflusskanal herzustellen.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verbindungselement aus Metall gebildet ist.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl von ersten Leistungserzeugungselementen und eine Mehrzahl von zweiten Leistungserzeugungselementen enthält, und die ersten Leistungserzeugungselemente jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des ersten Trägersubstrats angeordnet sind, und die zweiten Leistungserzeugungselemente jeweils in einem Abstand entlang der Längsrichtung des. zweiten Trägersubstrats angeordnet sind.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Brennstoffzellenstack ferner einen Rohrverteiler enthält, der dafür konfiguriert ist, das erste und das zweite Trägersubstrat zu halten.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 15, wobei der Rohrverteiler eine erste Kammer und eine zweite Kammer enthält, der erste Gasdurchflusskanal mit der ersten Kammer in Verbindung steht, und der zweite Gasdurchflusskanal mit der zweiten Kammer in Verbindung steht.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 16, wobei der Rohrverteiler einen Rohrverteilerhauptteil aufweist, der einen Hohlraum enthält, und eine Trennwand den Hohlraum in die erste Kammer und die zweite Kammer unterteilt.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 16, wobei der Rohrverteiler einen ersten Rohrverteilerhauptteil, der die erste Kammer aufweist, und einen zweiten Rohrverteilerhauptteil, der die zweite Kammer aufweist, enthält.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Rohrverteiler ferner einen mit der ersten Kammer verbundenen Gaszulieferteil und einen mit der zweiten Kammer verbundenen Gasausstoßteil aufweist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 19, wobei der Gaszulieferteil an einer ersten Seitenplatte des Rohrverteilers gebildet ist und der Gasausstoßteil an einer zweiten Seitenplatte des Rohrverteilers, die auf der der ersten Seitenplatte entgegengesetzten Seite angeordnet ist, gebildet ist.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 19, wobei der Gaszulieferteil und der Gasausstoßteil an der ersten Seitenplatte des Rohrverteilers gebildet sind.
Brennstoffzellenstack nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, wobei der Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl von ersten Trägersubstraten und eine Mehrzahl von zweiten Trägersubstraten enthält, wobei die ersten Trägersubstrate jeweils voneinander beabstandet in einer der ersten Seitenplatte gegen überliegenden Richtung angeordnet sind, und die zweiten Trägersubstrate jeweils voneinander beabstandet in einer der ersten Seitenplatte gegenüberliegenden Richtung angeordnet sind.
Brennstoffzellenstack nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die erste Dichtschicht einen ersten Elektrolyt enthält und die zweite Dichtschicht einen zweiten Elektrolyt enthält.