DE19813339A1 - Brennstoffzellenstapel mit integriertem, zentralem Reformer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel mit genau einem den Anodenräumen der Brennstoffzellen vorgeschalteten, zentral angeordneten Kanal, der Mittel zur Reformierung oder Oxidation von Brennstoff aufweist. DOLLAR A Die Erfindung löst die Aufgabe, einen Brennstoffzellenstapel zu schaffen, der einen integrierten Reformer aufweist, bei der der Wärmefluß innerhalb der Brennstoffzellen optimiert ist und bei der vergleichsweise geringe Dichtigkeitsprobleme auftreten.

Description

Die Erfindung betrifft aufeinander gestapelte Brenn­ stoffzellen mit integriertem Reformer.

Aus der Druckschrift EP 0 067 423 A1 ist ein Stapel von Brennstoffzellen bekannt, der einen integrierten Refor­ mer der eingangs genannten Art umfaßt. Jede einzelne Brennstoffzelle besteht aus einer Anode, einer Kathode und einem dazwischen liegenden Elektrolyten. Zur Umset­ zung von Brennstoff innerhalb des Brennstoffzellensta­ pels wird der Brennstoff in die Anodenräume (Räume, in denen sich die Anoden befinden) eingeleitet. Jede Brennstoffzelle weist den Anodenräumen vorgeschaltete Räume auf. In diesen vorgeschalteten Räumen wird der Brennstoff, also z. B. Methan oder Methanol, zu Wasser­ stoff umgesetzt. Der Wasserstoff gelangt dann in die Anodenräume.

Nachteilhaft weist das vorgenannte System eine Vielzahl von zusätzlichen Kanälen auf. Entsprechend viele Fugen müssen zusätzlich abgedichtet werden.

Eine Reformierungsreaktion von Brennstoff erfordert Wärme. Äquivalent hierzu verhält sich eine Oxidation von Brennstoff, um Wasserstoff zu erhalten. Eine Oxida­ tion stellt daher eine äquivalente Maßnahme dar. Die Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Strom in einer Brennstoffzelle setzt Wärme frei. Die Integration einer Reformierungs- oder Oxidationsreaktion von Brenn­ stoff innerhalb des Brennstoffzellenstapels soll einen geeigneten Wärmeaustausch zwischen den vorgenannten Re­ aktionen herbeiführen, um so zu guten Wirkungsgraden zu gelangen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Brenn­ stoffzellenstapels mit integrierter Reformierung, bei der die Anzahl der zu dichtenden Fugen minimiert sind und bei der in verbesserter Weise ein Wärmeaustausch zwischen den innerhalb des Brennstoffzellenstapels ab­ laufenden Reaktionen gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den rückbezogenen Ansprüchen.

Die anspruchsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Brennstoffzellenstapel, also aus mehreren, mechanisch miteinander verbundenen Brennstoffzellen. Innerhalb des Brennstoffzellenstapels ist genau ein zentraler Kanal angeordnet, der Mittel zur Reformierung (äquivalent: zur Oxidation) von Brennstoff aufweist. Oxidierter oder reformierter Brennstoff wird von diesem zentralen Kanal in die Anodenräume der einzelnen Brennstoffzellen ge­ leitet.

Unter zentralem Kanal ist zu verstehen, daß die Brenn­ stoffzellen radial, mit anderen Worten kreisförmig um den Kanal herum angeordnet sind.

Gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik weist die anspruchsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, daß nur noch ein Kanal mit integriertem Reformer abzu­ dichten ist. Dichtigkeitsprobleme werden so verringert. Ferner weist die anspruchsgemäße Vorrichtung gegenüber dem genannten Stand der Technik einen verbesserten Wär­ mehaushalt auf. Es entstehen nämlich die höchsten Tem­ peraturen im Inneren des Brennstoffzellenstapels. Der zentral angeordnete Kanal ist somit in dem Bereich pla­ ziert, in dem die meiste Wärme (zur Durchführung der Reformierungs- oder Oxidationsreaktion) bereitgestellt wird. Eine solche Anordnung hat also zur Folge, daß die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme in optimaler Weise durch die Reformierungs- oder Oxidationsreaktion kompensiert wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der anspruchsge­ mäßen Vorrichtung sind die Anodenräume so angeordnet, daß das im zentralen Kanal reformierte Gas bzw. oxi­ dierter Brennstoff radial durch die Anodenräume hin­ durch abströmt. Die im Zentrum entstehende maximale Temperatur bzw. Wärme wird so in optimaler Weise per Konvektion aus dem Inneren der Brennstoffzelle heraus­ transportiert. Insbesondere strömt das reformierte oder oxidierte Gas vom zusätzlichen Brenngaskanal senkrecht in die Anodenräume hinein. Diese senkrechte Anordnung bewirkt den schnellstmöglichsten Abtransport der Wärme per Konvektion aus dem Zentrum des Brennstoffzellensta­ pels heraus.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung wird das Gas, das aus dem zentralen Kanal her­ ausströmt, anschließend umgelenkt. Das umgelenkte Gas strömt dann in die Anodenräume hinein. Vor der Umlen­ kung wird das Gas reformiert bzw. oxidiert. So wird si­ chergestellt, daß das Brenngas vor dem Eintritt in die Anodenräume reformiert bzw. oxidiert worden ist. Diese Maßnahme dient also der Sicherung der Gasqualität.

Ausführungsbeispiel

Die Figur skizziert die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt. Brennstoffzellen 1 umgeben kreisförmig einen zentral angeordneten Kanal 2. Im zentralen Kanal 2 wird der Brennstoff reformiert oder oxidiert. Nachdem der Brennstoff reformiert oder oxidiert worden ist, werden die Gase nach Austritt aus dem Kanal 2 an der Position 3 umgelenkt. Sie gelangen anschließend in die Anoden­ räume 4 und strömen dort senkrecht zum Kanal 2 ab. Die Pfeile deuten den Strömungsverlauf an.

Claims (3)

1. Brennstoffzellenstapel mit genau einem den Anodenräu­ men (4) der Brennstoffzellen (1) vorgeschalteten, zentral angeordneten Kanal (2), der Mittel zur Refor­ mierung oder Oxidation von Brennstoff aufweist.

2. Vorrichtung nach vorhergehendem Anspruch, bei dem Mittel so vorgesehen sind, daß der reformierte oder oxidierte Brennstoff bezogen auf die Strömungsrich­ tung im zentral angeordneten Kanal (2) radial durch die Anodenräume (4) abströmt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Mittel zur Umlenkung des Brennstoffes vorge­ sehen sind, der aus dem zentral angeordneten Kanal (2) austritt.