DE4308780C1 - Arrangement for connecting stacks of high-temperature fuel cells - Google Patents

Arrangement for connecting stacks of high-temperature fuel cells

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anschließen von Stapeln von Hochtemperaturbrennstoffzellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an arrangement for connecting stacks of High-temperature fuel cells according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, einem Stapel von Brennstoffzellen (Stack) über Zuleitungen, sog. Manifolds oder Kappen, Brenngase und ein sauerstoffhaltiges Gas zuzuführen (Fig. 1). Diese Kappen müssen mit einer hohen Dichtheit an die Stapelflächen angeschlossen werden, um zu verhindern, daß die Gase unkontrolliert miteinander reagieren können. Bei Hochtemperaturbrennstoffzellen müssen die Kappen aus Materialien bestehen, die einen Dauerbetrieb von ca. 1000°C ertragen und deren thermischer Ausdehnungskoeffizient zu dem des Zellenmaterials paßt.It is known to supply a stack of fuel cells (stack) via feed lines, so-called manifolds or caps, fuel gases and an oxygen-containing gas ( FIG. 1). These caps must be connected to the stacking surfaces with a high degree of tightness in order to prevent the gases from reacting with one another in an uncontrolled manner. In the case of high-temperature fuel cells, the caps must be made of materials that can withstand continuous operation of approx. 1000 ° C and whose thermal expansion coefficient matches that of the cell material.

Aus der DE-C2 26 17 686 ist eine Brennstoffzellenanlage bekannt, bei der die Zufuhr von Reaktionsgas in die Brennstoffzellen mittels Hauben oder Kappen durchgeführt wird, welche auf den Stirnseiten und längsseits angebracht sind. Die Zellen werden miteinander zu Einheiten verschaltet, die elektrisch hintereinandergeschaltet sind. Bei der Verschaltung mehrerer Zellen nimmt der Raumbedarf für die Hauben proportional der Zellenzahl zu, was für eine große Zahl von Zellen zu einem nachteiligen Anwachsen des toten Volumens einer solchen Anlage führt.A fuel cell system is known from DE-C2 26 17 686, in which the supply of reaction gas into the fuel cells is carried out by means of hoods or caps, which on the End faces and alongside are attached. The cells will interconnected to form units that are electrical are connected in series. When connecting several The space required for the hoods is proportional to the cells Cell count too, what a large number of cells at a time disadvantageous increase in the dead volume of such a plant leads.

Kappen mit diesen Eigenschaften sind sehr aufwendig und beanspruchen viel Bauvolumen. Wenn daher Stapel vergleichsweise kleiner Leistung zum Aufbau von Einheiten größerer Leistung verwendet werden, sind die Kosten für die Kappen hoch und der Raumbedarf der gesamten Anlage im Vergleich zu dem eigentlichen Stapelvolumen groß.Caps with these properties are very complex and stressful a lot of construction volume. Therefore, when stack comparatively small power to Building units of greater power are used, the cost for the caps high and the space requirement of the entire system in Large compared to the actual stack volume.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anordnungen von Hochtemperaturbrennstoffzellen aus vergleichsweise kleinen Leistungseinheiten wirtschaftlich aufzubauen.The invention has for its object arrangements of High-temperature fuel cells made from comparatively small To build performance units economically.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. This object is achieved by the in the characteristic of Features listed claim 1 solved.  

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Stapel mit der Seite, in die das erste Reaktionsgas eingeleitet wird, auf einem an den Eintrittsstellen mit Auslässen versehenen Gaszuführungsrohr unmittelbar angeordnet sind und von einem Hüllrohr umgeben sind, durch das die Abgase der Stapel durch Öffnungen zunächst in radialer Richtung strömen und daß das zweite Reaktionsgas durch einen Raum geführt wird, der durch die Innenwandung des Hüllrohrs und die Frischluftseite der Stapel gebildet wird und die unverbrauchten Sauerstoff enthaltende Luft ("Abluft") in Längsrichtung durch einen zusätzlichen Raum strömen, der durch die Innenwandung des Hüllrohrs und der Abluftseite der Stapel gebildet wird. Das erste Reaktionsgas ist vorzugsweise dasjenige, welches Wasserstoff enthält und Brenngas genannt wird. Das zweite Reaktionsgas enthält dann den Sauerstoff. Man nimmt für diesen Zweck aus Billigkeitsgründen vorzugsweise normale Luft.The essence of the invention is that the stack with the side in which the first reaction gas is introduced on a to the Entry points with outlets provided gas supply pipe immediately are arranged and are surrounded by a cladding tube through which the Exhaust gases from the stack first flow through openings in the radial direction and that the second reaction gas is passed through a space through formed the inner wall of the cladding tube and the fresh air side of the stack and the unused oxygen-containing air ("exhaust air") in Flow longitudinally through an additional space through the Inner wall of the cladding tube and the exhaust side of the stack is formed. The first reaction gas is preferably that which is hydrogen contains and is called fuel gas. The second reaction gas then contains the oxygen. One takes for this purpose for reasons of equity preferably normal air.

Vorteilhafterweise ist die Zahl der Stapel, die in einer Ebene senkrecht zum Gaszuführungsrohr angeordnet sind, eine gerade Zahl, vorzugsweise 4. Die dicht mit dem Gaszuführungsrohr verbundenen Stapel werden in das Hüllrohr eingeschoben und gegen dieses von außen abgedichtet, wobei sich als Dichtmaterial ein solches eignet, dessen Schmelztemperatur zwischen der Betriebstemperatur des Stapels und der Schmelztemperatur des Stapelmaterials liegt.Advantageously, the number of stacks is perpendicular in one plane are arranged to the gas supply pipe, an even number, preferably 4. The stacks tightly connected to the gas supply pipe are placed in the Cladding tube inserted and sealed against it from the outside, whereby suitable as a sealing material, the melting temperature between the operating temperature of the stack and the melting temperature of the Stack material lies.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Gaszuführungsrohr von einem weiteren Mantelrohr umgeben, in welches das Abgas eingeleitet wird. Der Ringspalt zwischen den Rohren ist auf einer Seite oder beiden Seiten mit mindestens einem Abschlußstück verbunden, welches der Gasführung aus diesem Raum dient.In a further embodiment of the invention, the gas supply pipe is from surrounded another casing tube into which the exhaust gas is introduced. The annular gap between the tubes is on one or both sides connected to at least one end piece, which is made of gas serves this space.

Es ist auch möglich, in an sich bekannter Weise die Restbrenngase mit der Abluft in dem äußeren Rohrmantelraum zu verbrennen. Dazu strömt ein Teil der Abluft durch Bohrungen im Hüllrohr in den Mantelraum. Zweckmäßigerweise werden diese Bohrungen nach Ort und Größe so ausgebildet, daß die Verbrennung an einer definierten Stelle erfolgt.It is also possible to use the residual combustion gases in a manner known per se Burn exhaust air in the outer pipe jacket space. Part of it flows the exhaust air through holes in the cladding tube into the jacket space. Appropriately, these holes are so by location and size trained that the combustion takes place at a defined point.

Einzelne Stapelscheiben werden scheibenartig auf dem Gaszuführungsrohr angeordnet. Die Stege dieses Rohrs werden an den Abgasauslässen zweckmäßigerweise keilförmig nach außen verstärkt ausgeführt. Individual stacking discs are disc-like on the gas supply pipe arranged. The webs of this pipe are at the exhaust outlets expediently made wedge-shaped reinforced to the outside.  

Aus verschiedenen Stapelscheiben aufgebaute Stackanordnungen werden am Ende einer Reihe durch leitende Platten abgeschlossen, an denen die Stromanschlüsse befestigt sind.Stack arrangements constructed from various stacking disks are produced on End of a row completed by conductive plates on which the Power connections are attached.

An der Stirnseite des Mantelrohrs sind Gasanschlußstücke für das Brenngas, sowie für die Zu- bzw. Ableitung der Luft bzw. Abluft angebracht.At the front of the casing tube there are gas connectors for the fuel gas, as well as for the supply and discharge of air or exhaust air.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden Stapelrohre in an sich bekannter Weise zu einer Serie, d. h. vorzugsweise in Zweierreihen, zu einer Batterie zusammengestellt.In a further embodiment of the invention, stacking tubes are in themselves known way to a series, d. H. preferably in rows of two a battery put together.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 die bisher bekannte Gasversorgung eines Stapels dargestellt über Manifolds, FIG. 1, previously known gas supply of a stack shown on manifolds,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Anordnung mit 2 Stapeln, Fig. 2 shows the arrangement according to the invention with two stacks,

Fig. 3 eine Anordnung mit 4 Stapeln, Fig. 3 shows an arrangement with four stacks,

Fig. 4 den Schnitt durch ein Stapelrohr, Fig. 4 is a section through a stack pipe,

Fig. 5 die Stirnansicht eines Stapelrohrs, Fig. 5 shows the end view of a stack pipe,

Fig. 6 eine Batterie aus einzelnen Stapelrohren, Fig. 6 shows a battery stack of individual tubes,

Fig. 7 eine abgeflachte Ausführung des zentralen Anschlußrohrs und Fig. 7 is a flattened version of the central connecting pipe and

Fig. 8 ein zentrales Anschlußrohr mit eingesetztem Strömungswiderstand. Fig. 8 shows a central connecting pipe with flow resistance inserted.

In Fig. 1 ist ein Stapel 1, aus z. B. 180 einzelnen Brennstoffzellen, die senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet sind, in einer Höhe von beispielsweise 10 cm aufgebaut. Das Brenngas tritt über ein Zuführungsrohr 20 und ein Gasanschlußstück (Kappe) 32 in den Stapel ein und verläßt den Stapel bis auf einen bestimmten Rest oxidiert über die Kappe 42. Die Luft oder das sauerstoffhaltige Gas tritt in den Stapel über die Kappe 22 ein, die Abluft verläßt den Stapel auf der gegenüberliegenden Seite. Hier kann auf eine Kappe verzichtet werden, wenn der Stapel in einer nicht gezeichneten Hülle angeordnet ist, aus der die Abluft abgezogen werden kann. Die Kappen sind mit dem Stapel dicht verbunden. Die komplizierten dreidimensionalen Anschlußstücke sind aus Keramik gearbeitet und sehr teuer in der Herstellung. In Fig. 1 is a stack 1 , z. B. 180 individual fuel cells, which are aligned perpendicular to the plane of the drawing, at a height of 10 cm, for example. The fuel gas enters the stack via a feed pipe 20 and a gas connection piece (cap) 32 and leaves the stack oxidized to a certain extent via the cap 42 . The air or the oxygen-containing gas enters the stack via the cap 22 , the exhaust air leaves the stack on the opposite side. Here, a cap can be dispensed with if the stack is arranged in an envelope (not shown) from which the exhaust air can be drawn off. The caps are tightly connected to the stack. The complicated three-dimensional connectors are made of ceramic and very expensive to manufacture.

Eine Hochtemperaturbrennstoffzelle besteht aus einem Elektrolyten, auf dessen einer Seite ein sauerstoffhaltiges und auf dessen andere Seite ein wasserstoffhaltiges Gas geleitet wird. Der Elektrolyt ist bei der Betriebstemperatur für Sauerstoffionen durchlässig, die sich mit dem ionisierten Wasserstoff zu Wasser verbinden.A high temperature fuel cell consists of an electrolyte one side is oxygenated and the other side hydrogen-containing gas is passed. The electrolyte is in the Permissible operating temperature for oxygen ions, which are associated with the combine ionized hydrogen to water.

Der bei diesem Vorgang auf der Sauerstoffseite, der Anode, entstehende Elektronenmangel wird über einen äußeren Stromkreis von der Wasserstoffseite, der Kathode, wo ein Elektronenüberschuß besteht, ausgeglichen. Die Elektroden dienen auch der Zuleitung der Reaktionsgase; sie sind als bipolare Platten 34 ausgeführt, d. h. sie weisen auf beiden Seiten Längsnuten für die Zuführung je eines Reaktionsgases auf. Eine Oberfläche fungiert als Sauerstoff-, die andere als Wasserstoffspender. Die für die Gaszuführung vorgesehenen Nuten stehen senkrecht aufeinander.The resulting electron deficiency on the oxygen side, the anode, is compensated for by an external circuit from the hydrogen side, the cathode, where there is an excess of electrons. The electrodes also serve to feed the reaction gases; they are designed as bipolar plates 34 , ie they have longitudinal grooves on both sides for the supply of one reaction gas each. One surface acts as an oxygen and the other as a hydrogen donor. The grooves provided for the gas supply are perpendicular to each other.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Danach sind die beiden Stapel 1 und 11 mit einem Gaszuführungsrohr 2, das an den Gaseintrittsstellen Aussparungen 8 und 18 aufweist, fest verbunden in ein Hüllrohr 4 gesteckt und an den Stellen 7, 17, 27 und 37 abgedichtet. Das Rohr 4 hat Öffnungen 5 und 15, durch welche das Abgas aus den Stapeln austreten kann. Die Luft tritt über den Raum 6 zu und durchströmt die Stapel zum Raum 3. Wesentlich ist die zentrale Zuführung des gefährlichen Brenngases durch den Kanal 14.An embodiment of the invention is shown in FIG. 2. Thereafter, the two stacks 1 and 11 with a gas supply pipe 2 , which has recesses 8 and 18 at the gas entry points, are firmly connected in a cladding tube 4 and sealed at points 7, 17, 27 and 37 . The tube 4 has openings 5 and 15 through which the exhaust gas can exit the stacks. The air enters through room 6 and flows through the stacks to room 3 . The central supply of the dangerous fuel gas through the channel 14 is essential.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Rolle von Brenn- und Oxidatorgas vertauscht. Letzteres wird über das zentrale Rohr 4 zugeführt. Aber auch die Durchströmrichtung, in Fig. 3 durch Pfeile dargestellt, läßt sich ohne weiteres umkehren. Dann wird das zentrale Rohr 2 zur Abgassammelleitung.In a further embodiment, the role of fuel and oxidant gas is reversed. The latter is fed through the central tube 4 . However, the direction of flow, represented by arrows in FIG. 3, can also be easily reversed. Then the central pipe 2 becomes the exhaust manifold.

Beim Durchströmen des Brenngases durch die Brennstoffzelle findet in der bei Hochtemperaturbrennstoffzellen bekannten Weise die Oxidation durch Sauerstoffionen statt, die durch den Elektrolyten hindurchtreten.When the fuel gas flows through the fuel cell takes place in the in high-temperature fuel cells known by the oxidation Instead of oxygen ions that pass through the electrolyte.

Die bis auf einen Rest oxidierten Brenngase verlassen die Stapel durch die Öffnungen 5 und 15 und strömen in den Raum 12, der axial durchströmt wird. Die Abluft wird vom Raum 3 abgeführt. Diese Abluft kann in einer weiteren Ausbildung der Erfindung axial aus dem Raum 3 über nicht gezeichnete Kappen abgezogen werden. The fuel gases, which are oxidized except for a remainder, leave the stacks through openings 5 and 15 and flow into space 12 , through which axial flow flows. The exhaust air is discharged from room 3 . In a further embodiment of the invention, this exhaust air can be drawn off axially from space 3 via caps, not shown.

Das Restgas aus den Brenngasströmen kann entweder ungenutzt abströmen oder in den Raum 12 geführt werden, der aus dem Rohr 4 und einem Mantelrohr 10 gebildet wird. Dieses Restgas kann dann ebenfalls axial abgeführt und verbrannt werden.The residual gas from the fuel gas streams can either flow away unused or be led into the space 12 , which is formed from the tube 4 and a jacket tube 10 . This residual gas can then also be removed axially and burned.

In Fig. 3 ist als eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Anordnung mit 4 Stapeln pro Ebene gezeigt.An arrangement with 4 stacks per level is shown in FIG. 3 as a preferred embodiment of the invention.

Das Brenngas strömt aus dem Brenngaszuführungsrohr 2 durch die Stapel 11, 21, 31 und 41 in der durch die Pfeile gekennzeichneten Richtung, die Luft strömt aus den Räumen 3 und 13 durch die Stapel in die Räume 6 und 16.The fuel gas flows from the fuel gas supply pipe 2 through the stacks 11, 21, 31 and 41 in the direction indicated by the arrows, the air flows from rooms 3 and 13 through the stacks into rooms 6 and 16 .

Das Restgas kann mit Luft unmittelbar im Raum 6 zwischen Hüllrohr 4 und Mantelrohr 10 verbrannt werden. Dazu sind in dem Rohr Bohrungen 23, 24 vorgesehen, deren Größe und Ort so bemessen sind, daß die Verbrennung an einer definierten Stelle erfolgt.The residual gas can be burned with air directly in space 6 between cladding tube 4 and jacket tube 10 . For this purpose, holes 23, 24 are provided in the tube, the size and location of which are dimensioned such that the combustion takes place at a defined point.

Fig. 4 zeigt die Hintereinanderschaltung von Stapeln 11, 11′, 11′′, 11′′′, wobei in dieser Zeichnung das Mantelrohr nicht dargestellt ist. Die Stapel sind elektrisch über leitende Platten 26, 26′, 26′′ miteinander verbunden. Auch an den Stirnseiten des Rohres sind an den Stapeln leitende Platten angebracht, die der Stromzuführung bzw. -ableitung dienen. Fig. 4 shows the series connection of stacks 11, 11 ', 11'', 11''' , the jacket tube is not shown in this drawing. The stacks are electrically connected to one another via conductive plates 26, 26 ', 26'' . Conductive plates are also attached to the stacks on the end faces of the tube and are used for power supply and discharge.

Die Stege 34, 34′ und 34′′ an den Auslässen 5, 5′, 5′′, 5′′′ im Hüllrohr 4, durch welche die Restgase abgeführt werden, sind nach außen verstärkt ausgeführt. Die Stapel werden in einer weiteren Ausbildung der Erfindung an den Auslässen von außen mit einem Material abgedichtet, dessen Schmelztemperatur zwischen der Betriebstemperatur und der Schmelztemperatur des Stapelmaterials liegt. Dadurch wird es möglich, durch Erhitzen diese Verbindung zu lösen und den Stapel aus dem Rohr wieder herauszunehmen. Der Austausch einzelner defekter Stapel wird dadurch sehr erleichtert.The webs 34, 34 ' and 34'' at the outlets 5, 5', 5 '', 5 ''' in the cladding tube 4 , through which the residual gases are discharged, are reinforced to the outside. In a further embodiment of the invention, the stacks are sealed from the outside at the outlets with a material whose melting temperature lies between the operating temperature and the melting temperature of the stack material. This makes it possible to release this connection by heating and to take the stack out of the tube again. This makes it much easier to replace individual defective stacks.

Zur Abdichtung der Stapel gegenüber der inneren Zylinderfläche des Hüllrohrs 4 ist die obere und untere Abdeckplatte der quaderförmigen Stapel von einem Kreisabschnitt 30 begrenzt, der die formschlüssige Abdichtung zum Hüllrohr 4 sicherstellt. To seal the stack against the inner cylindrical surface of the cladding tube 4 , the upper and lower cover plate of the cuboid-shaped stack is delimited by a circular section 30 , which ensures the positive seal to the cladding tube 4 .

Die Abdichtung gegen das Hüllrohr wird erleichtert, wenn in einer Variante das Hüllrohr 4 einen polygonalen Querschnitt enthält, welcher dem polygonalen Querschnitt des Anschlußrohres 2 entspricht.Sealing against the cladding tube is facilitated if, in one variant, the cladding tube 4 contains a polygonal cross section which corresponds to the polygonal cross section of the connecting tube 2 .

Fig. 6 zeigt die Zusammenstellung von Stapelrohren zu Batterien; die Stapel sind in diesem Beispiel in einer Zweierreihe angeordnet. Fig. 6 shows the assembly of stacking tubes into batteries; in this example the stacks are arranged in a row of two.

In Fig. 7 ist ein abgeflachtes zentrales Anschlußrohr 2 dargestellt, um das Gasvolumen im Rohr 2 zu vermindern, wird der Querschnitt reduziert. Dafür ist ein keramischer Einsatz 33, wie ihn Fig. 8 zeigt, dann eine gute Lösung, wenn in einer Ebene mehr als zwei Stapel von einem zentralen Rohr versorgt werden müssen.In Fig. 7 a flattened central connecting pipe 2 is shown, in order to reduce the volume of gas in the tube 2, the cross section is reduced. A ceramic insert 33 , as shown in FIG. 8, is a good solution for this if more than two stacks have to be supplied by a central tube in one plane.

Das zentrale Rohr 2 hat in diesem Fall einen polygonalen Querschnitt. Die Zahl der Kanten entspricht der Zahl der Stapel.The central tube 2 in this case has a polygonal cross section. The number of edges corresponds to the number of stacks.

Die in Fig. 4 dargestellten Abschlußplatten 25 und 25′ ermöglichen einen sehr einfachen Zu- und Abfluß der Gase. Wie aus den Fig. 2 und 5 ersichtlich, können Öffnungen in den Abschlußplatten so gelegt werden, daß einmal der Raum 3 vorn (Abschlußplatte 25) offen und hinten (Abschlußplatte 25′) geschlossen ist, während man die Öffnung für den Raum 6 hinten, d. h. in der Abschlußplatte 25′ anbringt. Auch im Falle von 4 oder mehr Stapel in einer Ebene bietet diese Vorgehensweise Vorteile, da man nun (s. Fig. 3) die Öffnungen vorn beispielsweise den Räumen 3 und 13 zuordnet, während die Räume 6 und 16 auf der anderen Seite zusammengefaßt werden. Diese Keramikplatten, welche ausreichende Leitfähigkeit besitzen, dienen auch zur Ableitung des Batteriestromes. Zwischen den Stapeln sind Verbindungsplatten 26, 26′ und 26′′ vorgesehen, wie in Fig. 4 dargestellt. Auch diese Platten dienen sowohl der Gasführung als auch der elektrischen Kontaktierung.The end plates 25 and 25 ' shown in Fig. 4 ' allow a very simple inflow and outflow of the gases. As can be seen from FIGS. 2 and 5, openings in the end plates can be placed in such a way that the room 3 at the front (end plate 25 ) is open and the back (end plate 25 ' ) is closed, while the opening for the room 6 is closed at the rear, ie in the end plate 25 ' attaches. Also in the case of 4 or more stacks in a plane, this approach offers advantages, since it is now the openings in front, for example the rooms 3 and 13 assigns (s. Fig. 3), while the spaces 6 and 16 combined on the other side. These ceramic plates, which have sufficient conductivity, also serve to discharge the battery current. Between the stacks, connecting plates 26, 26 ' and 26''are provided, as shown in Fig. 4. These plates also serve both the gas flow and the electrical contact.

Die Austrittsöffnungen 5, 5′ und 5′′ für das Abgas im Rohr 4 sind nach außen hin vorzugsweise verengt, indem die Stege 34, 34′ und 34′′ sich nach außen erweitern.The outlet openings 5, 5 ' and 5'' for the exhaust gas in the tube 4 are preferably narrowed outwards by the webs 34, 34' and 34 '' widening outwards.

Claims (18)

1. Anordnung zum Anschließen von Stapeln von Hochtemperaturbrennstoffzellen an Zuleitungen zu jedem Stapel für zwei Reaktionsgase, wobei als Reaktionsgas ein Wasserstoff enthaltendes Brenngas und als weiteres Reaktionsgas ein Sauerstoff enthaltendes Oxydatorgas vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit ebenen Anschlußflächen für den unmittelbaren, gasdichten Anschluß der Stapel versehenes zentrales Anschlußrohr (2) vorgesehen ist, auf welchem die Stapel (11, 11′, 11′′, 11′′′) hintereinander angeordnet sind, daß das erste Reaktionsgas durch dieses zentrale Anschlußrohr (2) strömt, während die Zuleitung des zweiten Reaktionsgases in einem Zwickelraum (6, 16) zwischen dem Rohr (2) und einem Hüllrohr (4) erfolgt, und daß in einer Ebene senkrecht zur Achse des zentralen Anschlußrohres (2) mehrere Stapel (1, 11, 21) auf ebenen Anschlußfläche des Rohres (2) angeordnet sind. 1. Arrangement for connecting stacks of high-temperature fuel cells to feed lines to each stack for two reaction gases, a hydrogen-containing fuel gas as the reaction gas and an oxygen-containing oxidizer gas being provided as the reaction gas, characterized in that one with flat connecting surfaces for the direct, gas-tight connection the stack provided central connecting pipe ( 2 ) is provided, on which the stack ( 11, 11 ', 11'',11''' ) are arranged one behind the other, that the first reaction gas flows through this central connecting pipe ( 2 ) while the feed line of the second reaction gas in a gusset ( 6, 16 ) between the tube ( 2 ) and a cladding tube ( 4 ), and that in a plane perpendicular to the axis of the central connecting tube ( 2 ) several stacks ( 1, 11, 21 ) on levels Connection surface of the tube ( 2 ) are arranged. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Reaktionsgas über das zentrale Anschlußrohr (2) zugeführt ist und durch Ausnehmungen (8, 18) in dem Rohr (2) in die Stapel (1, 11) eintritt, daß die Abgase der Stapel durch Öffnungen in radialer Richtung geführt werden und daß das zweite Reaktionsgas durch einen Raum (6) geführt wird, der durch die Innenwandung des Rohrs (4) und die Frischluftseite der Stapel (1, 11) gebildet wird, und daß die Abluft durch einen Raum (3) geführt ist, der durch die Innenwandung des Rohrs (4) und die Abluftseite der Stapel (1, 11) gebildet wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the first reaction gas is supplied through the central supply pipe (2) and entering through recesses (8, 18) in the tube (2) into the stack (1, 11), that the exhaust gases the stack is passed through openings in the radial direction and that the second reaction gas is passed through a space ( 6 ) which is formed by the inner wall of the tube ( 4 ) and the fresh air side of the stack ( 1, 11 ), and that the exhaust air through a space ( 3 ) is guided, which is formed by the inner wall of the tube ( 4 ) and the exhaust air side of the stack ( 1, 11 ). 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Reaktionsgas ein Brenngas und das zweite Reaktionsgas ein luft- oder sauerstoffhaltiges Gas ist.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized, that the first reaction gas is a fuel gas and the second reaction gas is a gas containing air or oxygen. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Reaktionsgas ein Brenngas und das erste Reaktionsgas ein luft- oder sauerstoffhaltiges Gas ist.4. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized, that the second reaction gas is a fuel gas and the first reaction gas is a gas containing air or oxygen. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Stapel unmittelbar umgebende Hüllrohr (4) von einem weiteren Mantelrohr (10) umgeben ist, in das das Abgas des Heizgases durch Öffnungen (5, 15) geleitet wird.5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cladding tube ( 4 ) immediately surrounding the stack is surrounded by a further casing tube ( 10 ) into which the exhaust gas of the heating gas is passed through openings ( 5, 15 ). 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Abluft in den Mantelraum (12) eingeleitet wird.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that part of the exhaust air is introduced into the jacket space ( 12 ). 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft durch Bohrungen (23, 24) im Hüllrohr (4) dosiert wird und daß eine Verbrennung noch nicht zur Reaktion gelangter Brenngase an einer definierten Stelle erfolgt. 7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the exhaust air is metered through bores ( 23, 24 ) in the cladding tube ( 4 ) and that combustion of fuel gases which have not yet reacted takes place at a defined point. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Anschußrohr (2) einen polygonalen Querschnitt aufweist.8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the central connecting tube ( 2 ) has a polygonal cross section. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (4) einen polygonalen Querschnitt, ähnlich dem des Anschlußrohres (2) aufweist.9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cladding tube ( 4 ) has a polygonal cross section, similar to that of the connecting tube ( 2 ). 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (5, 5′, 5′′, 5′′′) der Stapel mit dem Rohr (4) von außen abgedichtet sind.10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the outlets ( 5, 5 ', 5'',5''' ) of the stack with the tube ( 4 ) are sealed from the outside. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse eine geradzahlige Anzahl von Stapeln angeordnet ist.11. Arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized, that an even number in a plane perpendicular to the pipe axis is arranged by stacks. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß 2 oder 4 Stapel in einer Ebene angeordnet sind.12. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized, that 2 or 4 stacks are arranged in one level. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (34, 34′, 34′′) zwischen den Auslässen (5, 5′, 5′′, 5′′′) im Rohr (4) nach außen erweitert ausgeführt sind.13. Arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the webs ( 34, 34 ', 34'' ) between the outlets ( 5, 5', 5 '', 5 ''' ) in the tube ( 4 ) are extended to the outside. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelscheiben in Reihe geschaltet sind.14. Arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized, that the stacking discs are connected in series. 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende jeder Stapelreihe leitende Anschlußplatten (25, 25′) für die Strom- und Gasanschlüsse vorgesehen sind. 15. Arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that at the end of each stack row conductive connection plates ( 25, 25 ' ) are provided for the power and gas connections. 16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Gasanschlußstücke oder Kappen an den Stirnseiten zur Zu- bzw. Ableitung der Gase vorgesehen sind.16. Arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized, that gas connectors or caps on the front sides for supply or Derivation of the gases are provided. 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt zwischen dem Innenrohr (4) und dem Außenrohr (10) an den Stirnseiten abgeschlossen und ein Anschluß für die Abgase vorgesehen ist.17. Arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that the annular gap between the inner tube ( 4 ) and the outer tube ( 10 ) is closed at the end faces and a connection for the exhaust gases is provided. 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelrohre aneinandergereiht zu Batterien zusammengestellt sind.18. Arrangement according to one of claims 1 to 17, characterized, that the stacked tubes put together to form batteries are.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4324907A1 (en) * 1993-07-24 1995-01-26 Dornier Gmbh Interconnection of fuel cells
DE19517042C1 (en) * 1995-05-10 1996-12-05 Mtu Friedrichshafen Gmbh Fuel cell arrangement
DE19636903C1 (en) * 1996-09-11 1998-01-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Fuel-cell module
DE19650901A1 (en) * 1996-12-07 1998-06-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Device for connecting a line to a fuel cell stack
WO2004025769A2 (en) * 2002-09-12 2004-03-25 Nuvera Fuel Cells Europe S.R.L. Membrane electrochemical generator
AT525448A4 (en) * 2022-06-27 2023-04-15 H2i GreenHydrogen GmbH Connection unit for cell stacks

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5480738A (en) * 1994-02-04 1996-01-02 Ceramatec, Inc. Fuel cell module
DE19606665C2 (en) * 1996-02-23 2003-02-27 Aeg Energietechnik Gmbh Plant for generating electrical energy with solid oxide fuel cells
DE19645111C2 (en) * 1996-11-01 1998-09-03 Aeg Energietechnik Gmbh Space-saving cell stack arrangement made of solid oxide fuel cells
CN103311558B (en) * 2013-05-30 2015-09-30 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Galvanic pile array in a kind of solid oxide fuel cell power generating system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3333378A1 (en) * 1982-09-30 1984-04-05 United Technologies Corp., 06101 Hartford, Conn. FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME
DE2617686C2 (en) * 1975-05-02 1986-09-04 United Technologies Corp., Hartford, Conn. Fuel cell system and method for feeding reaction gas into the fuel cells
DE2828397C2 (en) * 1977-06-29 1987-07-23 Electrochemische Energieconversie N.V., Mol, Be

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57182976A (en) * 1981-05-07 1982-11-11 Hitachi Ltd Fuel cell
JPS58161272A (en) * 1982-03-19 1983-09-24 Mitsubishi Electric Corp Stacked fuel cell
JPS60235365A (en) * 1984-05-08 1985-11-22 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd Structure of plural cell-stack fuel cell
JPS62232275A (en) * 1986-04-01 1987-10-12 Matsushita Graphic Commun Syst Inc Picture recording and reproducing device
EP0378812A1 (en) * 1989-01-18 1990-07-25 Asea Brown Boveri Ag Arrangement of fuel cells based on a solid electrolyte operating at a high temperature, consisting of zirconium oxide, to obtain maximum possible power
JPH0541239A (en) * 1991-06-18 1993-02-19 Nkk Corp High temperature type fuel cell module
US5298341A (en) * 1992-08-20 1994-03-29 Cerramatec, Inc. Multiple stack ion conducting devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2617686C2 (en) * 1975-05-02 1986-09-04 United Technologies Corp., Hartford, Conn. Fuel cell system and method for feeding reaction gas into the fuel cells
DE2828397C2 (en) * 1977-06-29 1987-07-23 Electrochemische Energieconversie N.V., Mol, Be
DE3333378A1 (en) * 1982-09-30 1984-04-05 United Technologies Corp., 06101 Hartford, Conn. FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4324907A1 (en) * 1993-07-24 1995-01-26 Dornier Gmbh Interconnection of fuel cells
DE19517042C1 (en) * 1995-05-10 1996-12-05 Mtu Friedrichshafen Gmbh Fuel cell arrangement
DE19636903C1 (en) * 1996-09-11 1998-01-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Fuel-cell module
DE19650901A1 (en) * 1996-12-07 1998-06-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Device for connecting a line to a fuel cell stack
DE19650901C2 (en) * 1996-12-07 1999-03-25 Forschungszentrum Juelich Gmbh Device for connecting a line to a fuel cell stack
WO2004025769A2 (en) * 2002-09-12 2004-03-25 Nuvera Fuel Cells Europe S.R.L. Membrane electrochemical generator
WO2004025769A3 (en) * 2002-09-12 2005-03-24 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Membrane electrochemical generator
AT525448A4 (en) * 2022-06-27 2023-04-15 H2i GreenHydrogen GmbH Connection unit for cell stacks
AT525448B1 (en) * 2022-06-27 2023-04-15 H2i GreenHydrogen GmbH Connection unit for cell stack

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