NL2006172C2 - Brandstofcelsysteem. - Google Patents

Description

P94037NL00

Titel: Brandstofcelsysteem

De uitvinding richt zich op een brandstofcelsysteem met ten minste een buisvormig uitgevoerde brandstofcel, waarbij de brandstofcel een binnenste elektrode en een buitenste elektrode vertoont, waarbij een reactant door een basislichaam en door een binnenruimte van de 5 brandstofcel van de binnenste elektrode toevoerbaar is en een andere reactant die door een buitenruimte rondom de brandstofcel van de buitenste elektrode toevoerbaar is, waarbij de reactanten elektrochemisch aan de elektroden omzetbaar zijn en daarbij een elektrische stroom opwekbaar is, volgens de aanhef van conclusie 1.

10

Stand van de techniek

Bij hoge-temperatuur-brandstofcellen zoals bijvoorbeeld een SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) die bij ca. 650-1000 °C werken, is het bijzonder 15 moeilijk een elektroderuimte van een anode en een elektroderuimte van een kathode als gevolg van de hoge temperaturen van elkaar af te dichten, zodat een oxidatiemiddel en een brandstof zich niet met elkaar kunnen vermengen.

In US 2008/0118812 Al worden een bundel buisvormige, dat wil 20 zeggen pijpvormige brandstofcellen die als SOFC zijn gevormd, getoond, waarbij de brandstofcellen aan beide zijden open zijn. De beide zijden worden telkens in een steunplaat ingericht die alle brandstofcellen gemeen hebben en worden daar telkens door een dichtmiddel zoals glas, was of zilver afgedicht. Een nadeel is hierbij dat glas of was, afhankelijk van de 25 hoge temperaturen, over tijd bros en gasdoorlatend wordt. Zilver is daarentegen te kostbaar. Een verder nadeel is, dat enkele defecte brandstofcellen niet kunnen worden verwisseld. In plaats daarvan zouden 2 de dichtingen van de gehele steunplaat moeten worden verbroken en de steunplaat van de defecte brandstofcel moeten worden verwijderd. Als alternatief zouden bij een defecte brandstofcel ook alle nog intacte brandstofcellen die door middel van versmelting via de gemeenschappelijke 5 steunplaat met de defecte brandstofcel zijn verbonden, verwisseld moeten worden.

Een gemakkelijke verwisselbaarheid van een defecte brandstofcel is in het bijzonder nodig als brandstofcellen met elkaar elektrisch in serie worden geschakeld om de elektrische spanning te verhogen. Bij een 10 serieschakeling leidt een defecte brandstofcel er echter toe, dat er geen stroom meer door de serie met defecte brandstofcellen kan stromen, zodat door reeds één defecte brandstofcel het elektrische vermogen van het brandstofcelsysteem met het elektrische vermogen van de gehele met de defecte brandstofcel in serie geschakelde brandstofcellen wordt verminderd.

15 Hierdoor wordt een snelle verwisseling van de defecte brandstofcel voor het regenereren van het elektrische vermogen van de brandstofcel noodzakelijk.

Openbaarmaking van de uitvinding 20 Een doel van de uitvinding is om een brandstofcelsysteem ter beschikking te stellen, waarbij een eenvoudige verwisselbaarheid van een enkele defecte brandstofcel mogelijk wordt gemaakt. In het bijzonder zal er bovendien worden voorzien in een dichting van de brandstofcellen met een lange levensduur.

25 Om dit doel te bereiken wordt een brandstofcelsysteem met de maatregelen van conclusie 1, in het bijzonder het kenmerkende gedeelte, voorgesteld. Voordelige ontwikkelingen van de uitvinding zijn in de afhankelijke conclusies aangegeven. Daarbij kunnen de in de conclusies en in de beschrijving genoemde maatregelen telkens op zichzelf of in 30 combinatie essentieel zijn voor de uitvinding.

3

Volgens de uitvinding is voorzien dat de brandstofcel met een bevestigingsmiddel door middel van vormsluiting aan het basislichaam is bevestigd, waarbij in het bijzonder het bevestigingsmiddel de brandstofcel 5 ook door middel van krachtopsluiting aan het basislichaam bevestigt, waardoor de binnenruimte tegen de buitenruimte is afgedicht.

Een buisvormige brandstofcel vertoont een pijp, die meerder lagen vertoont. Aan een binnenzijde bevindt zich een eerste, binnenste elektrode. Daaroverheen bevindt zich een elektrolytlaag die de eerste elektrode van 10 een tweede, buitenste elektrode scheidt en die zich aan een buitenzijde van de pijp bevindt. Aan de beide elektroden kunnen zich telkens een gasdiffusielaag en/of een elektrische contactlaag bevinden. Er wordt telkens één reactant voor een elektrochemische reactie van de brandstofcel, dat wil zeggen een brandstof of een oxidatiemiddel, aan één elektrode toegevoerd. 15 Op voordelige wijze, maar niet beperkend, komt een anode van een brandstofcel overeen met de eerste elektrode en komt een kathode van de brandstofcel overeen met de tweede elektrode, zodat een brandstof van de anode in een binnenruimte van de brandstofcel en een oxidatiemiddel van de kathode door een buitenruimte wordt toegevoerd. Als brandstof kan 20 waterstof en als oxidatiemiddel kan zuurstof of zuurstofhoudende lucht zijn voorzien. De waterstof kan door een extern of intern reformeerproces worden gewonnen. Als dragende, vormgevende structuur van de brandstofcel kan in het bijzonder of de anode of de elektrolytlaag zijn voorzien. De brandstofcel is aan een basislichaam ingericht dat ten minste 25 een toevoerkanaal bevat voor het toevoeren van de brandstof en ten minste een afvoerkanaal omvat voor het afvoeren van de niet omgezette brandstof en het reactieproduct, bijvoorbeeld water. Hierbij is de brandstofcel volgens de uitvinding door middel van vormsluiting, maar niet door middel van versmelting, met een bevestigingsmiddel aan het basislichaam gefixeerd, 30 waarbij het bevestigingsmiddel een omkantelen van de brandstofcel 4 tegengaat. Doordat er geen versmelting is, laat de brandstofcel zich gemakkelijk van het basislichaam scheiden.

In de brandstofcel moet een vermenging van brandstof en oxidatiemiddel zo veel mogelijk worden vermeden, zodanig dat zo veel 5 mogelijk brandstof elektrochemisch wordt omgezet en de efficiëntie van het brandstofcelsysteem daarmee zo hoog mogelijk is. Bovendien mag in het geval van bijvoorbeeld een vermenging van waterstof en zuurstof geen veiligheidsprobleem ontstaan door een knalgasreactie. Daarom moeten de binnenruimte en de buitenruimte ten opzichte van elkaar betrouwbaar 10 worden afgedicht. Wordt de brandstofcel door het bevestigingsmiddel met een voldoende hoge kracht, dus door middel van krachtopsluiting, tegen het basislichaam gedrukt, dan wordt tegelijkertijd de binnenruimte van de buitenruimte afgedicht. Hierbij kunnen bij voorkeur de op elkaar liggende oppervlakken van het basislichaam en de brandstofcel worden geslepen. Als 15 alternatief kunnen labyrintafdichtingen ingestempeld of respectievelijk worden ingewerkt, waarbij de labyrinten van de labyrintafdichtingen eventueel met een tweede geschikte stof kunnen worden gevuld. Daarmee kan lokaal een verhoogde vlaktedruk voor een losmaakbare dichting worden bereikt, terwijl lekgevoelige holtes of paden worden vermeden. De dichting 20 wordt bereikt zonder een versmeltend of verouderingsgevoelig dichtmiddel. De dichting volgens de uitvinding is daarmee hoofdzakelijk onderhoudsvrij.

Bij voorkeur wordt het bevestigingsmiddel volgens de uitvinding bij een brandstofcel gebruikt, die aan een eerste zijde gesloten en aan een tegenoverliggende tweede zijde open is, waarbij de brandstofcel aan het 25 basislichaam met de tweede zijde is ingericht. Hierdoor is een bevestiging en eventueel de dichting aan maar één zijde in maar één basislichaam nodig. Door de eenzijdige vaste lagering van deze inrichting hebben maatveranderingen van de brandstofcel, die door temperatuurschommelingen in het bijzonder bij het opstarten niet zijn te 30 vermijden, een aanzienlijk kleinere invloed op de afdichting. In het 5 bijzonder worden zo ook mechanische vervorming vermeden, zoals deze bij een tweezijdige in steunplaten geïntegreerde pijpvormige brandstofcel kunnen optreden. Om de gesloten tweede zijde gasdicht te houden, kan de dragende structuur van de brandstofcel bijvoorbeeld door middel van een 5 spuitgietproces, in het bijzonder voor keramische of keramische composietmaterialen, worden vervaardigd. Bij de brandstofcel kan het gaan om een hoge-temperatuur-brandstofcel, bijvoorbeeld een SOFC.

Opdat de brandstofcel gemakkelijk van het basislichaam losmaakbaar is, kan er in worden voorzien dat het bevestigingsmiddel direct 10 aan het basislichaam omkeerbaar losmaakbaar is bevestigd, bijvoorbeeld geschroefd. Hierdoor laat het bevestigingsmiddel zich losdraaien of losmaken, zodat de brandstofcel in het geval van een defect gemakkelijk verwisselbaar is. Bij voorkeur wordt het bevestigingsmiddel op een plaats met het basislichaam vastgeschroefd, waar de temperatuur ook tijdens 15 gebruik van de brandstofcel zo laag is, dat corrosie van een schroef of een door temperatuur beïnvloede nalatende vastheid van gebruikte materialen effectief wordt verhinderd. Vindt de elektrochemische reactie ver genoeg verwijderd van het basislichaam alleen maar in een bovenste deel van de pijp van de brandstofcel plaats, dan kan bijvoorbeeld het bevestigingsmiddel 20 nabij de brandstofcel aan het basislichaam worden vastgeschroefd. Bij voorkeur vindt het vastschroeven op een afstand van de brandstofcel plaats. Het basislichaam wordt ten minste aan het naar de brandstofcel toegekeerde oppervlak bij voorkeur vervaardigd uit een elektrisch isolerende, hogetemperatuurvaste keramiek. Om een schroefdraad in de 25 keramiek van het basislichaam te vermijden, kan er als alternatief een houder zijn voorzien, die het bevestigingsmiddel en het basislichaam indirect, in het bijzonder lijmklemachtig, met elkaar verbindt. Eveneens kan als alternatief voor het vastschroeven de brandstofcel een materiaal met een hogere thermische uitzettingscoëfficiënt dan het bevestigingsmiddel 30 en het basislichaam vertonen, zodat in een gebruikstoestand bij hoge 6 temperatuur de brandstofcel tussen het bevestigingsmiddel en het basislichaam is ingeperst. In dit geval kunnen het bevestigingsmiddel en het basislichaam monolithisch zijn gevormd.

Het is denkbaar dat de brandstofcel een flens vertoont die direct of 5 indirect op het basislichaam rust. Het bevestigingsmiddel kan als staaf zijn gevormd en over de flens zijn ingericht, zodat de flens door middel van vormsluiting tussen de staaf en het basislichaam ligt. Voorts kan het bevestigingsmiddel met een kracht tegen het basislichaam worden gedrukt, bijvoorbeeld doordat het bevestigingsmiddel en het basislichaam met elkaar 10 worden vastgeschroefd. Hierdoor wordt de flens door middel van krachtopsluiting tussen het bevestigingsmiddel en het basislichaam vastgehouden.

Het brandstofcelsysteem kan meerdere brandstofcellen vertonen. Het kan zijn dat een staaf telkens maar één brandstofcel bevestigd. Bij voorkeur 15 bevestigt de staaf ten minste twee brandstofcellen met elkaar, doordat de staaf in de breedte en/of in de lengte op de corresponderende flensen van de brandstofcellen ligt. Hierbij kan de staaf ook alleen aan twee einden aan het basislichaam zijn bevestigd, in het bijzonder vastgeschroefd. De staaf kan door zijn lengte meerdere achterelkaar ingerichte brandstofcellen 20 bevestigen. De brandstofcellen kunnen in een ruimtelijk veld zijn ingericht. In het bijzonder kunnen de brandstofcellen zo zijn ingericht dat ze samen een rechthoek van ten minste twee rijen en twee bij voorkeur loodrecht op de rijen staande kolommen vormen. Hierbij kan een staaf tegelijkertijd twee kolommen bevestigen, doordat de staaf in zijn breedte over steeds twee 25 naburige flensen van de twee kolommen ligt en in zijn lengte alle flensen van de twee kolommen overdekt. Elke brandstofcel wordt op voordelige wijze door de twee staven, die in het bijzonder parallel zijn, aan het basislichaam bevestigd.

7

Het kan zijn dat de flens zich in verscheidene van de brandstofcel afgekeerde richtingen verschillend ver uitstrekt en bijvoorbeeld elliptisch of rechthoekig is uitgevoerd. Hierdoor laat zich de brandstofcel zoals bij een bajonetsluiting tijdens het plaatsen onder het bevestigingsmiddel draaien.

5 In bevestigde toestand strekt zich de flens in de lengte onder het bevestigingsmiddel uit. Bij het uitnemen van de brandstofcel wordt er wederom door middel van een draaibeweging de vormsluiting met het bevestigingsmiddel opgeheven, zodat de brandstofcel van het brandstofcelsysteem kan worden weggenomen zonder dat de beide staven 10 volledig moeten worden losgemaakt. Dit vergemakkelijkt eveneens het verwisselen van een enkele defecte brandstofcel.

In een alternatieve, bajonetsluitachtige uitvoeringsvorm kan het bevestigingsmiddel als een ring zijn uitgevoerd, in het bijzonder ten minste deels van keramiek. In het basislichaam zijn in deze uitvoeringsvorm 15 uitsparingen voorzien, die rond een enkele brandstofcel zijn ingericht. De brandstofcel wordt dan op het basislichaam geplaatst en elektrisch verbonden. De mechanische bevestiging volgt, doordat de ring die over de brandstofcel wordt geplaatst en in de uitsparingen van het basislichaam grijpt en met een draaiing kan worden vergrendeld. Deze uitvoeringsvorm 20 maakt een geometrisch eenvoudige brandstofcel mogelijk, die met de ring door middel van vormsluiting en/of krachtopsluiting aan het basislichaam kan worden bevestigd.

Het is denkbaar dat het bevestigingsmiddel elektrisch geleidend is. In het bijzonder kan het bij een gestructureerde rechthoekige inrichting van de 25 brandstofcel zijn voorzien, dat er telkens een rij brandstofcellen elektrisch in serie is geschakeld. Wordt nu een staaf als elektrische geleidend bevestigingsmiddel zodanig gebruikt, dat de staaf ten minste één kolom bevestigt en daarbij tegelijkertijd met telkens de buitenste elektrode van de brandstofcel een kolom direct of indirect via een contactelement elektrisch is 30 verbonden, dan worden de brandstofcellen van een kolom elektrisch parallel 8 geschakeld. Wordt een ring als elektrisch geleidend bevestigingsmiddel uitgevoerd en zodanig vormgegeven, dat deze naar het centrum van de brandstofcel toe niet symmetrisch is, laten zich brandstofcellen eveneens elektrisch met elkaar verbinden. Hierbij kan de ring in de lengte in de 5 richtingen zijn gevormd, waarvan een elektrisch contact met naburige brandstofcellen, ringen en/of elektrische contactelementen gewenst is. In de overige richtingen is de ring van zulk een geringe ruimtelijke omvang, dat een elektrisch contact met ongewenste elektroden, anderen ringen en/of contactelementen achterwege blijft. Komen meerdere ringen van een kolom 10 achterelkaar in elektrisch contact, dan kan de brandstofcel van een kolom eveneens elektrisch parallel worden geschakeld.

Wordt telkens één kolom door elektrisch geleidende bevestigingsmiddelen, in het bijzonder steeds een elektrisch geleidende staaf of meerdere elektrische ringen, elektrisch parallel met elkaar 15 verbonden, dan ontstaat er een structuur van elektrisch geleidende verbindingen, die op een matrix lijkt. Als nu een brandstofcel defect raakt, kan elektrische stroom langs de defecte brandstofcel door de andere rijen stromen. De intacte brandstofcellen van de rij die de defecte brandstofcel bevat, kunnen voorts elektrisch vermogen genereren. Het elektrisch 20 vermogen van het brandstofcelsysteem wordt daarmee niet met het elektrische vermogen van de gehele rij, die de defecte brandstofcel bevat, verminderd, maar alleen met het vermogen van de defecte brandstofcel zelf. Hetzelfde geldt voor het geval dat een brandstofcel niet genoeg met brandstof en/of oxidatiemiddel wordt voorzien en daarmee een elektrische 25 stroom door de ondervoorziene brandstofcel eveneens verregaand is verhinderd. Ook hier is door de parallelle elektrische schakeling van de rijen voorts een elektrische stroomvloei mogelijk, zodat het elektrische vermogen van het brandstofcelsysteem niet in belangrijke mate afneemt. Bij voorkeur zijn meer dan twee rijen elektrisch parallel geschakeld, zodat het 30 elektrische vermogen door de uitval van één brandstofcel niet wordt 9 overbelast, maar dat de stroomvloei zich over meerdere rijen kan verdelen. Een volgens de uitvinding elektrisch geleidend bevestigingsmiddel heeft daarmee niet alleen het voordeel dat het eenvoudige verwisselen van enkele defecte brandstofcellen mogelijk is. Veeleer biedt het elektrisch geleidende 5 bevestigingsmiddel eveneens het voordeel, dat het een verwisselen van een defecte brandstofcel pas op een later tijdstip, bijvoorbeeld tijdens voorgeschreven, reguliere onderhoudsintervallen mogelijk maakt, omdat door de elektrisch parallelle schakeling het elektrische vermogen van het brandstofcelsysteem door een defecte brandstofcel slechts gering afneemt.

10 Ook kan door een elektrische spanningsegalisatie tussen parallel geschakelde brandstofcellen een vervroegde veroudering van de brandstofcel worden tegengegaan, die anders vanwege verschillende brandstofvoorziening en daarmee verschillende spanningen zou ontstaan.

De toestroom en terugstroom van de brandstof en/of het 15 oxidatiemiddel kan voor het veld van brandstofcellen op verschillende manieren worden gekozen. Brandstofcellen kunnen vloeistoftechnisch in groepen zijn geschakeld en deze groepen van brandstofcellen krijgen een gemeenschappelijke verdeler en/of collector. Hierdoor wordt bij een geschikte constructie een gelijkmatige verdeling van de brandstof en/of van 20 het oxidatiemiddel bereikt. De groepen kunnen daarbij in de rijen of de kolommen of als eilanden zijn ingericht. Een elektrische schakeling in groepen brengt niet noodzakelijk een dekkingsgelijke vloeistoftechnische schakeling met zich mee.

Om het eenvoudig verwisselen van een brandstofcel mogelijk te 25 maken, moet ook de elektrische verbinding, die de brandstofcellen elektrisch in serie schakelt, gemakkelijk los te maken en te bevestigen zijn. Hierbij kan een metalen contactelement zijn voorzien, dat een ringvormig eerste gedeelte vertoont, die de binnenste elektrode van een brandstofcel direct of indirect via een contactlaag verbindt. Hierbij kan het eerste gedeelte 30 strippen vertonen, die in de richting van de binnenste elektrode kunnen 10 worden omgebogen of omgebogen zijn. Als alternatief kan het eerste gedeelte als schijfveer worden uitgevoerd, die zich verend in de richting van het basislichaam uitstrekt en daarmee voor een goede afdichting zorgt. Aan het andere einde van het contactelement bevindt zich een tweede gedeelte.

5 Het tweede gedeelte kan als ongeveer een halve cirkel worden uitgevoerd, die voor het verbinden van de buitenste elektrode van de naburige brandstofcel dient. De halve cirkel kan eveneens strippen vertonen, die in de richting van de buitenste elektrode worden omgebogen of omgebogen zijn.

Bij het verwisselingsproces kan de halve cirkel eenvoudig door het buigen 10 van het contactelement van de te verwisselen brandstofcel worden verwijderd en daarna weer aan een nieuwe brandstofcel worden gemonteerd. Als alternatief kan het tweede gedeelte eveneens als schijfveer worden uitgevoerd, die een binnendiameter heeft, die in het bijzonder met de buitendiameter van de brandstofcel overeenkomt, of als ring met in het 15 bijzonder strippen. In deze gevallen is het tweede gedeelte omkeerbaar losmaakbaar met het eerste gedeelte verbonden, zodat bij een verwisseling van de brandstofcel het tweede gedeelte losgemaakt en van de defecte brandstofcel kan worden verwijderd.

Het bevestigingsmiddel kan met een contactelement in elektrisch 20 contact staan en daardoor de parallelle schakeling realiseren. In het bijzonder kan het contactelement zich in een uitsparing van de flens bevinden, waaroverheen het bevestigingselement zich uitstrekt. Dat betekent, dat zich tussen het bevestigingselement en het basislichaam niet alleen slechts de flens bevindt, maar ook het contactelement. Door middel 25 van het contactelement is daarmee een relatief zacht, elastisch en daarmee verend element tussen het bevestigingsmiddel en het basislichaam ingericht, dat door temperatuurschommelingen veroorzaakte krachten of door vervaardiging veroorzaakte toleranties kan opvangen. Het contactelement kan uit hogetemperatuur-vast staal zijn vervaardigd. Als 30 alternatief of additioneel kunnen meerdere veerelementen zijn voorzien. Het 11 bevestigingsmiddel kan elektrisch geïsoleerde stukken bevatten om een elektrische isolering van het bevestigingsmiddel aan elektroden en contactelementen te garanderen, waarvan elektrische verbindingen met het bevestigingsmiddel niet wenselijk is.

5 Verdere maatregelen die de uitvinding verbeteren volgen uit de navolgende beschrijving van de uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding, die schematisch in de figuren zijn weergegeven. Alle uit de conclusies, de beschrijving of de tekeningen voortvloeiende kenmerken en/of voordelen, inclusief constructieve details, ruimtelijke inrichting en werkwijzestappen 10 kunnen zowel op zichzelf als ook in verschillende combinaties essentieel zijn voor de uitvinding. Er wordt getoond: fig. 1 een bovenaanzicht van een deel van een brandstofcelsysteem volgens de uitvinding, 15 fig. 2 een doorsnede van twee brandstofcellen langs de snijlijn I-I van fig.

1, fig. 3 een bovenaanzicht van een contactelement van fig. 2, fig. 4 een doorsnede langs de snijlijn A-A van fig. 1, fig. 5 een perspectivisch aanzicht van een brandstofcel met een 20 bevestigingsmiddel volgens de uitvinding en fig. 6 een vervangingsschema van fig. 1.

Elementen met gelijke functie en werkwijze zijn in de figuren 1 tot en met 6 met dezelfde verwijzingscijfers voorzien.

25 In fig. 1 is een deel van een brandstofcelsysteem 10 volgens de uitvinding in een bovenaanzicht afgebeeld. Het brandstofcelsysteem 10 vertoont vijftien buisvormige brandstofcellen 20, die als SOFC zijn uitgevoerd, De brandstofcellen 20 zijn rechthoekig in drie rijen 40 met steeds vijf brandstofcellen 20 verdeeld. Hierdoor ontstaan er vijf loodrecht 30 op de rijen 40 ingerichte kolommen 41 met telkens drie brandstofcellen 20.

12

De brandstofcellen 20 zijn op een gemeenschappelijk basislichaam 11 ingericht. De brandstofcellen 20 vertonen telkens één flens 21, die samen met de brandstofcellen 20 op het basislichaam 11 rusten. Zes staven 30, 30’ zijn loodrecht op de rijen 40 tussen de kolommen 41 ingericht. De beide 5 buitenste staven 30’ rusten door hun lengte op de flensen 21 van een kolom 41, zodat een staaf 30’ telkens drie brandstofcellen 20 bevestigt. De binnenste staven 30 rusten in hun breedte op de naburige brandstofcellen 20 van twee kolommen 41. Hun lengte overspant wederom de lengte van een kolom 41, zodat een binnenste staaf 30 telkens zes brandstofcellen 20 10 bevestigt. De flens 21 van elke brandstofcel 20 wordt aan twee tegenovergestelde zijden, die in fig. 1 als links en rechts zijn afgebeeld, door steeds één staaf 30 of 30’ gefixeerd. Als elektrisch contact van de brandstofcellen 20 in een serieschakeling is telkens een tweede gedeelte 53 van een contactelement 50 afgebeeld, die een in fig. 1 niet afgebeelde 15 kathode 24 van de brandstofcel 20 over een niet afgebeelde contactlaag 28 contacteert. In fig. 3 wordt er op het contactelement 50 ingegaan. Een bevestiging voor de staaf 30, 30’ aan het basislichaam 11 is niet in fig. 1 afgebeeld.

Fig. 2 tont een doorsnede van het basislichaam 11 met twee naburige 20 brandstofcellen 20 van een rij 40, die aan het basislichaam 11 zijn ingericht volgens snijlijn I-I van fig. 1. De brandstofcellen 20 vertonen telkens een binnenruimte 22 waarin de brandstof instroomt om aan een binnenste elektrode die als anode 23 fungeert, elektrochemisch te reageren. Het oxidatiemiddel in een buitenruimte 13 reageert elektrochemisch met een 25 buitenste elektrode die als kathode 24 fungeert. De anode 23 en de kathode 24 zijn door middel van een elektrolytlaag 25 uit een vaste keramiek, bijvoorbeeld van yttrium voorzien zirkoniumdioxide, van elkaar gescheiden. Hierbij fungeert de elektrolytlaag 25 als dragende, vormgevende structuur van de brandstofcel 20. De elektrolytlaag 25 is pijpvormig gevormd, waarbij 30 een eerste zijde 26 gesloten is en een tweede zijde 27 van de elektrolytlaag 13 25 en daarmee de brandstofcel 20 open is. De flens 21 is als materiaaleenheid met de elektrolytlaag 25 uitgevoerd. De elektrolytlaag 25 samen met de flens 21 worden door een gemeenschappelijk spuitgietproces vervaardigd, waardoor de eerste zijde 26 en de overgang tussen de 5 elektrolytlaag 25 en de flens 21 geen gasdoorlatende of brosse naden vertoont. Voor het vervaardigen van het basislichaam 11 kan een CIM-werkwijze worden gebruikt.

Zowel aan de anode 23 alsook aan de kathode 24 bevindt zich telkens een keramische contactlaag 28 van 10 tot 100 pm dikte, bijvoorbeeld in de 10 vorm van een rooster, dat door een zeefdruk werk wij ze wordt aangebracht. Dit rooster kan naar gelang het nodig is door galvanische processtappen, zoals bijvoorbeeld door een zinkafscheiding worden versterkt, zodat genoeg dwarsdoorsneden voor de elektrische stroomgeleiding beschikbaar zijn. De beide in fig. 2 afgebeelde brandstofcellen 20 zijn elektrisch in serie 15 geschakeld. Hierbij leidt een elektrisch geleidend, metalen contactelement 50 van de anode 23 van de links afgebeelde brandstofcel 20 naar de kathode 24 van de rechts afgebeelde brandstofcel 20. Een bovenaanzicht van het contactelement 50 is in fig. 3 afgebeeld. Een eerste gedeelte 51 van het contactelement 50 contacteert de contactlaag 28 van de anode 23. Daarbij 20 vertoont het eerste gedeelte 51 strippen 52, die in de richting van de anode 23 zijn omgebogen en vlak tegen de contactlaag 28 aanliggen. Een tweede halfcirkelvormig gedeelte 53 van het contactelement 50 contacteert de contactlaag 28 van de kathode 24 van de naburige brandstofcel 20. Ook aan een tweede gedeelte 53 zijn strippen 52 aanwezig, die in de richting van de 25 kathode 24 zijn omgebogen en vlak op, respectievelijk aan de contactlaag 28 aanliggen. Opdat een goede grip en een elektrisch contact tussen het tweede gedeelte 53 en de kathode 24 is gewaarborgd, wordt de binnendiameter van het tweede gedeelte 53 iets kleiner gekozen dan de buitendiameter van de kathode 24. Evenzo zijn in fig. 2 delen van twee verdere contactelementen 30 50 afgebeeld: een deel van een contactelement 50 dat de kathode 24 van de 14 linker brandstofcel 20 met een anode 23 van een verder links ingerichte, niet afgebeelde brandstofcel 20 elektrisch verbindt en een deel van een verder contactelement 50 dat de anode 23 van de rechter brandstofcel 20 met een kathode 24 van een verder rechts ingerichte, niet afgebeelde 5 brandstofcel 20 elektrisch verbindt. De flens 21 vertoont in fig. 5 afgebeelde uitsparingen 29, waarin het contactelement 50 is ingelegd.

Fig. 2 laat voorts het basislichaam 11 met een keramiek inzetstuk 14 zien, waarop de brandstofcellen 20 zijn ingericht. In het basislichaam 11 loopt een toevoerkanaal 12, die een brandstofhoudende 10 anodevloeistofstroom volgens de pijlen 31 in de binnenruimte 22 van de brandstofcel 20 leidt. Hierbij is een keramische lans 15 voorzien, die de anodevloeistofstroom naar de eerste, bovenste zijde 26 van de brandstofcel 20 leidt. Hierdoor wordt de anodevloeistofstroom van boven naar beneden naar de anode 23 geleid, om aan de tweede, onderste zijde 27 de 15 brandstofcel 20 te verlaten en door een afvoerkanaal 16 het brandstofcelsysteem 1 volgens de pijlen 31 te worden afgevoerd.

De flens 21 rust op het keramiek inzetstuk 14 op een draagvlak 17.

De druk van de contactelementen 50 is niet genoeg om de draagvlakken 17 gasdicht af te dichten en daarmee een diffusie van de brandstof in een 20 buitenruimte 13 en/of een diffusie van het oxidatiemiddel in de binnenruimte 22 effectief te verhinderen. Daarom rust een staaf 30 direct of indirect op de flensen 21 van de beide in fig. 2 afgebeelde brandstofcellen.

De staaf 30 wordt, zoals in fig. 4 afgebeeld, met het basislichaam 11 verbonden en drukt daardoor de flens 21 gasdicht op het basislichaam 11.

25 Tussen de staaf 30 en het basislichaam 11 bevindt zich niet alleen de flens 21, maar ook het contactelement 50 dat verende werking heeft en mechanische spanningen op grond van temperatuurinvloeden compenseert. Opdat het contactelement 50 zich op het gehele draagvlak van de staaf 30 tussen de staaf 30 en het basislichaam 11 bevindt, vertoont het 30 contactelement 50 een verbreding 54. Verdere twee staven 30 zijn in fig. 2 15 voor de helft afgebeeld, die of op de flens 21 van de linker brandstofcel 20 en een flens van een verdere, zich nog verder naar links bevindende, niet afgebeelde brandstofcel rusten of op de flens 21 van de rechter brandstofcel 20 en een flens van een verdere, zich nog verder naar rechts bevindende, 5 niet afgebeelde brandstofcel rusten.

Fig. 4 laat een doorsnede zien van een kolom 41 volgens de snijhjn A-A in fig. 1. Hierbij zijn de staaf 30, de flens 21 van de brandstofcellen 20, de contactelementen 50, van het basislichaam 11 met de toevoer- en afvoerkanalen 12, 16 en het keramiek inzetstuk 14 doorgesneden afgebeeld. 10 Aan elk einde is de staaf 30 met het basislichaam 11 door steeds één houder 32 Hjmklemachtig met elkaar verbonden. Elke houder 32 laat ten minste één schroef 33 zien, waarbij door hun aanzetmoment wordt bepaald, met welke kracht de staaf 30 de flens 21 tegen het basislichaam 11 drukt.

Zoals in fig. 5 is afgebeeld, is de flens 21 van elke brandstofcel 20 als 15 een ellips gevormd. In bevestigde toestand is de ellips zo gericht, dat de hoofdas a van de ellips loodrecht op de staven 30 is ingericht, die de brandstofcel 20 aan het niet afgebeelde basislichaam 11 bevestigen en de nevenas b die parallel aan de staven 30 is gericht. Hierdoor is een gemakkelijk verwisselen van een defecte brandstofcel 20’ mogelijk.

20 Allereerst worden de schroeven 33 deels losgemaakt. Het volledig verwijderen van de houder 32 en de staaf 30 is echter niet nodig. Het is voldoende de druk van de staaf 30 op de flens 21 van de defecte brandstofcel 20’ zodanig te verlagen, dat de defecte brandstofcel 20’ ten minste deels draaibaar is. Het tweede gedeelte 53 van het contactelement 50, dat over de 25 contactlaag 28 aan de kathode 24 van de defecte brandstofcel 20’ aanligt, wordt van de defecte brandstofcel 20’ weggebogen. Nu wordt de defecte brandstofcel 20’ met ongeveer 90° gedraaid, zodat de hoofdas a parallel aan de staven 30 is gericht en de flens 21 daardoor niet meer door middel van vormsluiting onder de staaf 30 is gehouden, omdat nu de kortere nevenas b 30 in de richting van de staven 30 is gekeerd. Nu kan de defecte brandstofcel 16 20’ naar boven van het basislichaam 11 worden verwijderd. Een nieuwe, intacte brandstofcel 20 kan worden ingezet, doordat de nieuwe brandstofcel 20 aanvankelijk met de hoofdas a parallel op het basislichaam wordt gezet en dan met 90° onder de staaf 30 wordt gedraaid. Het tweede gedeelte 53 5 van het contactelement 50 wordt richting de kathode 24 van de nieuwe brandstofcel gebogen, zodat de strippen 52 in contact komen met de contactlaag 28 van de kathode 24. Daarna worden de schroeven 33 weer aangedraaid.

De staven 30, 30’ in de figuren 1, 2, 4 en 5 zijn elektrisch geleidend 10 gevormd. Zoals in fig. 2 is afgebeeld, contacteert de staaf 30 het contactelement 50, daar waar het contactelement 50 in fig. 2 over de flens 21 is ingericht. De middelste staaf 30 in fig. 2 is elektrisch van de kathode 24 van de linker brandstofcel 20 geïsoleerd. Dezelfde staaf 30 contacteert ook de contactelementen 50 die in fig. 2 boven en onder het tekenvlak in de 15 andere rijen zijn ingericht. Hierdoor ontstaat een parallelle schakeling van de individuele rijen, zoals in het vervangingsschema in fig. 6 is afgebeeld. In de rijen 40 zijn de brandstofcellen 20 door de contactelementen 50 elektrisch in serie geschakeld en in de kolommen 41 zijn de brandstofcellen 20 door de staven 30, 30’ elektrisch parallel geschakeld, waarbij de rechter staaf 30’ 20 van fig. 1 geen elektrisch contact met de brandstofcel 20 heeft. Is nu een brandstofcel 20’ defect of door de reactanten onvoldoende voorzien, dan stroomt de stroom volgens de pijlen 34 langs de defecte brandstofcel 20’ voorbij. Het elektrische vermogen van het brandstofcelsysteem 10 wordt daardoor maar met het elektrische vermogen van de defecte of de 25 ondervoorziene brandstofcel 20’ verminderd, dat wil zeggen in het behandelde voorbeeld met hoogstens vijftienden. De overige brandstofcellen 20 van de rijen 40, die de defecte en ondervoorziene brandstofcel 20’ bevatten, leveren nog steeds een bijdrage aan het elektrische vermogen van het brandstofcelsysteem 10. Wordt er afgezien van een parallelle schakeling, 30 dan zou daarentegen het elektrische vermogen van het brandstofcelsysteem 17 10 met maar één defecte brandstofcel 20’ zoals in het behandelde voorbeeld met een derde verlagen.

De uitvinding is niet beperkt tot het hier weergegeven uitvoeringsvoorbeeld. Vele varianten zijn mogelijk en worden geacht te 5 liggen in het bereik van de uitvinding zoals weergegeven in de hiernavolgende conclusies.

Claims (9)

1. Brandstofcelsysteem (10) met ten minste een buisvormig uitgevoerde brandstofcel (20), waarbij de brandstofcel (20) een binnenste elektrode (23) en een buitenste elektrode (24) vertoont, 5 waarbij een reactant door een basislichaam (11) en door een binnenruimte (22) van de brandstofcel (20) van de binnenste elektrode toevoerbaar is en een andere reactant die door een buitenruimte (13) rondom de brandstofcel (20) van de buitenste elektrode (24) toevoerbaar is, waarbij de reactanten elektrochemisch aan de elektroden (23, 24) omzetbaar 10 zijn en daarbij een elektrische stroom opwekbaar is, met het kenmerk dat de brandstofcel (20) met een bevestigingsmiddel (30) door middel van vormsluiting aan het basislichaam (11) is bevestigd, waarbij in het bijzonder het bevestigingsmiddel (30) de brandstofcel (20) door middel van 15 krachtopsluiting aan het basislichaam (11) bevestigt, waardoor de binnenruimte (22) tegen de buitenruimte (13) is afgedicht, waarbij tussen het bevestigingsmiddel (30) en het basislichaam (11) een veerelement (50) is in gericht.

2. Brandstofcelsysteem (10) volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de 20 brandstofcel (20) aan een eerste zijde (26) gesloten en aan een tegenoverliggende tweede zijde (27) open is, waarbij de brandstofcel (20) met de tweede zijde (27) aan het basislichaam (11) is ingericht.

3. Brandstofcelsysteem (10) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat een houder (32) is voorzien, die met het bevestigingsmiddel (30) 25 mechanisch samenwerkt, om de brandstofcel (20) aan het basislichaam (11) omkeerbaar losmaakbaar te bevestigen, waarbij in het bijzonder de houder (32) lijmklemachtig is gevormd.

4. Brandstofcelsysteem (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het bevestigingsmiddel (30) ten minste als een staaf (30) is 5 gevormd, waarbij ten minste een flens (21) van de brandstofcel (20), die aan de tweede zijde (27) is ingericht, tussen de staaf (30) en het basishchaam (11) is ingericht.

5. Brandstofcelsysteem (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat meerdere brandstofcellen (20) rechthoekig aan het 10 basishchaam (11) zijn ingericht, zodat de brandstofcellen (20) zowel in rijen (40) alsook in kolommen (41) loodrecht op de rijen (40) zijn ingericht, waarbij een staaf (30) telkens brandstofcellen (20) met ten minste één kolom (41) aan het basishchaam (11) bevestigt.

6. Brandstofcelsysteem (10) volgens één der voorgaande conclusies met 15 het kenmerk dat het bevestigingsmiddel (30) elektrisch geleidend is.

7. Brandstofcelsysteem (10) volgens conclusies 5 of 6, met het kenmerk dat de brandstofcellen (20) van een rij (40) elektrisch in serie zijn geschakeld en brandstofcellen (20) van een kolom (41) door het bevestigingsmiddel (30) elektrisch in parallel met elkaar zijn geschakeld.

8. Brandstofcelsysteem (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de flens (21) met de staaf (30) een bajonetachtige sluiting vormt.

9. Brandstofcelsysteem (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het veerelement (50) als elektrisch geleidend 25 contactelement (50) is gevormd, waarbij door het contactelement (50) twee brandstofcellen (20) elektrisch in serie zijn geschakeld, waarbij in het bijzonder een eerste gedeelte (51) van het contactelement (50) ringvormig is gevormd voor het contacteren van een binnenste elektrode (23) van een brandstofcel (20) en een tweede gedeelte (53) van het contactelement (50), dat in het bijzonder halfcirkelvormig is gevormd, voor het contacteren van een buitenste elektrode (24) van een naburige brandstofcel (20).