SE521952C2 - Bränslecellsenhet samt bränslecellsanordning innefattande ett flertal sådana bränslecellsenheter - Google Patents

Description

30 521 952 katalysatormaterial såsom platina (Pt). Katalysatormaterialet katalyserar en reduktion av bränslet på anodsidan genom en reduktion av elektroner och katalyserar en oxidation av syret på katodsidan genom tillförsel av elektroner.

Dessa båda reaktioner ger upphov till en elektrisk potentialskillnad mellan anodsidan och katodsidan, vilket ger upphov till en elektronvandring, d.v.s. en elektrisk ström, från anodsidan till katodsidan via en elektrodanslutning.

De joniserade partiklarna från antingen anodsidan eller katodsidan diffunderar genom membranet och reagerar på motstående sida genom att bilda någon form av förening, exempelvis vatten. Om det är väte på bränslesidan och membranet tillåter joniserat väte att diffundera talar man om "Protone Exchange Membranes" (PEM) och om membranet tillåter joniserat syre att diffundera från katodsidan talar man om ”Oxide Fuel Cells” (OFC).

I en struktur av typen "Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) utnyttjas ett keramiskt fastfasmembran (elektrolyt). Ett lämpligt material som föredras är "tät yttriumstabiliserad zirkoniumdioxid" vilket är en utmärkt ledare för negativt laddade syrejoner vid höga temperaturer runt 1830°F (1000°C). Vid en sådan temperatur är det möjligt med en inre reformering av kolhaltiga bränslen.

Vid användning av en bränslecell är det nödvändigt att beakta ett antal parametrar såsom vikt, volym, verkningsgrad, arbetstemperatur, material, bränsle, avgaser etc., beroende på inom vilket användningsområde bränslecellen skall användas.

För att tillgodose energibehovet hos en större enhet, t. ex. ett fordon, krävs flera bränsleceller. Ett sätt att lösa problemet med hopsättningen av de många bränslecellerna är att extrudera fram en bränslecellsenhet i form av en monolit med bikakestruktur innefattande att antal bränsleceller, vilket därmed bildar en större mer kompakt bränslecell. En enda monolit med bikakestruktur kan dock på grund av tillverkningsskäl ej göras tillräckligt stor för att förse en större anordning såsom en bil med tillräckligt med elektricitet, 10 15 20 25 30 521 952 vilket innebär att en hopsättning av flera bränslecellsenheter i form av monoliter med bikakestruktur är nödvändig.

Det är tidigare känt att extrudera en SOFC-bränslecellsenhet i form av en med bikakestruktur i ett zirkoniumdioxid vilket utgör ett membran som leder joner men som ej är monolit material av yttriumstabiliserad elektriskt ledande. Bränslecellsenheten utgörs då av kvadratiska/rektangulära kanaler definierade av extruderade yttriumstabiliserad-zirkoniumdioxid-väggar, vilka bildar rader av bränsleledningskanaler med kvadratiskt/rektangulärt tvärsnitt med en pol av ett ledande katalyserande material på kanalens insida, och rader med syreledningskanaler med kvadratiskt/rektangulärt tvärsnitt med en pol av ett ledande katalyserande material på kanalens insida. Raderna av kanaler är placerade pà sådant sätt att varannan rad är en bränsleledningskanal och varannan rad är en syreledningskanal. Bränsleledningskanalerna och syrelednings-kanalerna är lika långa och lika stora, varför varje kortsida på den monolitiska bränslecellsenheten täcks av en täckplatta med ett system av kanaler som är utformat för att leda bränslet respektive syret till rätt rad, d.v.s. till rätt kanal. Den monolitiska bränslecellsenheten kan kopplas ihop med andra liknande bränslecellsenheter för att därmed få ett kompakt system av bränslecellsenheter med önskad effekt, genom att en större täckplatta utformas för att täcka kortsidan av det system av monolitiska bränslecellsenheter som kopplats ihop och där täckplattan förses med ett system av kanaler vilka förser bränslekanalerna och syrekanalerna med rätt respektive fluid, d.v.s. bränsle respektive syre. Även om tidigare kända system fungerar väl så kan förbättringar göras vad gäller att få ett mer kompakt system av bränslecellsenheter (bränslecellsanordning). Enligt tidigare känd teknik är täckplattan som täcker kortsidan av bränslecellsanordningen utformad med speciellt anpassade kanaler vilka skall passa bränsle-, syre- och avgaskanalerna. För att bränslecellsanordningen skall fungera tillfredställande ställs höga krav på 10 15 20 25 30 521 952 passform och täthet mellan täckplattan med dess kanaler och de i bränslecellsenheterna utformade raderna av kanaler. Tillverkningen av en sådan platta kan bli kostsam och de speciella kraven gör anordningen tämligen oflexibel. Även om man skulle använda enskilda bottenplattor till de enskilda extruderade bränslecellsenheterna, skulle man behöva anpassa de anslutningar som behövs mellan de olika bottenplattorna vid en hopkoppling av flera sådana bränslecellsenheter till en bränslecellsanordning.

Ytterligare nackdelar med tidigare känd teknik är att kanalerna utformade i täckplattan ger ett tämligen högt tryckfall, vilket försämrar verkningsgraden hos systemet och försvårar fördelningen av luft och bränsle.

För att ett system av bränslecellsenheter skall vara kommersiellt gångbart krävs det att systemet har liten volym i förhållande till producerad energimängd. Det krävs också att systemet är enkelt att tillverka och har en ringa tillverkningskostnad.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFlNNlNGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja de problem som angivits vid tidigare känd teknik och därmed tillse de angivna önskemålen på ett förbättrat system av bränslecellsenheter (bränslecellsanordning).

Ovan angivna ändamål uppnås genom en bränslecellsenhet av i inledning nämnt slag, vars särdrag framgår av det efterföljande patentkravet 1 där en bränslecellsenhet i form av en extruderad monolit innefattar kanaler, av vilka varannan utgör en bränslekanal med en strömningsriktning i djupled och varannan en syrekanal med en strömningsriktning i djupled. Uppfinningen kännetecknas av att kanalema är utformade på sådant sätt att sidled, strömningsriktningen, i förhållande till syrekanalerna, på sådant sätt att bränslekanalerna är förskjutna i väsentligen vinkelrät mot samtliga bränslekanalers ändavsnitt skjuter ut ett visst avstånd från 10 15 20 25 30 521 952 ändpunkterna pà samtliga syrekanaler medan samtliga syrekanalers ändavsnitt skjuter ut ett visst avstånd från ändpunkterna på samtliga bränslekanaler, varvid nämnda avstånd är mindre än längden hos respektive kanaler, varvid samtliga bränslekanalers utskjutande ändavsnitt är blottade under en förutbestämd sträcka, samt samtliga syrekanalers utskjutande ändavsnitt är blottade under en förutbestämd sträcka.

Ovanstående ändamål uppnås också genom en anordning enligt patentkrav 5 där ett flertal bränslecellsenheter packas till en bränslecellsanordning varvid uppfinningen kännetecknas av att bränslecellsenhetema är hopsatta på så vis att bränslekanalerna i en första bränslecellsenhet är i direkt förbindelse med bränslekanalerna i en andra bränslecellsenhet samt på så vis att syrekanalerna i en första bränslecellsenhet är i direkt förbindelse med syrekanalerna i en intilliggande bränslecellsenhet. Packningen kan göras i en, två eller tre dimensioner.

Med ovan nämnda anordning uppnås därmed en enklare och billigare kompakterbar bränslecellsanordning som upptar mindre volym per levererad energimängd än tidigare kända anordningar.

Fördelaktiga patentkraven. utföringsformer framgår av de efterföljande beroende FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i anslutning till föredragna utföringsexempel samt de bifogade figurema, där Fig. 1 visar en principskiss av ett tvärsnitt av en bränslecellsenhet enligt en första utföringsform av uppfinningen innan kantdelama kapats och där en av de öppna sidorna ej har pluggats, d.v.s. gjorts gastäta; 10 15 20 25 30 521 952 Fig. 2 visar en principskiss av ett tvärsnitt av en bränslecellsenhet enligt en första utföringsform av uppfinningen med kantdelar kapade och där en av de öppna sidorna ej har pluggats; Fig. 3 visar en principskiss av ett tvärsnitt av kanalerna i en bränslecellsenhet med en första placering av elektrodanslutningar enligt en första utföringsform av uppfinningen; Fig. 4 visar en principskiss av ett tvärsnitt av en bränslecellsenhet enligt en första utföringsform av uppfinningen med bränsle- och avgasanslutningar pà plats och där en av de öppna sidoma ej har pluggats; och Fig. 5 visar en principskissvy ovanifrån av en tredimensionell packning av ett antal bränslecellsenheter i form av en bränslecellsanordnlng, med pluggade sidor.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I figurema beskrivs de särdrag som återkommer i olika figurer med samma hänvisningsbeteckningar.

I figur 1, 2, 3 och 4 visas principskisser av ett tvärsnitt av en bränslecellsenhet 10 enligt en första utföringsform av uppfinningen, där tvärsnittet är lagt utmed en av bränslecellsenhetens 10 öppna ej pluggade sidor. Med pluggad menas att bränslekanalemas öppna sidor sätts igen med lämpligt material på lämpligt sätt för att åstadkomma mer eller mindre gastäta sidor. Bränslecellsenheten 10 består av en extruderad monolit utformad med en lamellstruktur, där det jonledande material 12 definierar kanaler 14 med rektangulärt tvärsnitt, vars inre väggar är täckta med ett lager (washcoat) av ett elektriskt ledande material 16, t. ex. Perovskiter med hög ledningsförmåga. Kanalerna 14 är 10 15 20 25 30 521 952 uppdelade i bränslekanaler 14a och syrekanaler 14b. Bränslekanalernas 14a inre väggar är täckta av ett första elektriskt ledande material 16a (visas särskilt i fig. 3) och syrekanalernas 14b är täckta av ett andra ledande material 16b (visas särskilt i fig. 3). Bränslecellsenhetens 10 bränslekanaler 14a och syrekanaler 14b är utformade på sådant sätt att varannan kanal är bränslekanal 14a och varannan kanal är syrekanal 14b. Vidare är kanalerna 14 huvudsakligen lika långa.

Uppfinningen baseras på att kanalerna 14 är i sidled förskjutna i förhållande till varandra på sådant sätt att samtliga bränslekanaler 14a, vända mot en första sida 18, skjuter ut ett visst avstånd från ändpunkterna på samtliga syrekanaler 14b medan samtliga syrekanaler 14b, vända mot en andra sida 20, skjuter ut ett visst avstånd från ändpunkterna på samtliga bränslekanaler 14a, varvid nämnda avstånd är mindre än längden hos respektive kanaler, och varvid sidorna 18, 20 utgör huvudsakligen parallella sidostycken. På sidorna 18, 20 formas vidare en första kantdel 22 respektive en andra kantdel 24, vars bredd bestäms av hur långa kanalerna 14 är och hur stor kanalernas 14 förskjutning är. Kanalerna sträcker sig i djupled från en tredje sida 26 till en fjärde sida 28, vilka har en utsträckning som är huvudsakligen vinkelrät mot den första sidan 18 och den andra sidan 20. I figurerna finns en tredje del 30 markerad, vilken utgör en förutbestämd sträcka längs den första sidan 18, från kanten mellan den första sidan 18 och den tredje sidan 26. l figurerna finns även en fjärde del 32, en femte del 34 och en sjätte del 36 markerade, vilka utgör motsvarande sträckor på respektive hömdelar.

Figur 1 visar en principskiss av ett tvärsnitt av en bränslecellsenhet enligt en första utföringsform av uppfinningen innan kantdelarna kapats och där en av de öppna sidorna, närmare bestämt den tredje sidan 26, ej har pluggats.

Figur 2 visar en principskiss av en bränslecellsenhet 10 enligt en första utföringsform av uppfinningen där den första kantdelen 22 har kapats bort i höjd med bränslekanalernas 14a ändavsnitt 38 på den första sidan 18, på sådant 10 15 20 25 30 521 952 sätt att samtliga bränslekanalers 14a utskjutande ändavsnitt 38 har blottats under en sträcka som utgörs av den tredje delen 30 respektive den fjärde delen 32. Med ändavsnitt menas den del av kanalerna där kanalen tar slut i sidled och materialet i kantdelama tar vid. På samma sätt har den andra kantdelen 24 kapats bort i höjd med syrekanalernas 14b ändavsnitt 40 på den andra sidan 20, på sådant sätt att samtliga syrekanalers 14b utskjutande ändavsnitt 40 har blottats under en sträcka som utgörs av den femte delen 34 respektive den sjätte delen 36. Figuren visar den tredje sidan 26 opluggad.

F ig. 3 visar en principskiss av ett tvärsnitt av kanalema i en bränslecellsenhet med en första placering av elektrodanslutningar enligt en första utföringsform av uppfinningen, där en första elektrodanslutning 42 är lagd utanpå det första elektriskt ledande materialet 16a, vilket är belagt även på den, i figuren, övre utsidan av den extruderade bränslecellsenheten 10, medan en andra elektrodanslutning 48 är lagd utanpå det andra elektriskt ledande materialet 16b, vilket är belagt även på den undre utsidan av den extruderade bränslecellsenheten 10. Elektrodanslutningarna har anslutningspunkter av ett material med hög ledningsförmåga, t. ex. platina. För att lokalt undvika för höga elektriska strömmar i de elektriskt ledande materialen 16a, 16b i kanalema 14a, 14b, görs vid tillverkning av bränslecellsenheten washcoaten av de elektriskt ledande materialen medvetet ojämn, vilket resulterar i elektriskt ledande förbindelsepunkter 44 mellan de elektriskt ledande materialen 16a, 16b i respektive bränslekanaler 14a och syrekanaler 14b. De elektriskt ledande förbindelsepunktema 44 kortsluter alltså skikten av elektriskt ledande material och fördelar därmed strömmen över kanalväggarnas yta.

En annan möjlighet (visas ej) att applicera elektrodanslutningar på en bränslecellsenhet 10 enligt en första utföringsform av uppfinningen är att bränslekanalemas 14a blottade utskjutande ändavsnitt 38 delvis har täckts av en första elektrodanslutning vilken är fastsatt på det extruderade materialet medelst ett elektriskt ledande bindemedel, via ett skikt av ett tredje elektriskt ledande material vilket ansluter till det första ledande materialet 16a i 10 15 20 25 30 521 952 bränslekanalerna 14a. Syrekanalernas 14b blottade utskjutande ändavsnitt 40 täcks delvis av en andra elektrodanslutning vilken är fastsatt på det extruderade materialet medelst ett elektriskt ledande bindemedel, via ett skikt av ett fjärde elektriskt ledande material.

Figur 4 visar en principskiss av en bränslecellsenhet 10 enligt en första utföringsform av uppfinningen, där en första anslutning 52 är ansluten till den första sidan 18 i höjd med den tredje sidan 26, en andra anslutning 54 är ansluten till den första sidan 18 i höjd med den fjärde sidan 28, en tredje anslutning 56 är ansluten till den andra sidan 20 i höjd med den tredje sidan 26 och en tjärde anslutning 58 är ansluten till den andra sidan 20 i höjd med den fjärde sidan 28. Figuren visar den tredje sidan 26 opluggad.

Figur 5 visar en principskiss av en vy ovanifrån av en tredimensionell packning flertal bränslecellsenheter 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f av ovan nämnt slag. Med av en bränslecellsanordning som i sin tur innefattar ett tredimensionell packning avses här att de nämnda bränslecellsenheterna 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f staplas i tre dimensioner. De i figur 4 visade anslutningama 52, 54, 56, 58 är bränslecellsenheterna 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 1 Of motsvarar var och en den bränslecellsenheten 10 (jfr. fig. 1-4) och hänvisningsbeteckningama är enbart till för att underlätta förståelsen av den härvid borttagna. De angivna tidigare nämnda tredimensionella anordningen resp. packningsförfarandet. Samtliga bränslecellsenheter har de i figur 1-4 visade öppna tredje 26 och fjärde 28 sidorna pluggade.

Bränslecellsenheterna 10 är hopsatta på så vis att bränslekanalema 14a i en första bränslecellsenhet 10a är i direkt förbindelse med bränslekanalerna 14a i en andra bränslecellsenhet 10b samt på så vis att syrekanalerna 14b i en första bränslecellsenhet 10a är i direkt förbindelse med syrekanalema 14b i en intilliggande bränslecellsenhet. 10 15 20 25 30 521 952 10 En viktig princip bakom uppfinningen är att bränslecellsenheterna 10a, 10b, 10c sätts ihop i en första rad, en dimension, med den första sidan 18 på en första bränslecellsenhet 10a placerad mot den första sidan 18 på en andra bränslecellsenhet 10b, på sådant sätt att bränslekanalernas 14a blottade ändavsnitt 38 hos de olika bränslecellsenhetema 10a, 10b och det utrymme som utgörs av bränslekanalernas 14a borttagna första kantdeiar 22 med en längd av bränslecellenheternas 10a, 10b tredje delar 30 respektive fjärde delar 32, bildar första bränsleledningskanaler 60 och andra bränsleledningskanaler 62. På bränslecellsenheten 10b mot liknande sätt sätts den andra sidan 20 pà den andra den andra sidan 20 på en tredje bränslecellsenhet 10c, vilket medför att det utrymme som utgörs av syrekanalemas 14b borttagna andra kantdeiar 24 med en längd av bränslecellsenhetemas 10a, 10b borttagna femte delar 34 respektive sjätte delar 36, bildar första syreledningskanaler 64 och andra syreledningskanaler 66. Ett packningsmönster i en rad, en dimension, har därmed bildats genom att den första sidan 18 hos en bränslecellsenhet 10 alltid vänds mot den första sidan 18 hos en annat bränslecellsenhet och att den andra sidan 20 hos en bränslecellsenhet 10 alltid vänds mot den andra sidan 20 hos en bränslecellsenhet 10.

Packningsmönstret som bildats i den första raden upprepas i en andra rad där 10d, 10e, bränslecellsenhetema 10a, 10b, 10c. Den första raden är därefter satt intill den bränslecellsenheterna 10f motsvarar de ovan nämnda andra raden, bildande ett packningsmönster i ett plan d.v.s två dimensioner, på sådant sätt att bränslecellsenhetemas 10a, 10b, 10c tredje sidor 26 och fjärde sidor 28 är placerade mot bränslecellsenheternas 10d, 10e, 10f tredje sidor 26 och fjärde sidor 28 och det utrymme som utgörs av bränslekanalernas 14a borttagna första kantdeiar 22 med en längd av bränslecellenhetemas 10a, 10b tredje delar 30 respektive fjärde delar 32, bildar första bränsleledningskanaler 60 och andra bränsleledningskanaler 62 och det utrymme som utgörs av syrekanalernas 14b borttagna andra kantdeiar 24 med en längd av bränslecellsenheternas 10a, 10b borttagna femte delar 34 respektive sjätte 10 15 20 25 30 521 952 11 delar 36, bildar första syreledningskanaler 64 och andra syreledningskanaler 66, vilket lufttillförsel för syreledningskanalerna och gemensam bränsletillförsel för medför en möjlighet till 64, 66 bränsleledningskanalerna 60, 62 hos samtliga bränslecellsenheter 10 i den gemensam hopsatta bränslecellsanordningen, varefter packningsmönstret kan upprepas både på längden och bredden. För att packa bränslecellsenheterna 10 på höjden upprepas mönstret fràn ett undre lager i ett nytt lager, varpå det nya lagret läggs på det undre lagret så att bränsleledningskanalema 60, 62 respektive syreledningskanalema 64, 66 passar ihop.

En av fördelarna med att den tredje sidan 26 respektive fjärde sidan 28 är pluggade är att det efter att hörnen kapats blir mindre känsligt att anpassa de många bränslecellsenheterna 10 för att skapa bränsleledningskanalerna 60, 62 respektive syreledningskanalerna 64, 66 hos en bränslecellsanordning, d.v.s. anpassningen av de olika bränslecellsenheterna 10 i höjd och sida i förhållande till varandra blir mindre känslig. Vid packningen enligt ovan kan även sidoma hos de olika bränslecellsenheterna 10 "limmas" ihop, t. ex. med keramik, och skapar därmed en gastät fogning vilket ger att bränsleledningskanalerna 60, 62 respektive syreledningskanalerna 64, 66 blir gastäta vilket ytterligare minskar känsligheten vid anpassningen av de olika bränslecellsenheterna 10, vilka kan ha olika symmetrier.

Beroende på hur bränsleledningskanalerna 60, 62 respektive syreledningskanalerna 64, 66 används kan antingen medströms flöde eller motströms flöde, flöden i förhållande till varandra, fås genom bränslecellsenhetema 10 hos bränslecellsanordningen. Detta gäller givetvis även då man har enbart en bränslecellsenhet med anslutningar enligt fig. 4, där flödet bestäms i beroende av valet av anslutning. l ett arrangemang med två eller tredimensionell packning utgör bränsleledningskanalerna 60, 62 en bränsleledningskanal respektive en avgaskanal och syreledningskanalema 64, 66 utgör en syreledningskanal respektive en avgaskanal, beroende på val av medströms eller motströms flöde genom bränslecellsenheterna 10. 10 15 20 25 30 521 952 12 För att belysa möjlighetema med ovan nämnda bränslecellsanordning hänvisas till beteckningama i fig. 5 och följande exempel. Bränsleledningskanalema 60, 62 ligger i rad efter varandra vilket även syreledningskanalerna 64, 66 gör. Om den andra bränsleledningskanalen 62 och den andra syreledningskanalen 66 väljs att utgöra avgaskanaler är varannan ledningskanal hos bränslecellsanordningen en syre- eller bränslekanal och varannan en avgaskanal. Den andra bränsleledningskanalen 62 och den andra syreledningskanalen 66 vilka utgör avgaskanaler kan pluggas igen på t. ex. ovansidan, vilket medför att samtliga avgaser får sitt utlopp på en sida, här undersidan, vilket medför den fördelen att enbart ett avgasrör behöver appliceras till bränslecellsanordningen. Avgasröret kan då utgöras av ett standardavgasrör i metall med eller utan grenrör. Genom ovanstående arrangemang utgör ovansidan av bränslecellsanordningen en bränsle/syre sida och undersidan utgör en avgassida. Eftersom syrekanalema 64 ligger i en rad och bränslekanalerna 60 ligger i en rad är det enkelt att anordna tillförsel av de båda gasema, genom att t. ex. anordna en kanal som löper över samtliga ingångar till bränslekanalema och som utgör gemensam bränsle-försörjning och genom att anordna en kanal som löper över samtliga ingångar till syrekanalerna och som utgör gemensam syreförsörjning. Ett annat alternativ kan vara att anordna en speciellt utformad platta vilken täcker hela ovansidan, vilken platta innefattar kanaler vilka försörjer respektive bränsle- och syreledningskanaler.

Vid extruderingen görs bränslecellsenheten 10 i form av ett rätblock där de tvà sidor som utgör tvärsnitt av kanalerna är öppna. Vid användning av bränslecellsenheten 10 pluggas dessa sidor med lämpligt material, varefter bränslecellsenhetens kantdelar 22, 24 kapas i enlighet med uppfinningen.

Det bearbetade blocket lägges därefter i en gastät reaktor.

Ett ungefärligt mått på önskad energimängd för att driva ett fordon är ca 80 kW. En bränslecell ger ca 0.9 V vilket för ett system av bränslecellsenheter 10 15 20 25 30 521 952 13 som skall producera 80 kW ger ungefärliga värden på volymen, ca 12,5 L, och antal celler, 457 st.. Hållfasthetsskäl ger att en bränslecellsenhet har ca 98 celler/bränslecellsenhet vilket ger att det behövs ca 5 bränslecellsenheter av 80 kW. Vid beräkningar bränslecellsanordning som ger 80 kW vid ca 800 °C, tillverkad av extruderad för att uppnå en effekt på en yttriumstabiliserad zirkoniumdioxid med en väggtjocklek på ca 150 um, fås en önskad area på 22.8 m2. Lämpliga dimensioner på en sådan bränslecellsanordning med en volym av 12.5 L för att generera 80 kW blir då ca 0.005 m X 1 m X 0.25 m. Lämpliga väggtjocklekar av extruderad Yttriumstabiliserad Zirkoniumdioxid i respektive bränslecellsenhet 10 är ca 50 - 150 um. Räkningarna ovan är baserade på resultat framtagna i försök och skall enbart ses som ett beskrivande exempel.

Bränslecellsenheten 10 enligt uppfinningen är en (SOFC) vilken medger bränsletyper vilka oxideras av syre vid 500 - 1000 °C, t. ex. bensin, diesel, naturgas, väte, biogas, rapsolja, etanol, metanol m.fl.

Till bränslecellsenheten 10 tillförs luft och valt bränsle, vilka efter reaktion ger en avgasprodukt innehållande huvudsakligen C02 och vatten, men även mindre mängder av oförbränt bränsle och övriga biprodukter kan fås. En av fördelarna med uppfinningen är att man kan välja om flödena av luft och bränsle skall gå motströms eller medströms. Ett motströms flöde ger en optimal förbränning då det finns ett överskott av syre i den punkt där andelen bränsle i förhållande till avgasprodukter är lägst, vilket ger att andelen oförbränt och andelen övriga biprodukter i avgasprodukten är mycket låg. reaktionerna sker vid ca 800 °C och ger en avgasprodukt på ca 1000 °C.

En av fördelarna med att bränslecellsenheten kan arbeta vid en så hög temperatur är att förlustvärmen från bränslecellsenheten kan användas för uppvärmning av de avgaser som driver ett turboaggregat istället för att försvinna till omgivningen, vilket innebär en förhöjd verkningsgrad på 10 521 952 14 anordningen. Turboaggregatet kan användas som en "Sterling- eller Ranking cykel”. Turboaggregatets kompressor komprimerar luften in till bränslecellen till 2-3 bar. Vid reaktionstemperaturer över 400 °C erhålls en energimängd som överstiger den energimängd som behövs för att komprimera gasen, vilken överbliven energimängd kan användas för att driva en konventionell generator vilket ökar verkningsgraden på anordningen. Om generatorn körs ”baklänges” som en motor kan den användas vid uppstart av anordningen.

Uppfinningen är inte begränsad till vad som anges ovan, utan olika utföringsformer är möjliga inom ramen för patentkraven. Bränsleoellsenheten och bränsleoellsanordningen kan även användas vid andra ändamål än framdrivning av fordon, t .ex. kan de användas vid elproduktion hos fasta anläggningar.

Claims (8)

10 15 20 25 30 u" _, nu: " 521 952 . . .. g . . - - , . ' . . . - ~ ß , . 111934 PEL/PA 2003-05-16 15 PATENTKRAV

1. Bränslecellsenhet (10) i form av en extruderad monolit innefattande kanaler (14), av vilka varannan utgör en bränslekanal (14a) med en strömningsriktning i djupled, och varannan en syrekanal (14b) med en strömningsriktning i djupled, k ä n n e t e c k n a d a v , att kanalerna (14) är utformade på sådant sätt att bränslekanalerna (14a) är förskjutna i sidled, väsentligen vinkelrät mot strömningsriktningen, i förhållande till syrekanalerna (14b), på sådant sätt att samtliga bränslekanalers (14a) ändavsnitt (38) skjuter ut ett visst avstånd från ändpunkterna på samtliga syrekanaler (14b) medan samtliga syrekanalers (14b) ändavsnitt (40) skjuter ut ett visst avstånd från ändpunkterna på samtliga bränslekanaler (14a), varvid nämnda avstånd är mindre än längden hos respektive kanaler, varvid samtliga bränslekanalers (14a) utskjutande ändavsnitt (38) är blottade under en förutbestämd sträcka (30, 32), samt samtliga syrekanalers (14b) utskjutande ändavsnitt (40) är blottade under en förutbestämd sträcka (34, 36).

2. Bränslecellsenhet (10) enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v , att varje hörn på bränslecellsenheten (10) är borttaget genom att en första kantdel (22) har tagits bort i höjd med ett till bränslekanalema (14a) tillhörande ändavsnitt (38), på sådant sätt att samtliga bränslekanalers (14a) utskjutande ändavsnitt (38) har blottats under en förutbestämd sträcka (30, 32), samt genom att en andra kantdel (24) har tagits bort i höjd med ett till syrekanalerna (14b) tillhörande ändavsnitt (40), på sådant sätt att samtliga syrekanalers (14b) utskjutande ändavsnitt (40) har blottats under en förutbestämd sträcka (34, 36). något av föregående patentkrav,

3. Bränslecellsenhet (10) k ä n n e t e c k n a d a v , att bränslekanalerna (14a) är belagda med ett enligt första elektriskt ledande material (16a) och att syrekanalema (14b) är belagda med ett andra elektriskt ledande material (16b). 10 15 20 25 30 mo: , , - v e u " u 521 952 0 I g . . - - , , . .. ln Ü' 16

4. Brånslecellsenhet (10) k ä n n e t e c k n a d a v , att kanalerna (14) består av ett syrejonledande enligt något av föregående patentkrav, material.

5. Brånslecellsanordning innefattande ett flertal bränslecellsenheter (10) enligt något av patentkrav 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v , att brånslecellsenheterna (10) är hopsatta på så vis att brånslekanalerna (14a) i en första bränslecellsenhet (10a) är i direkt förbindelse med bränslekanalerna (14a) i en andra bränslecellsenhet (10b) samt på så vis att syrekanalerna (14b) i en första bränslecellsenhet (10a) är i direkt förbindelse med syrekanalerna (14b) i en intilliggande bränslecellsenhet.

6. Bränslecellsanordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d a v , att brånslecellsenheterna (10) är hopsatta i en första rad med den första sidan (18) på en första bränslecellsenhet (10a) placerad mot den första sidan (18) på en andra bränslecellsenhet (10b), varvid bränslekanalernas (14a) blottade ändavsnitt (38) och det utrymme som utgörs av bränslekanalemas (14a) borttagna första kantdelar (22) bildar första bränsleledningskanaler (60) och andra brånsleledningskanaler (62), samt varvid den andra sidan (20) på den andra bränslecellsenheten (10b) är placerad mot den andra sidan (20) på en (tOc), borttagna andra kantdelar tredje bränslecellsenhet varvid det utrymme som utgörs av (14b) (24) bildar första syreledningskanaler (64) och andra syreledningskanaler (66). syrekanalernas

7. Bränslecellsanordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d a v , att den medger tredimensionell packning av bränslecellsenheter (10) genom att packningsmönstret i den första raden upprepas i ytterligare rader med ytterligare bränslecellsenheter (10d, 10e, 10f).

8. Bränslecellsanordning enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d a v , att packning av brånslecellsenheterna (10) på höjden är utfört genom att mönstret från ett undre lager upprepas i ett nytt lager, varpå det nya lagret är lagt på det , , ø | nu , , | c av . Û .n '°. .Q I _ _ _ .. ° I! ~ : 2 ,,ecn>',u.,øn°..u:,o o ','.a I: 100: z 'u-.n 0 o . :n tfl, lz: z._"-. ' ' ' ' ' ' I 1 , f . I 17 undre lagret så att bränsleledningskanalerna (60, 62) respektive syreledningskanalerna (64, 66) passar ihop i höjdled.