WO1997031399A1 - Anlage zur erzeugung elektrischer energie mit festoxidbrennstoffzellen - Google Patents

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WO1997031399A1
WO1997031399A1 PCT/EP1997/000842 EP9700842W WO9731399A1 WO 1997031399 A1 WO1997031399 A1 WO 1997031399A1 EP 9700842 W EP9700842 W EP 9700842W WO 9731399 A1 WO9731399 A1 WO 9731399A1
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Karl Kriechbaum
Richard SPÄH
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Aeg Energietechnik Gmbh
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Plant for generating electrical energy with solid oxide fuel cells Plant for generating electrical energy with solid oxide fuel cells
  • the invention relates to a plant for generating electrical energy with solid oxide fuel cells according to the preamble of claim 1
  • the invention is based on the problem of designing components and fuel cell stacks in such a way that the tightness is ensured, the thermal expansion can be absorbed and the brittle ceramic parts are connected in such a way that they are not destroyed during the temperature changes that occur
  • the essence of the invention is that the fuel cells and the operating components are housed in two separate housings and are connected via a connector 3, which contains partitions and very short gas routing channels (see FIG. 1).
  • the fuel cell stacks 30 are arranged in a cylindrical housing 18 and form a fuel cell unit or module 4
  • Several modules including connectors are housed in a larger cylindrical or pot-shaped housing 40, which is sealed on one side by an end plate 14 against the housing 12 of the operating components 2. Both housings and the components contained in them are over the Connector 3 connected to each other, ie temperature expansions are absorbed.
  • the connector offers enough space for "routing" the connecting lines The invention is explained below using the drawing as an example
  • Fig. 1 essentially a section through the connector
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through the entire system (section AB, see Fig. 1)
  • Fig. 2a shows a longitudinal section through a module with gas supply along CD
  • Fig. 2b a perpendicular section through one Module with gas channels
  • Fig 3 shows the cross section of a module with a horizontal sectional plane
  • a housing 40 which contains the fuel cell stacks 30 and the housing 12 with the operating components are connected to one another via the connector 3.
  • This connector has spaces 23, 24 and 25 which are separate from one another and which preferably have a symmetry with respect to the central axis.
  • the exhaust gas flows into the inner space 25 from the cathodes of the fuel cells of the modules 4 and from there directly into the first heat exchanger 27 of the operating components of the column. Heated air flows into the outer space 23 into a connection hood of the heat exchanger 46 and from there into the heat exchangers 29 and 27 connected in series and from there directly into the cathode space of the fuel cells (FIG. 2).
  • the fuel gas is supplied from a reformer 47 via a loop 10 within the column to the fuel gas supply channel 5 of the fuel cell stack 30
  • the fuel cells are electrically connected in series in the partial stacks a, b, c and, as shown in FIG. 3, connected to the fuel gas supply channel 5. Through this channel, fuel gas can be supplied to a fuel cell stack via the hood 39.
  • the partial stacks a, b, c in the fuel cell stack 30 are pressed against one another, the force for this is provided by springs in the flange 37 (FIG. 3) which, like the springs 32, are arranged outside the high-temperature range.
  • the fuel cell stack a. b and c are operated in a series connection in such a way that the resulting block has the desired performance. 2, can be connected in series on the gas side. For example, they are sealed against each other by means of a mica frame.
  • the exhaust gas flows into the exhaust gas pipe 6 (see FIGS. 2 and 3) and from there in the axial direction through the extension of the pipe 6 through the connector through into the ring line 50 and via a loop 38 into the afterburner 26.
  • the connector in particular is excellently suited for making gas-side and electrical connections. It is characterized by its accessibility, especially when assembling the modules 4 with the operating components, such as heat exchangers and / or Reformers.
  • the stacks of the fuel cells are arranged in a cavity (see FIG. 3) and divide them into two parts 35 and 36. These cavities are partially surrounded by blocks of insulating material 33, 34 which, for example, are circular in cross section on the side facing away from the fuel cell stacks.
  • the large cross-section of the cavity 35 serves to distribute the air evenly over the fuel cell stacks; on the other side of the fuel cell stacks, the partial cavity 36 serves to collect the exhaust air.
  • the air and exhaust air preferably flows axially in these rooms and flows through the openings 7 and 8, with which these rooms communicate with the connector (see FIGS. 1 and 2).
  • the fuel gas supply duct 5 and the exhaust gas duct 6 are thermally insulated in the radial direction
  • a hollow tube of the housing 18 consisting of at least two segments holds the entire arrangement concentrically together.
  • Springs on the flange 37 allow radial compensatory movements which take place as a result of thermal expansion at changing temperatures
  • the exhaust gas which still contains a portion of combustible gases, can also be conducted into the exhaust air space 36 via a further channel. Because of the high temperature of the exhaust air, which is far above the ignition temperature, the combustible components of the exhaust gas immediately burn.
  • an air-permeable, high-temperature-resistant diffuser element is arranged on the exhaust air side of the stack, which acts as a shield against thermal radiation.
  • the exhaust gas is passed through a pipe 6 through the connector, for example via a ring line 50 as a collecting line for the exhaust gas lines of the individual fuel cell stacks 30 ⁇ 30 ", 30 '" (see FIG. 1) m to an afterburner 26 in which burns the remains of the combustible gases with some added exhaust air.
  • the tub that is created is given off to the fresh air that is supplied preheated by brushing past the housings of the modules, through which pipe 20 is fed to heat exchanger 46
  • Flammable gas which escapes at the sealing points of the channels in the module area that carry fuel gas, is immediately burned on the air supply side 35, because the temperature there is also sufficiently high for spontaneous combustion.
  • the current is dissipated via electrodes and connections 48 (not shown in detail) on the end faces the block, or by the shortest route via the connector 3 Several columns of operating components can also be connected in parallel via the connector in order to utilize the exhaust gas and exhaust air warmers and to reform process gas
  • a plurality of modules 4 are arranged in a tube 18.
  • the free space between the modules and the inner wall of the housing 18 can also be completely or partially filled with insulating material 33, 34.
  • FIG. 2a three blocks a, b, c are shown side by side (section CD in FIG. 1). They are supported by shaped pieces 51 made of preferably foamed insulating material, the combustion gas hood 39 and the exhaust hood 39 'with the inside of the steel pipe 18 consisting of two parts The separation into two half-shells is not visible in this figure.
  • the blocks a, b, c are held together axially with the molded pieces 51, including the fuel gas and exhaust hoods 39, 39 '(see FIG. 3) incorporated therein, via the rigid foam insulating material the block, which in this figure consists of nine rows of blocks, a three-part current collector 48, which is present on both sides.
  • the cover plate 19 has recessed cap screws and is via a spring set, which is on Distributed circumferentially is connected to the housing of the modules 18 so that this unit from the two half-shells, the fuel cell stacks and the end plate 19 (connecting pieces for gas and electricity) becomes a mountable Unit
  • This unit is let into a housing 40 with a cover, through which the fresh air can flow into the space between the housing 40 and the half-shells 18 for the sheathing of a module.
  • the heated air passes through the outer region 23 of the connector 3 via a pipe 20 to the heat exchanger 46 (see FIG. 2).
  • the interior of the housing 40 is equipped with 3 modules according to FIG. 2a or FIG. 3 forms a cover 15 or an end plate 15, which is supported by the cover plate 19 via a seal 28 made of ceramic felt
  • the column 12 is the outer cylinder of the housing.
  • the column is a separately assembled unit.
  • the springs 32 can be adjusted so that a sufficient pressure or surface pressure acts on the components of the column
  • the cover plate 19 Between the cover plate 19 and the circular end plate 14 of the connector 3, an arrangement of two mutually elite bodies 16 and 17 is provided (see FIG. 1). These bodies preferably consist of a ceramic, high-temperature-resistant material.
  • the cover plate 19 is used for mounting with the end plate 14 of the connector 3 connected
  • the bodies 16 and 17, which look like a star, are mounted by means of adjusting and spacing pieces
  • the outer casing tube of the housing 40 which contains, for example, three module blocks, has a flange 9 which is connected to the flange on the casing tube of the housing 12 by spring-loaded bolts. When pressed together, the elements 16 and 17 transmit the force to the cover plate 19 and the cover 15 The springs can also be used to adjust the force on the modules
  • FIG. 2 55 denotes the fuel inlet.
  • a reformer 47 is shown in the module above the plate 13.
  • the reformed glass passes through a coiled tube 10 for temperature compensation in a ring line from which the fuel gas hoods 39 and anodes are fed.
  • the exhaust gas passes from the exhaust hood 39 '.
  • Via the line 6 into the afterburner 26 In the inner space 25 of the connector (see Fig. 1), the cathode exhaust flows and flows through the large cross section of the heat exchanger from top to bottom (see Fig. 2).
  • the exhaust gas of the exhaust gas is shown in FIG. 2 with the number 45 designated

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie mit Festoxidbrennstoffzellen, wobei ein Reformerbaustein (47) zur Aufbereitung des Brenngases der Brennstoffzellen und Wärmetauscher (27, 29) zur Vorwärmung des sauerstoffhaltigen Gases vorgesehen sind und wobei die einzelnen Komponenten, in Gehäusen (40) untergebracht und durch Gasleitungen miteinander verbunden sind, die Brennstoffzellen (30) und die Betriebskomponenten (27, 29, 46, 47) jeweils in einem Gehäuse zusammengefasst sind, sowie der Brennstoffzellenteil der Anlage mit dem Betriebskomponententeil über einen relativ kurzen Verbinder miteinander gekoppelt ist, in diesem Verbinder Strom- und Gasanschlüsse miteinander verschaltbar sind, in dem Verbinder Überströmkanäle (24, 25; 5, 6) vorgesehen sind, in denen Gase zur Ver- und Entsorgung der Brennstoffzellenmodule strömen, Mittel zur Justierung, Abdichtung und Befestigung des Betriebskomponententeils und des Brennstoffzellenteils am Verbinder vorgesehen sind.

Description

Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie mit Festoxidbrennstoffzellen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie mit Fest Oxidbrennstoffzellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Aus der EP 0476 610 Bl, von der die Erfindung ausgeht, ist bekannt, Betriebskomponenten einer BrennstofFzellenanlage als Stapel von Bauelementen wie Wärmetauscher für verschiedene Funktionen, Nachbrenner und Reformer in einer Kolonne anzuordnen. Es ist bekannt, Betriebskomponenten mit Brennstoffzellenstapeln ('Stacks') bzw Kombinationen davon über Verbindungsrohre miteinander zu verbinden Solche Anordnungen haben aber den Nachteil, daß sich die Rohre bei Temperaturänderung stark ausdehnen oder zusammenziehen Immerhin betragen die Änderungen der Temperatur bei Inbetriebnahme 1000 C°
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Komponenten und Brennstoffzellenstapel so zu gestalten, daß die Dichtigkeit gewährleistet ist, die Temperaturdehnung aufgefangen werden können und die spröden Keramikteile so zu verbinden, daß sie bei den auftretenden Temperaturwechseln nicht zerstört werden
Dieses Problem wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelost Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Brennstoffzellen und die Betriebskomponenten in zwei getrennten Gehäusen untergebracht sind und über einen Verbinder 3, der Trennwände und sehr kurze Gasführungskanäle enthält, verbunden sind (s Fig 1 ) Die Brennstoffzellenstapel 30 sind in einem zylinderförmigen Gehäuse 18 angeordnet und bilden eine Brennstoffzelleneinheit oder Modul 4 Mehrere Module samt Verbinder sind in einnem größeren zylindrischen bzw topfförmigen Gehäuse 40 untergebracht, das auf einer Seite durch eine Abschlußplatte 14 gegen das Gehäuse 12 der Betriebskomponenten 2 abgedichtet wird Beide Gehäuse und die in ihnen enthaltenen Komponenten werden über den Verbinder 3 miteinander verbunden, d h Temperaturdehnungen werden aufgefangen Der Verbinder bietet genügend Platz zum „Rangieren" der Verbindungsleitungen Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutet
Es zeigen.
Fig. 1 im wesentlichen einen Schnitt durch den Verbinder Fig. 2 einen Längsschnitt durch die gesamte Anlage (Schnitt AB, s. Fig.1 ) Fig. 2a einen Längsschnitt durch einen Modul mit Gaszuführungen entlang CD Fig. 2b einen dazu senkrechten Schnitt durch einen Modul mit Gaskanälen und Fig 3 den Querschnitt eines Moduls mit horizontaler Schnitt ebene
In Fig 1 ist ein Schnitt durch den Verbinder mit Blick auf die Modulseite dargestellt
Erfmdungsgemäß werden zwei Gehäuse, ein Gehäuse 40, das die Brennstoffzellenstapel 30 enthält und das Gehäuse 12 mit den Betriebskomponenten über den Verbinder 3 miteinander verbunden Dieser Verbinder weist voneinander getrennte Räume 23, 24 und 25 auf, die vorzugsweise eine Symmetrie zur Mittelachse aufweisen. In den inneren Raum 25 strömt das Abgas aus den Kathoden der Brennstoffzellen der Module 4 und von dort unmittelbar in den ersten Wärmetauscher 27 der Betriebskomponenten der Kolonne. In den äußeren Raum 23 strömt erwärmte Luft in eine Anschlußhaube des Wärmetauschers 46 und von dort in die hintereinand ergeschalteten Wärmetauscher 29 und 27 und von dort unmittelbar in den Kathodenraum der Brennstoffzellen (Fig 2).
Die Zuleitung des Brenngases von einem Reformer 47 erfolgt über eine Schleife 10 innerhalb der Kolonne zum Brenngaszuführungskanal 5 des Brennstoffzellenstapels 30
Thermisch verursachte Längenanderungen von Brennstoffzellenstapel 30, Verbinder 3 und Betriebskomponenten-Kolonne 2 werden durch die Beweglichkeit der Grundplatte 13 gegen die Kräfte von Federn 32 ermöglicht, die den Flansch 9 zusammenhalten Die Hüllrohre der Gehäuse 12 und 40 werden im Bereich des Verbinders 3 mittels eines Flansches 9 miteinander verschraubt. Der noch offene Spalt wird durch Einsatz eines hochtemperaturbestandigen Vlieses gedichtet Die Federn am Flansch 9 können entfallen, wenn durch die Federwirkung der Federn 32 genügend Elastizität erreichbar ist
Die Brennstoffzellen sind in den Teilstapeln a, b, c elektrisch in Reihe geschaltet und, wie Fig 3 zeigt, mit dem Brenngaszuführungskanal 5 verbunden Durch diesen Kanal kann Brenngas über die Haube 39 einem Brennstoffzellenstapel zugeführt werden. Die Teilstapel a, b, c im Brennstoffzellenstapel 30 werden gegeneinander gedrückt, die Kraft dazu liefern Federn im Flansch 37 (Fig 3), die wie die Federn 32 außerhalb des Hochtemperaturbereichs angeordnet sind Die Brennstoffzellenstapel a. b und c werden in einer Reihenschaltung betrieben , derart, daß der dadurch entstehende Block die gewünschte Leistung hat Die einzelnen Teilstape! können, wie Fig. 2 darstellt, gasseitig in Reihe geschaltet werden Sie werden beispielsweise mittels Glimmerrahmen gegeneinander abgedichtet Das Abgas strömt in das Abgassammeirohr 6 (s Fig. 2 und 3) und von dort in axialer Richtung durch die Verlängerung des Rohrs 6 durch den Verbinder hindurch in die Ringleitung 50 und über eine Schleife 38 in den Nachbrenner 26. Der Verbinder insbesondere ist hervorragend dazu geeignet, gasseitige und elektrische Verbindungen vorzunehmen Er zeichnet sich durch seine Zugänglichkeit vor allem beim Zusammenfügen der Module 4 mit den Betriebskomponenten, wie Wärmetauschern und/oder Reformern aus.
Die Stapel der Brennstoffzellen sind in einem Hohlraum angeordnet (s Fig. 3) und teilen diesen in zwei Teile 35 und 36. Diese Hohlräume zum Teil von Isolierstoffblöcken 33, 34 umgeben, die im Querschnitt auf der den Brennstoffzellenstapeln abgewandten Seite beispielsweise kreisförmig sind. Der Hohlraum 35 dient mit seinem großen Querschnitt dazu, die Luft gleichmäßig auf die Brennstoffzellenstapel aufzuteilen, auf der anderen Seite der Brennstoffzellenstapel dient der Teilhohlraum 36 der Sammlung der Abluft. Die Luft und Abluft strömt in diesen Räumen vorzugsweise axial und strömt durch die Öffnungen 7 und 8, womit diese Räume mit dem Verbinder kommunizieren (s. Fig 1 und 2) Der Brenngaszuführungskanal 5 und der Abgaskanal 6 werden in radialer Richtung thermisch isoliert
Ein aus mindestens zwei Segmenten bestehendes Hullrohr des Gehäuses 18 hält die gesamte Anordnung konzentrisch zusammen Dabei erlauben Federn am Flansch 37 radiale Ausgleichsbewegungen, die als Folge thermischer Ausdehnung bei sich verändernden Temperaturen stattfinden
Das Abgas, das noch einen Anteil an brennbaren Gasen enthält, kann auch über einen weiteren Kanal in den Abluftraum 36 geleitet werden Wegen der hohen, weit über der Entzündungstemperatur liegenden Temperatur der Abluft, verbrennen die brennbaren Bestandteile des Abgases sogleich. Zum Schutz gegen die damit verbundene Temperaturerhöhung im Raum 36 wird auf der Abluftseite der Stapel ein luftdurchlässiges hochtemperaturfestes Diffusorelement angeordnet, welches als Abschirmung gegen Temperaturstrahlung wirkt.
Es ist aber vorzugsweise vorgesehen, das Abgas durch ein Rohr 6 durch den Verbinder hindurch beispielsweise über eine Ringleitung 50 als Sammelleitung für die Abgasleitungen der einzelnen Brennstoffzellenstapel 30\ 30", 30'" (s Fig 1 ) m einen Nachbrenner 26 zu leiten, in welchem die Reste der brennbaren Gase mit etwas hinzugegebener Abluft verbrennen Die Wanne, die dabei entsteht, wird an die zugeführte Frischluft abgegeben, die durch Vorbeistreichen an den Gehäusen der Module vorgewärmt, durch das Rohr 20 dem Wärmetauscher 46 zugeführt wird
Brennbares Gas, das an den Dichtungsstellen der Brenngas führenden Kanäle im Modulbereich entweicht, wird auf der Luftzuführungsseite 35 sofort verbrannt, denn auch dort ist die Temperatur für eine spontane Verbrennung hinreichend groß Die Stromableitung geschieht über nicht im Detail gezeigte Elektroden und Anschlüsse 48 auf den Stirnseiten der Blocke, bzw auf dem kürzesten Wege über den Verbinder 3 Über den Verbinder lassen sich auch mehrere Kolonnen von Betriebskomponenten zwecks Verwertung der Abgas- und Abluftwarme und zum Reformieren von Prozeßgas parallelschalten
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Module 4 in einem Rohr 18 angeordnet Der freie Raum zwischen den Modulen und der Innenwandung des Gehäuses 18 kann auch mit Isoherstoff 33, 34 ganz oder teilweise gefüllt werden Das Gehäuse 18 wird außen von Frischluft umströmt, die beispielsweise durch zwei Einlasse 21 in das Gehäuse (s Fig 2) eintritt
In Fig 2a sind drei Blocke a, b, c jeweils nebeneinander dargestellt (Schnitt C-D in Fig 1 ) Sie sind von Formstücken 51 aus vorzugsweise geschäumtem Isolierstoff abgestutzt, der Brenngashaube 39 und die Abgashaube 39' mit dem Inneren des aus zwei Teilen bestehenden Stahlrohrs 18 verbindet Die Trennung in zwei Halbschalen ist in dieser Figur nicht sichtbar Die Blocke a, b, c werden mit den Formstucken 51 einschließlich der darin eingearbeiteten Brenngas- und Abgashauben 39, 39' (s a Fig 3) über den Isolierstoff aus Hartschaum radial zusammengehalten Axial schließt sich den Block, der in dieser Figur aus neun Blockreihen besteht, ein dreigeteilter Stromsammler 48 an, der auf beiden Seiten vorhanden ist Diese Stromsammler 48 sind voneinander getrennt, damit eine axiale Bewegung eines Blocks nicht zu einer Verminderung der Kontaktfahigkeit bei einer der anderen Blockreihen führt Darüber ist dann ein Isoherstoff 41 auf jeder Seite mit halbkreisförmigen Aussparungen vorgesehen Durch diese halbrunden Querschnitte werden die elektrischen Anschlußkabel 42 herausgeführt Den Abschluß bilden keramische Federelemente 54, welche eine senkrechte Kraft ausüben
Am Flansch 9 des Mantelrohrs für die Brennstoffzellenstapel bzw die Module (s Fig 2) sind Federn dargestellt, die dafür sorgen, daß die einzelnen Reihen eine hinreichende Kontaktkraft auch in der Waagrechten erhalten Die Abdeckplatte 19 hat eingelassene Kopfschrauben und wird über einen Federsatz, der am Umfang verteilt ist mit dem Gehäuse der Module 18 verbunden Damit wird diese Einheit aus den beiden Halbschalen, den Brennstoffzellenstapeln und die Abschlußplatte 19 (Anschlußstucke für Gas und Strom) zu einer montagefahigen Einheit Diese Einheit wird in ein Gehäuse 40 mit Deckel eingelassen, durch den die Frischluft in den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 40 und den Halbschalen 18 für die Ummantelung eines Moduls einströmen kann Es ist vorteilhaft, zwei Einlasse 21 vorzusehen, so daß eine bessere Umstromung erzielbar ist Die erwärmte Luft gelangt über den äußeren Bereich 23 des Verbinders 3 über ein Rohr 20 zum Wärmetauscher 46 (s Fig. 2) In Fig 2 ist der Innenraum des Gehäuses 40 mit 3 Modulen nach Fig 2a bzw Fig 3 bestuckt Den Abschluß jedes dieser Module 4 bildet ein Deckel 15 bzw eine Abschlußplatte 15, welcher durch die Abdeckplatte 19 über eine Dichtung 28 aus keramischen Filz gestützt wird
Im unteren Teil der Fig 2 ist die Kolonne aus Betπebskomponenten dargestellt Mit 12 ist der äußere Zylinder des Gehäuses diese Kolonne bezeichnet Die Kolonne ist eine separat montierte Einheit Die Federn 32 können so eingestellt werden, daß ein hinreichender Druck oder Flachenpressung auf die Komponenten der Kolonne wirkt
Zwischen Abdeckplatte 19 und der kreisförmigen Abschlußplatte 14 des Verbinders 3 ist eine Anordnung zweier meinandergest eliter Korper 16 und 17 vorgesehen (s Fig 1) Diese Korper bestehen vorzugsweise aus einem keramischen, hochtemperaturfesten Stoff Die Abdeckplatte 19 wird zur Montage mit der Abschlußplatte 14 des Verbinders 3 verbunden Auf der Platte 14 sind die Korper 16 und 17, die sternartig aussehen, mittels Justier- und Abstandstucken montiert
Das äußere Hullrohr des Gehäuses 40, das beispielsweise drei Modulblocke enthalt, besitzt einen Flansch 9, der über federbelastete Bolzen mit dem Flansch am Hullrohr des Gehäuses 12, zusammengefügt wird Beim Zusammenpressen übertragen die Elemente 16 und 17 die Kraft auf die Abdeckplatte 19 und die Deckel 15 Mit den Federn kann somit auch die Kraft auf die Module eingestellt werden
In Fig 2 bezeichnet 55 den Brennstoffeinlaß Im Baustein über der Platte 13 ist ein Reformer 47 dargestellt Das reformierte Glas gelangt durch ein gewendeltes Rohr 10 zum Temperaturlängenausgleich in eine Ringleitung, aus der die Brenngashauben 39 und Anoden gespeist werden Das Abgas gelangt von der Abgashaube 39' über die Leitung 6 in den Nachbrenner 26 In den inneren Raum 25 des Verbinders (s Fig 1) strömt die Kathodenabluft und durchströmt den großen Querschnitt der Wärmetauscher von oben nach unten (s Fig 2) Der Auspuff des Abgases ist in Figur 2 mit der Ziffer 45 bezeichnet
Vom obersten Wärmetauscher 27, der an die Platte 14 unmittelbar angrenzt, wird erhitzte Luft über eine Bohrung in der Platte 14 in den Zwischenraum 24 geleitet und gelangt von dort über die Bohrung 7 unmittelbar in den Raum 35 Von dort werden die drei Kathoden der Brennstoffzellenstapel 30 mit erwärmter Luft versorgt Die Frischluft, die (s Fig 2) im Raum zwischen den Gehäusen 18 für die Module und dem äußeren Hüllrohr 40 die Abwärme aus den Modulblöcken aufnimmt, gelangt über das Rohr 20 in die Anschlußhaube eines Wärmetauschers 46, wie oben beschrieben und dann über eine angedeutete Serienschaltung verschiedener Wärmetauscher zuletzt in den in Fig 2 obersten Wärmetauscher 27, von dem aus die erwärmte Luft über eine Bohrung 7 (s Fig 1 und 2) in der Abschlußplatte 14 dann in den Kathodenraum geleitet wird. In der Platte 14 (s Fig. 1 und 2) ist eine zentrale Bohrung 53 vorgesehen, durch die die Kathodenabluft unmittelbar in den Wärmetauscher 27 gelangt Das Hüllrohr 12 ist aus zwei Halbschalen aufgebaut, diese Halbschalen drücken Isolierstoff um die Wärmetauscher, die Hauben der Wärmetauscher und die übrigen Komponenten auf die Wärmetauscherkörper bzw. Nachbrennerkörper

Claims

Patentansprüche
Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie mit Festoxidbrennstoffzellen, mit einem Betriebskomponententeil das einen Wärmetauscher zur Vorwärmung des sauerstoffhältigen Gases und Stapel von Brennstoffzellen enthält, wobei die einzelnen Komponenten , in Gehäusen untergebracht und durch Gasleitungen miteinander verbunden sind, wobei die Zuführ des Brenngases und die Ableitung des Abgases über Anschlußhauben (39, 39') erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzellen und die Betriebskomponenten jeweils in separaten Gehäusen (40, 12) zusamengefaßt sind, daß der Brennstoffzellenteil (1 ) der Anlage mit dem Betriebskomponententeil (2) über einen kurzen Verbinder (3) miteinander gekoppelt ist, daß in diesem Verbinder Strom- und Gasanschlüsse miteinander verschaltet sind, daß in dem Verbinder Überströmkanäle (23, 24, 25; 7, 8) vorgesehen sind, in denen Gase zur Ver- und Entsorgung der Brennstoffzellenmodule strömen und daß Mittel zur Justierung, Abdichtung (28) und Befestigung (9) des Betriebskomponententeils (2) und des Brennstoffzellenteils (1 ) am Verbinder (3) vorgesehen sind
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Betriebskomponenten als Bausteine ausgeführt sind, die in Richtung des größten Durchflußquerschnitts gestapelt sind
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Wärmetauscher (27, 29, 26, 46, 47)so gewählt ist, daß die wärmeabgebenden Gase am einen Ende und die warmeaufhehmenden Gas am anderen Ende der Warmetauscherkolonne nach dem Gegenstromprinzip eingeleitet sind
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft durch den zentralen Bereich aller übereinander gestapelter Wärmetauscher fließt und dabei die im rechten Winkel dazu fließenden Gase zur
Versorgung der Brennstoffzellen aufheizt 5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Brenngas und Abgas durch Rohrleitungen (5, 6) fließen, welche unterhalb des
Verbinders durch je eine Ringleitung (50, 52) miteinander verbunden sind.
6 Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses (18) um einen Brennstoffzellenstapel 30 von diesem und beidseitig an den Stirnseiten angeordneten Isolierkörper (51) derart abgeteilt wird, daß die eine Seite (35) der Luftzuführung und die andere Seite (36) der
Abluftleitung dient, und daß die Brenngas- und Abgashauben (39, 39') von den
Isolierkörpern (51 ) auf die Brennstoffzellen gedruckt werden
7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten im Betriebsteil mit Anschlußhauben versehen sind, die von Segmenten des Gehäuses (12) über Isolierkörper auf die Betriebskomponenten gedruckt werden.
8 Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) für einzelne Module (4) aus Segmenten besteht, die über Federn zusammengehalten werden
9 Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß brenngashaltiges Abgas in den Abluftbereich (36) eingeleitet wird
10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgasseitige Fläche des Stapels (30) durch ein hochtemperaturbeständiges diffüsorähnliches Teil (44) geschützt wird
11 Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (18) mehrere Stapel (30) brenngasseitig in Reihe geschaltet sind 2 Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel (30) über Folien aus einer Edelmetallegierung oder aus Edelmetall miteinander leitend verbunden sind
13 Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Modulen (4) zur Erwärmung der Frischluft verwendet wird
14 Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Hullrohr (40) der Module (4) thermisch isoliert ist
15 Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Module (4) so angeordnet sind, daß die Abluftleitungen auf einem Kreis liegen
16. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten einer Kolonne axial über eine federbelastete Grundplatte (13) zusammengedruckt sind
17 Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder (3) konzentrische Kammern aufweist, wobei die Abluft aus den Brennstoffzellenstapeln (30) in die innere Kammer (25) strömt, und daß die Abluft von dort durch eine zentrale Bohrung 53 in der Abschlußplatte 14 unmittelbar in den Mittelkanal der Kolonne der Betriebskomponenten strömt
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