NL2006172A

NL2006172A - FUEL CELL SYSTEM.

Info

Publication number: NL2006172A
Application number: NL2006172A
Authority: NL
Inventors: Harald Maus; Birgit Thoben; Gudrun Oehler; Alexander Bluthard; Juergen Oberle; Erhard Hirth
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2011-08-15
Also published as: GB2478817B; DE102010001800A1; GB2478817A; GB201102278D0; NL2006172C2

Description

P94037NL00P94037NL00

Titel: BrandstofcelsysteemTitle: Fuel cell system

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 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.The invention is directed to a fuel cell system with at least one tubular fuel cell, the fuel cell having an inner electrode and an outer electrode, wherein a reactant can be supplied through a basic body and through an inner space of the fuel cell of the inner electrode and another reactant which can be supplied through an outer space around the fuel cell of the outer electrode, the reactants being electrochemically convertible to the electrodes and thereby generating an electric current, according to the preamble of claim 1.

Stand van de techniekState of the art

Bij hoge-temperatuur-brandstofcellen zoals bijvoorbeeld een SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) die bij ca. 650-1000 °C werken, is het bijzonder 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.With high-temperature fuel cells such as, for example, a SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) operating at about 650-1000 ° C, it is particularly difficult to have an electrode space of an anode and an electrode space of a cathode due to the high temperatures of each other to seal, so that an oxidizing agent and a fuel cannot mix.

In US 2008/0118812 Al worden een bundel buisvormige, dat wil 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 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 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 steunplaat met de defecte brandstofcel zijn verbonden, verwisseld moeten worden.US 2008/0118812 A1 shows a bundle of tubular, i.e., tubular, fuel cells formed as SOFC, with the fuel cells open on both sides. The two sides are each arranged in a support plate which all fuel cells have in common and are each sealed there by a sealant such as glass, wax or silver. A disadvantage here is that glass or wax, depending on the high temperatures, becomes brittle and gas permeable over time. Silver, on the other hand, is too expensive. A further disadvantage is that some defective fuel cells cannot be exchanged. Instead, the seals of the entire support plate should be broken and the support plate removed from the defective fuel cell. Alternatively, in the case of a defective fuel cell, all still intact fuel cells that are connected to the defective fuel cell by fusion via the common support plate should also be exchanged.

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 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. Hierdoor wordt een snelle verwisseling van de defecte brandstofcel voor het regenereren van het elektrische vermogen van de brandstofcel noodzakelijk.Easy interchangeability of a defective fuel cell is particularly necessary if fuel cells are electrically connected in series to increase the electrical voltage. In a series connection, however, a defective fuel cell means that no more current can flow through the series with defective fuel cells, so that through one defective fuel cell the electrical power of the fuel cell system with the electrical power of the entire one with the defective fuel cell in series switched fuel cells. This necessitates a rapid exchange of the defective fuel cell for regenerating the electrical power of the fuel cell.

Openbaarmaking van de uitvindingDisclosure of the invention

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.An object of the invention is to provide a fuel cell system, in which a simple interchangeability of a single defective fuel cell is made possible. In particular, a gasket of the fuel cells with a long service life will also be provided.

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 combinatie essentieel zijn voor de uitvinding.To achieve this goal, a fuel cell system with the features of claim 1, in particular the characterizing part, is proposed. Advantageous developments of the invention are indicated in the dependent claims. In addition, the measures mentioned in the claims and in the description may in each case per se or in combination be essential for the invention.

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 ook door middel van krachtopsluiting aan het basislichaam bevestigt, waardoor de binnenruimte tegen de buitenruimte is afgedicht.According to the invention, it is provided that the fuel cell is fastened to the basic body by means of a form fitting, wherein the fastening means in particular also secures the fuel cell to the basic body by means of force locking, whereby the inner space is sealed against the outer space.

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 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. 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 toe gevoerd. Als brandstof kan 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 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, waarbij het bevestigingsmiddel een omkantelen van de brandstofcel tegengaat. Doordat er geen versmelting is, laat de brandstofcel zich gemakkelijk van het basislichaam scheiden.A tubular fuel cell has a pipe that has several layers. A first, inner electrode is located on an inner side. There is an electrolyte layer over that separating the first electrode from a second, outer electrode and located on an outside of the pipe. A gas diffusion layer and / or an electrical contact layer can be located on both electrodes. One reactant for an electrochemical reaction of the fuel cell, i.e. a fuel or an oxidizing agent, is supplied to one electrode in each case. Advantageously, but not limitingly, an anode of a fuel cell corresponds to the first electrode and a cathode of the fuel cell corresponds to the second electrode, so that a fuel of the anode in an interior space of the fuel cell and an oxidizing agent of the cathode is fed through an outside space. Hydrogen may be used as fuel and oxygen or oxygen-containing air may be provided as the oxidizing agent. The hydrogen can be recovered by an external or internal reforming process. As a supporting, shaping structure of the fuel cell, in particular whether the anode or the electrolyte layer is provided. The fuel cell is arranged on a base body which comprises at least one supply channel for supplying the fuel and comprises at least one discharge channel for discharging the unconverted fuel and the reaction product, for example water. Here, the fuel cell according to the invention is fixed to the base body by means of form-fitting, but not by means of fusion, with an attachment means, wherein the attachment means prevents the fuel cell from tipping over. Because there is no fusion, the fuel cell can be easily separated from the basic body.

In de brandstofcel moet een vermenging van brandstof en oxidatiemiddel zo veel mogelijk worden vermeden, zodanig dat zo veel 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 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 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 wordt bereikt zonder een versmeltend of verouderingsgevoelig dichtmiddel. De dichting volgens de uitvinding is daarmee hoofdzakelijk onderhoudsvrij.In the fuel cell, mixing of fuel and oxidant must be avoided as much as possible, so that as much fuel as possible is converted electrochemically and the efficiency of the fuel cell system is therefore as high as possible. Moreover, in the case of, for example, a mixing of hydrogen and oxygen, no safety problem may arise due to a popping gas reaction. Therefore, the inner space and the outer space must be reliably sealed relative to each other. If the fuel cell is pressed against the basic body by the fastening means with a sufficiently high force, that is by means of force locking, the inner space of the outer space is simultaneously sealed. Here, the superimposed surfaces of the basic body and the fuel cell can preferably be ground. Alternatively, labyrinth seals can be stamped or respectively worked in, wherein the labyrinths of the labyrinth seals can optionally be filled with a second suitable substance. An increased surface pressure for a releasable seal can hereby be achieved locally, while leak-prone cavities or paths are avoided. The seal is achieved without a fusing or aging-sensitive sealant. The seal according to the invention is therefore essentially maintenance-free.

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 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 vermijden, een aanzienlijk kleinere invloed op de afdichting. In het 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 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.The fastening means according to the invention is preferably used with a fuel cell which is closed on a first side and open on an opposite second side, wherein the fuel cell is arranged on the basic body with the second side. As a result, an attachment and possibly the seal on only one side in only one basic body is required. Due to the unilateral fixed bearing of this device, dimensional changes in the fuel cell, which cannot be avoided due to temperature fluctuations, in particular at start-up, have a considerably smaller influence on the seal. In particular, mechanical deformation is thus also avoided, such as can occur with a two-sided pipe-shaped fuel cell integrated in supporting plates. In order to keep the closed second side gas-tight, the supporting structure of the fuel cell can be manufactured, for example, by means of an injection molding process, in particular for ceramic or ceramic composite materials. The fuel cell can be a high-temperature fuel cell, for example an SOFC.

Opdat de brandstofcel gemakkelijk van het basislichaam losmaakbaar is, kan er in worden voorzien dat het bevestigingsmiddel direct 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 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 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 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 en het basislichaam vertonen, zodat in een gebruikstoestand bij hoge temperatuur de brandstofcel tussen het bevestigingsmiddel en het basislichaam is ingeperst. In dit geval kunnen het bevestigingsmiddel en het basislichaam monolithisch zijn gevormd.In order for the fuel cell to be easily detachable from the base body, it can be provided that the fastener is directly detachably attached to the base body, for example screwed. This allows the fastening means to be loosened or loosened, so that the fuel cell can easily be replaced in the event of a defect. The fastening means is preferably screwed into place with the base body, where the temperature is also so low during use of the fuel cell that corrosion of a screw or a temperature-dependent negligence of used materials is effectively prevented. If the electrochemical reaction takes place far enough away from the basic body only in an upper part of the pipe of the fuel cell, then, for example, the fastening means near the fuel cell can be screwed to the basic body. Preferably the screwing takes place at a distance from the fuel cell. The base body is preferably made at least on the surface facing the fuel cell from an electrically insulating, high-temperature-resistant ceramic. In order to avoid a thread in the ceramics of the basic body, a holder can alternatively be provided which indirectly connects the fixing means and the basic body, in particular glue-like. Alternatively, as an alternative to screwing in, the fuel cell can have a material with a higher coefficient of thermal expansion than the fastener and the base body, so that in a high-temperature use condition the fuel cell is pressed in between the fastener and the base body. In this case, the fastener and the basic body can be monolithic.

Het is denkbaar dat de brandstofcel een flens vertoont die direct of 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 worden vastgeschroefd. Hierdoor wordt de flens door middel van krachtopsluiting tussen het bevestigingsmiddel en het basislichaam vastgehouden.It is conceivable that the fuel cell has a flange that rests directly or indirectly on the basic body. The fastening means can be formed as a rod and arranged over the flange, so that the flange lies between the rod and the basic body by means of form-fitting. Furthermore, the fastening means can be pressed against the basic body with a force, for example in that the fastening means and the basic body are screwed together. As a result, the flange is held between the fastener and the basic body by means of a force containment.

Het brandstofcelsysteem kan meerdere brandstofcellen vertonen. Het kan zijn dat een staaf telkens maar één brandstofcel bevestigd. Bij voorkeur 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 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 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.The fuel cell system can have multiple fuel cells. It is possible that a rod only fixes one fuel cell at a time. Preferably, the rod at least two fuel cells attach to each other, in that the rod lies in width and / or in length on the corresponding flanges of the fuel cells. In this case the rod can also be attached to the basic body only at two ends, in particular screwed down. Due to its length, the rod can attach several fuel cells arranged one behind the other. The fuel cells can be arranged in a spatial field. In particular, the fuel cells can be arranged such that they together form a rectangle of at least two rows and two columns, preferably perpendicular to the rows. A rod can fix two columns at the same time, because the rod lies in its width over in each case two adjacent flanges of the two columns and in its length covers all the flanges of the two columns. Each fuel cell is advantageously attached to the base body by the two rods, which are in particular parallel.

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.It may be that the flange extends differently far in various directions away from the fuel cell and is, for example, elliptical or rectangular. As a result, the fuel cell can be rotated underneath the fastener, as in the case of a bayonet fitting during installation.

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 op geheven, zodat de brandstofcel van het brandstofcelsysteem kan worden weggenomen zonder dat de beide staven volledig moeten worden losgemaakt. Dit vergemakkelijkt eveneens het verwisselen van een enkele defecte brandstofcel.In the attached state, the flange extends longitudinally below the fastener. When the fuel cell is removed, the form closure with the fastening means is again lifted by means of a rotational movement, so that the fuel cell can be removed from the fuel cell system without the two bars having to be completely detached. This also facilitates the exchange of a single defective fuel cell.

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 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 maakt een geometrisch eenvoudige brandstofcel mogelijk, die met de ring door middel van vormsluiting en/of krachtopsluiting aan het basislichaam kan worden bevestigd.In an alternative, bayonet-like embodiment, the fastening means can be in the form of a ring, in particular at least partly of ceramic. In this embodiment, recesses are provided in the basic body which are arranged around a single fuel cell. The fuel cell is then placed on the base body and electrically connected. The mechanical attachment follows because the ring which is placed over the fuel cell and engages the recesses of the basic body and can be locked with a rotation. This embodiment makes possible a geometrically simple fuel cell which can be attached to the basic body with the ring by means of form locking and / or force locking.

Het is denkbaar dat het bevestigingsmiddel elektrisch geleidend is. In het bijzonder kan het bij een gestructureerde rechthoekige inrichting van de 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 verbonden, dan worden de brandstofcellen van een kolom elektrisch parallel 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 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 achterelkaar in elektrisch contact, dan kan de brandstofcel van een kolom eveneens elektrisch parallel worden geschakeld.It is conceivable that the fastener is electrically conductive. In particular, in the case of a structured rectangular arrangement, it may be provided with the fuel cell that each time a row of fuel cells is electrically connected in series. If a rod is now used as an electrically conductive fastening means in such a way that the rod fixes at least one column and a column is electrically connected directly or indirectly via a contact element to the outer electrode of the fuel cell, the fuel cells of a column are electrically connected. connected in parallel. If a ring is designed as an electrically conductive fastener and is designed in such a way that it is not symmetrical towards the center of the fuel cell, fuel cells can also be electrically connected to each other. The ring can herein be longitudinally formed in the directions of which an electrical contact with adjacent fuel cells, rings and / or electrical contact elements is desired. In the other directions, the ring is of such a small spatial extent that an electrical contact with undesired electrodes, other rings and / or contact elements is omitted. If several rings of a column come into electrical contact one after the other, the fuel cell of a column can also be electrically connected in parallel.

Wordt telkens één kolom door elektrisch geleidende bevestigingsmiddelen, in het bijzonder steeds een elektrisch geleidende staaf of meerdere elektrische ringen, elektrisch parallel met elkaar 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 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 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 elektrische vermogen door de uitval van één brandstofcel niet wordt 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 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. 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.If in each case one column is electrically connected in parallel by electrically conductive fastening means, in particular always an electrically conductive rod or several electric rings, a structure of electrically conductive connections is formed, which resembles a matrix. If a fuel cell now fails, electrical current can flow past the defective fuel cell through the other rows. The intact fuel cells of the row containing the defective fuel cell can further generate electrical power. The electrical power of the fuel cell system is thus not reduced by the electrical power of the entire row containing the defective fuel cell, but only by the power of the defective fuel cell itself. The same applies in the case that a fuel cell is not sufficiently supplied with fuel and / or oxidizing agent and thus an electrical current through the submerged fuel cell is also largely prevented. Also here, due to the parallel electrical circuitry of the rows, an electric current flow is possible, so that the electrical power of the fuel cell system does not decrease significantly. More than two rows are preferably electrically connected in parallel, so that the electrical power is not overloaded by the failure of one fuel cell, but that the current flow can be distributed over several rows. An electrically conductive fastener according to the invention thus not only has the advantage that simple replacement of some defective fuel cells is possible. Rather, the electrically conductive fastener also offers the advantage that it makes it possible to change a defective fuel cell only at a later time, for example during prescribed, regular maintenance intervals, because the electric parallel of the fuel cell system due to a defective fuel cell due to the electrically parallel circuit slight decrease. An electrical voltage equalization between fuel cells connected in parallel can also prevent premature aging of the fuel cell, which would otherwise arise due to different fuel supplies and therefore different voltages.

De toestroom en terugstroom van de brandstof en/of het 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 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.The inflow and backflow of the fuel and / or the oxidizing agent can be selected for the field of fuel cells in various ways. Fuel cells can be grouped into groups in terms of liquid technology and these groups of fuel cells will have a common distributor and / or collector. A uniform distribution of the fuel and / or the oxidizing agent is hereby achieved with a suitable construction. The groups can be arranged in the rows or columns or as islands. An electrical circuit in groups does not necessarily entail a coverage-like liquid-technical circuit.

Om het eenvoudig verwisselen van een brandstofcel mogelijk te 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 strippen vertonen, die in de richting van de binnenste elektrode kunnen 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. 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.In order to make it easy to change a fuel cell, the electrical connection, which connects the fuel cells electrically in series, must also be easy to remove and attach. In this case, a metal contact element can be provided which has an annular first part which connects the inner electrode of a fuel cell directly or indirectly via a contact layer. The first part can herein have strips which can be bent or bent in the direction of the inner electrode. Alternatively, the first part can be designed as a disc spring, which resiliently extends in the direction of the basic body and thus ensures a good seal. A second part is located at the other end of the contact element. The second portion can be in the form of about a semicircle, which serves to connect the outer electrode of the adjacent fuel cell. The semicircle may also have strips that are bent or bent in the direction of the outer electrode.

Bij het verwisselingsproces kan de halve cirkel eenvoudig door het buigen 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 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.In the exchange process, the semicircle can be simply removed by bending the contact element from the fuel cell to be exchanged and then reassembled to a new fuel cell. Alternatively, the second part can also be designed as a disc spring, which has an inner diameter, which in particular corresponds to the outer diameter of the fuel cell, or as a ring with in particular stripping. In these cases, the second portion is reversibly releasably connected to the first portion, so that when the fuel cell is exchanged, the second portion can be detached and removed from the defective fuel cell.

Het bevestigingsmiddel kan met een contactelement in elektrisch 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 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 alternatief of additioneel kunnen meerdere veerelementen zijn voorzien. Het 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.The fastener can be in electrical contact with a contact element and thereby realize the parallel circuit. In particular, the contact element can be located in a recess of the flange, over which the fixing element extends. This means that there is not only only the flange between the fastening element and the basic body, but also the contact element. By means of the contact element a relatively soft, elastic and thus resilient element is arranged between the fastening means and the basic body, which can absorb forces caused by temperature fluctuations or tolerances caused by manufacture. The contact element can be made from high-temperature solid steel. Alternatively or additionally, several spring elements may be provided. The fastener may include electrically insulated pieces to ensure electrical isolation of the fastener to electrodes and contact elements whose electrical connections to the fastener are not desirable.

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 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, fig. 2 een doorsnede van twee brandstofcellen langs de snijlijn I-I van fig.Further measures that improve the invention follow from the following description of the exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All the features and / or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial arrangement and method steps can be essential for the invention both in itself and in various combinations. It is shown: fig. 1 a top view of a part of a fuel cell system according to the invention, fig. 2 a section of two fuel cells along the line I-I of 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 bevestigingsmiddel volgens de uitvinding en fig. 6 een vervangingsschema van fig. 1.Fig. 1, Fig. 3 is a top view of a contact element of Fig. 2, Fig. 4 is a sectional view along the section line AA of Fig. 1, Fig. 5 is a perspective view of a fuel cell with a fastener according to the invention and Fig. 6 is a replacement diagram of fig. 1.

Elementen met gelijke functie en werkwijze zijn in de figuren 1 tot en met 6 met dezelfde verwijzingscijfers voorzien.Elements with the same function and method are provided with the same reference numerals in figures 1 to 6.

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 op de rijen 40 ingerichte kolommen 41 met telkens drie brandstofcellen 20.Fig. 1 shows a part of a fuel cell system 10 according to the invention in a top view. The fuel cell system 10 has fifteen tubular fuel cells 20, which are designed as SOFC. The fuel cells 20 are rectangularly divided into three rows 40 with five fuel cells 20 each. This results in five columns 41 arranged perpendicular to rows 40, each with three fuel cells 20.

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 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 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 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.The fuel cells 20 are arranged on a common basic body 11. The fuel cells 20 each have one flange 21 which, together with the fuel cells 20, rest on the basic body 11. Six bars 30, 30 "are arranged perpendicular to the rows 40 between the columns 41. The two outer rods 30 "rest because of their length on the flanges 21 of a column 41, so that a rod 30" in each case fixes three fuel cells 20. The inner rods 30 rest in their width on the adjacent fuel cells 20 of two columns 41. Their length again spans the length of a column 41, so that an inner rod 30 in each case fixes six fuel cells 20. The flange 21 of each fuel cell 20 is fixed on two opposite sides, which are shown as left and right in Fig. 1, by one rod 30 or 30 "in each case. As the electrical contact of the fuel cells 20 in a series circuit, a second portion 53 of a contact element 50 is shown which contacts a cathode 24 of the fuel cell 20 (not shown in FIG. 1) over a contact layer 28 (not shown). In FIG. 3 the contact element 50 is discussed. A mounting for the rod 30, 30 'to the basic body 11 is not shown in FIG.

Fig. 2 tont een doorsnede van het basislichaam 11 met twee naburige 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 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 een eerste zijde 26 gesloten is en een tweede zijde 27 van de elektrolytlaag 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 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.FIG. 2 shows a cross-section of the basic body 11 with two adjacent fuel cells 20 of a row 40, which are arranged on the basic body 11 according to intersection line II of FIG. 1. The fuel cells 20 each have an inner space 22 into which the fuel flows in to an inner electrode which acts as anode 23, to react electrochemically. The oxidizing agent in an outer space 13 reacts electrochemically with an outer electrode which acts as a cathode 24. The anode 23 and cathode 24 are separated from one another by means of an electrolyte layer 25 of a solid ceramic, for example yttrium-coated zirconium dioxide. The electrolyte layer 25 herein functions as a supporting, shaping structure of the fuel cell 20. The electrolyte layer 25 is formed in the form of a pipe, wherein a first side 26 is closed and a second side 27 of the electrolyte layer 25 and thus the fuel cell 20 is open. The flange 21 is designed as a material unit with the electrolyte layer 25. The electrolyte layer 25 together with the flange 21 are produced by a common injection molding process, whereby the first side 26 and the transition between the electrolyte layer 25 and the flange 21 have no gas-permeable or brittle seams. A CIM method can be used to manufacture the base body 11.

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 vorm van een rooster, dat door een zeefdrukwerkwijze 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 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 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 kathode 24 zijn omgehogen 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 50 afgebeeld: een deel van een contactelement 50 dat de kathode 24 van de 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 brandstofcel 20 elektrisch verbindt. De flens 21 vertoont in fig. 5 afgebeelde uitsparingen 29, waarin het contactelement 50 is ingelegd.Both anode 23 and cathode 24 each have a ceramic contact layer 28 of 10 to 100 µm thickness, for example in the form of a grid, which is applied by a screen printing method. This grid can be reinforced as required by galvanic process steps, such as, for example, by a zinc barrier, so that sufficient cross sections are available for the electrical current conduction. The two fuel cells 20 shown in FIG. 2 are electrically connected in series. An electrically conductive metal contact element 50 leads from the anode 23 of the fuel cell 20 shown on the left to the cathode 24 of the fuel cell 20 shown on the right. A top view of the contact element 50 is shown in FIG. A first portion 51 of the contact element 50 contacts the contact layer 28 of the anode 23. The first portion 51 has strips 52 which are bent in the direction of the anode 23 and lie flat against the contact layer 28. A second semicircular portion 53 of the contact element 50 contacts the contact layer 28 of the cathode 24 of the neighboring fuel cell 20. Strips 52 are also present on a second portion 53 which are tilted in the direction of the cathode 24 and are flat on abut the contact layer 28. In order to ensure a good grip and an electrical contact between the second part 53 and the cathode 24, the inner diameter of the second portion 53 is chosen to be slightly smaller than the outer diameter of the cathode 24. Similarly, in Fig. 2 parts of two further contact elements 50: a part of a contact element 50 that electrically connects the cathode 24 of the left-hand fuel cell 20 to an anode 23 of a fuel cell 20 arranged further to the left, and a part of a further contact element 50 that connects the anode 23 of the right-hand fuel cell 20 electrically connects to a cathode 24 of a fuel cell 20 arranged further to the right, not shown. The flange 21 has recesses 29, shown in FIG. 5, into which the contact element 50 is inserted.

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 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 brandstofcel 20 te verlaten en door een afvoerkanaal 16 het brandstofcelsysteem 1 volgens de pijlen 31 te worden afgevoerd.FIG. 2 also shows the basic body 11 with a ceramic insert 14 on which the fuel cells 20 are arranged. A supply channel 12 runs into the basic body 11, which channel a fuel-containing anode liquid stream according to the arrows 31 into the inner space 22 of the fuel cell 20. A ceramic lance 15 is herein provided, which leads the anode liquid flow to the first, upper side 26 of the fuel cell 20. As a result, the anode liquid flow is led from top to bottom to the anode 23, to leave the fuel cell 20 on the second, bottom side 27 and to be discharged through a discharge channel 16 to the fuel cell system 1 according to the arrows 31.

De flens 21 rust op het keramiek inzetstuk 14 op een draagvlak 17.The flange 21 rests on the ceramic insert 14 on a bearing surface 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 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.The pressure of the contact elements 50 is not enough to seal the bearing surfaces 17 in a gas-tight manner and thereby effectively prevent a diffusion of the fuel into an outer space 13 and / or a diffusion of the oxidizing agent into the inner space 22. Therefore, a rod 30 rests directly or indirectly on the flanges 21 of the two fuel cells shown in FIG.

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. 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 contactelement 50 een verbreding 54. Verdere twee staven 30 zijn in fig. 2 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, niet afgebeelde brandstofcel rusten.The rod 30, as shown in FIG. 4, is connected to the base body 11 and thereby presses the flange 21 gas-tightly onto the base body 11. Between the rod 30 and the base body 11 there is not only the flange 21, but also the contact element 50 which has resilient effect and compensates for mechanical stresses due to temperature influences. In order for the contact element 50 to be located on the entire bearing surface of the rod 30 between the rod 30 and the basic body 11, the contact element 50 has a widening 54. Half of the two rods 30 are shown in FIG. 2, which or on the flange. 21 of the left-hand fuel cell 20 and a flange of a further fuel cell not further shown to the left, or resting on the flange 21 of the right-hand fuel cell 20 and a flange of a further, still further to the right, not shown fuel cell.

Fig. 4 laat een doorsnede zien van een kolom 41 volgens de snijlijn 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. Aan elk einde is de staaf 30 met het basislichaam 11 door steeds één houder 32 lijmklemachtig 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.FIG. 4 shows a cross-section of a column 41 along the section line AA in FIG. 1. The rod 30, the flange 21 of the fuel cells 20, the contact elements 50, of the basic body 11 with the supply and discharge channels 12, 16 and the ceramic insert 14 is shown cut-through. At each end, the rod 30 with the basic body 11 is glued to each other by means of one holder 32. Each holder 32 shows at least one screw 33, whereby their torque is used to determine the force with which the rod 30 presses the flange 21 against the basic body 11.

Zoals in fig. 5 is afgebeeld, is de flens 21 van elke brandstofcel 20 als 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. 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 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 in de richting van de staven 30 is gekeerd. Nu kan de defecte brandstofcel 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 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.As shown in FIG. 5, the flange 21 of each fuel cell 20 is formed as an ellipse. In the attached state the ellipse is oriented such that the main axis a of the ellipse is arranged perpendicular to the bars 30, which attach the fuel cell 20 to the base body 11 (not shown) and the minor axis b which is oriented parallel to the bars 30. This makes it easy to exchange a defective fuel cell 20 ". First of all, the screws 33 are partially loosened. However, the complete removal of the holder 32 and the rod 30 is not necessary. It is sufficient to reduce the pressure of the rod 30 on the flange 21 of the defective fuel cell 20 "such that the defective fuel cell 20" is at least partially rotatable. The second portion 53 of the contact element 50, which abuts the contact layer 28 at the cathode 24 of the defective fuel cell 20 ", is deflected away from the defective fuel cell 20". The defective fuel cell 20 'is now rotated by approximately 90 °, so that the main axis a is oriented parallel to the rods 30 and the flange 21 is therefore no longer held under the rod 30 by means of form closure, because now the shorter secondary axis b is in the direction of the bars 30. The defective fuel cell 20 'can now be removed upwards from the base body 11. A new, intact fuel cell 20 can be deployed in that the new fuel cell 20 is initially placed parallel to the main axis a on the basic body and is then rotated 90 ° below the rod 30. The second portion 53 of the contact element 50 is bent towards the cathode 24 of the new fuel cell, so that the strips 52 come into contact with the contact layer 28 of the cathode 24. The screws 33 are then tightened again.

De staven 30, 30’ in de figuren 1, 2, 4 en 5 zijn elektrisch geleidend 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 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’ 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 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, dan zou daarentegen het elektrische vermogen van het brandstofcelsysteem 10 met maar één defecte brandstofcel 20’ zoals in het behandelde voorbeeld met een derde verlagen.The bars 30, 30 "in Figures 1, 2, 4 and 5 are electrically conductive. As shown in FIG. 2, the rod 30 contacts the contact element 50 where the contact element 50 in FIG. 2 is arranged over the flange 21. The middle rod 30 in Fig. 2 is electrically isolated from the cathode 24 of the left-hand fuel cell 20. The same rod 30 also contacts the contact elements 50 which are arranged above and below the drawing surface in the other rows in FIG. This results in a parallel circuit of the individual rows, as shown in the replacement diagram in Fig. 6. In the rows 40 the fuel cells 20 are electrically connected in series by the contact elements 50 and in the columns 41 the fuel cells 20 are electrically connected in parallel by the bars 30, 30 ', the right-hand bar 30' of FIG. 1 not having any electrical contact with the fuel cell has 20. If a fuel cell 20 "is now defective or insufficiently provided by the reactants, the current flows past the defective fuel cell 20" according to the arrows 34. The electrical power of the fuel cell system 10 is thereby reduced only by the electrical power of the defective or under-provided fuel cell 20 ', i.e. in the treated example by at most 15ths. The remaining fuel cells 20 of the rows 40, which contain the defective and subsupported fuel cell 20 ', still contribute to the electrical power of the fuel cell system 10. If a parallel circuit is omitted, the electrical power of the fuel cell system, on the other hand, would 10 with only one defective fuel cell 20 'as in the treated example, decrease by a third.

De uitvinding is niet beperkt tot het hier weergegeven uitvoeringsvoorbeeld. Vele varianten zijn mogelijk en worden geacht te liggen in het bereik van de uitvinding zoals weergegeven in de hiernavolgende conclusies.The invention is not limited to the exemplary embodiment shown here. Many variants are possible and are understood to fall within the scope of the invention as set forth in the following claims.

Claims

A fuel cell system (10) with at least one tubular fuel cell (20), the fuel cell (20) having an inner electrode (23) and an outer electrode (24), a reactant passing through a base body (11) and through a inner space (22) of the fuel cell (20) of the inner electrode and another reactant that can be supplied through an outer space (13) around the fuel cell (20) of the outer electrode (24), the reactants being electrochemically connected to the electrodes (23, 24) are convertible and thereby generate an electric current, characterized in that the fuel cell (20) is attached to the base body (11) with an attachment means (30), the attachment means (in particular) 30) fixes the fuel cell (20) to the base body (11) by means of force containment, whereby the inner space (22) is sealed against the outer space (13).

Fuel cell system (10) according to claim 1, characterized in that the fuel cell (20) is closed on a first side (26) and open on an opposite second side (27), the fuel cell (20) having the second side ( 27) is arranged on the basic body (11).

Fuel cell system (10) according to claim 1 or 2, characterized in that a holder (32) is provided, which mechanically cooperates with the fastening means (30), for reversibly releasably securing the fuel cell (20) on the base body (11) , wherein in particular the holder (32) is shaped like an adhesive.

Fuel cell system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening means (30) is formed at least as a rod (30), wherein at least one flange (21) of the fuel cell (20), which is connected to the second side (27) is arranged between the rod (30) and the basic body (11).

Fuel cell system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of fuel cells (20) are arranged rectangularly to the base body (11), so that the fuel cells (20) are perpendicular both in rows (40) and in columns (41) are arranged on the rows (40), wherein a rod (30) in each case fixes fuel cells (20) with at least one column (41) to the basic body (11).

Fuel cell system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening means (30) is electrically conductive.

Fuel cell system (10) according to claims 5 or 6, characterized in that the fuel cells (20) of a row (40) are electrically connected in series and fuel cells (20) of a column (41) are electrically connected by the fastening means (30) are connected in parallel with each other.

Fuel cell system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the flange (21) with the rod (30) forms a bayonet-like closure.

Fuel cell system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a spring element (50) is arranged between the fastening means (30) and the basic body (11).

Fuel cell system (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (50) is formed as an electrically conductive contact element (50), wherein two fuel cells (20) are electrically connected in series by the contact element (50), in particular a first portion (51) of the contact element (50) is annularly shaped for contacting an inner electrode (23) of a fuel cell (20) and a second portion (53) of the contact element (50), which is particularly semicircular in shape for contacting an outer electrode (24) of an adjacent fuel cell (20).