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1. (WO2002041425) BRENNSTOFFZELLENANORDNUNG
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.
P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Brennstoffzellenanordnung mit in Form eines Brennstoffzellenstapels (10; 110; 210; 310; 410; 510) angeordneten Brennstoffzellen (12), die jeweils eine Anode (1), eine Kathode (2) und eine dazwischen angeordnete Elektrolytmatrix (3) enthalten, mit einem Anodeneingang ( 13; 313; 413; 513) zur Zuführung von frischem Brenngas zu den Anoden (1) und einem Anodenausgang (14; 114; 214; 314; 414; 514) zum Abführen von verbrauchtem Brenngas von den Anoden ( 1 ), mit einem Kathodeneingang ( 15; 315; 415; 515) zur Zuführung von frischem Kathodengas zu den Kathoden (2) und einem
Kathodenausgang (16; 316; 416; 516) zum Abführen von verbrauchtem Kathodengas von den Kathoden (2), sowie mit einer elektrischen Heizeinrichtung (20; 120; 220; 320; 420; 520) zum Beheizen des Kathodeneingangsgases, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (20; 120; 220; 320; 420; 520) durch eine Struktur eines elektrisch leitenden Schaummaterials gebildet ist, die von dem zu beheizenden Gas durchströmt wird und mit elektrischen Anschlüssen (22, 23) zum Anschluss einer Stromversorgung versehen ist.

2. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstruktur der elektrischen Heizeinrichtung (20; 120; 220; 320; 420; 520) aus Edelstahl, vorzugsweise FeCrAIY, aus Stahl oder aus einer leitfähigen Keramik besteht.

3. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (20; 120; 220; 320; 420; 520) aus mehreren einzelnen Segmenten (124a, 124b; 224a, 224b) besteht, die jeweils mit elektrischen Anschlüssen (22, 23) versehen sind und von dem zu beheizenden Gas durchströmt werden.

4. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (124a, 124b; 224a, 224b) der elektrischen Heizeinrichtung (20; 120; 220; 320; 420; 520) an verschiedenen Stellen innerhalb des zu beheizenden Gasstroms angeordnet sind.

5. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (124a, 124b; 224a, 224b) der elektrischen Heizeinrichtung (20; 120; 220;

320; 420; 520) jeweils elektrisch voneinander getrennter Anschlüsse (22, 23) aufweisen, die getrennt voneinander wahlweise mit der Stromversorgung verbindbar sind.

6. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (320; 420; 520) im Gasstrom vor dem Kathodeneingang (315; 415; 515) zur Beheizung des den Kathoden (2) der
Brennstoffzellen (12) zuzuführenden Kathodengases angeordnet ist.

7. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenausgang (314; 414; 514) zur Zuführung von mindestens einem Teil des verbrauchten Brenngases zu den Kathoden (2) der Brennstoffzellen (12) über einen Gasführungsweg (340; 440; 540) mit dem Kathodeneingang (315; 415; 515) verbunden ist, und dass die elektrische Heizeinrichtung (320; 420; 520) im Gasführungsweg (340; 440; 540) nach dem Anodenausgang (314; 414; 514) und vor dem Kathodeneingang (315; 415; 515) angeordnet ist.

8. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasführungsweg (340; 440; 540) zwischen dem Anodenausgang (314; 414; 514) und dem Kathodeneingang (315; 415; 515) eine Mischkammer (330; 430; 530) vorgesehen ist, in welcher dem den Anodenausgang (314; 414; 514) verlassenden Strom des verbrauchten Brenngases vor der Zuführung zu dem Kathodeneingang (315; 415; 515) Kathodengas beigemischt wird, und dass die elektrische Heizeinrichtung (320; 420; 520) zusammen mit der Mischkammer (330; 430; 530) in dem Gasstrom zwischen den Anodenausgang (314; 414; 514) und dem Kathodeneingang (315; 415; 515) angeordnet ist.

9. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (320) unmittelbar vor dem Kathodeneingang (315) angeordnet ist.

10. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstruktur der elektrischen Heizeinrichtung (320) im wesentlichen den gesamten Querschnitt der Kathodeneingänge (315) aller Brennstoffzellen (12) an dem
Brennstoffzellenstapel (310) einnimmt.

11. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (420) am Ausgang der Mischkammer (430) angeordnet ist.

12. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (520) integral mit der Mischkammer (530) vorgesehen ist.

13. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstruktur der elektrischen Heizeinrichtung (120; 220; 520) unmittelbar am
Anodenausgang (114; 214; 514) angeordnet ist, im wesentlichen den gesamten
Querschnitt der Anodenausgänge ( 114; 214; 514) aller Brennstoffzellen des
Brennstoffzellenstapels einnimmt, und gleichzeitig zumindest einen Teil des
Mischvolumens der Mischkammer (130; 230; 530) bildet.

14. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der die Anodenausgänge (1 14; 214; 514) der Brennstoffzellen verlassende Gasstrom von verbrauchtem Anodengas aus einer ersten Richtung in das Mischvolumen der
Mischkammer (130; 230; 530) eintritt, und dass der Strom des zugemischten
Kathodengases aus einer zweiten Richtung in das Mischvolumen der Mischkammer (130; 230; 530) eintritt, und dass die gemischten Ströme von verbrauchtem Anodengas und Kathodengas das Mischvolumen der Mischkammer (130; 230; 530) in einer dritten Richtung verlassen.

15. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 12, 13 oder 14 in Verbindung mit Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere erste der einzelnen Segmente (124a; 224a) der elektrischen Heizeinrichtung (120; 220) im
Gasstrom des der Mischkammer (130; 230) zugeführten Kathodengases angeordnet sind, und dass eines oder mehrere zweite der einzelnen Segmente (124b; 224b) der
elektrischen Heizeinrichtung (120; 220) im Gasstrom des die Anodenausgänge (114; 214) verlassenden verbrauchten Anodengases angeordnet sind, wobei die zweiten Segmente (124b; 224b) entweder von dem Strom des verbrauchten Anodengases allein oder von dem Strom des verbrauchten Anodengases und dem zugemischten Kathodengas durchströmt werden.

16. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente (124a, 124b; 224a, 224b) der elektrischen Heizeinrichtung (120; 220) durch parallel zueinander angeordnete Platten aus dem elektrisch leitenden Schaummaterial gebildet sind.

17. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel (310; 410; 510) in einem die Strömungswege von Kathodengas und Brenngas einschließenden thermisch isolierenden Schutzgehäuse (350; 450; 550) angeordnet sind, und dass der oder die Brennstoffzellenstapel (310; 410; 510) und die elektrische Heizeinrichtung (320; 420; 520) miteinander gekoppelt und in dem thermisch isolierenden Schutzgehäuse (350; 450; 550) zusammengefasst angeordnet sind.

18. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anodenausgang (114; 214; 314; 414; 514) der Brennstoffzellen nachgeschaltet eine katalytische Verbrennungsvorrichtung zum Nachverbrennen brennbarer Restbestandteile des die Anodenausgänge (114; 214; 314; 414; 514) verlassenden verbrauchten Brenngases vorgesehen ist.

19. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Verbrennungsvorrichtung durch eine katalytische Beschichtung auf der Schaumstruktur der elektrischen Heizeinrichtung (120; 220; 320; 420; 520) gebildet ist.