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DE2828397A1 - Aus ein oder mehr brennstoffzellenbloecken bestehende batterieeinheit - Google Patents

Aus ein oder mehr brennstoffzellenbloecken bestehende batterieeinheit

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DE2828397A1
DE2828397A1 DE19782828397 DE2828397A DE2828397A1 DE 2828397 A1 DE2828397 A1 DE 2828397A1 DE 19782828397 DE19782828397 DE 19782828397 DE 2828397 A DE2828397 A DE 2828397A DE 2828397 A1 DE2828397 A1 DE 2828397A1
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battery unit
electrolyte
unit according
fuel
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Electrochemische Energieconversie NV
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Description

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Electrochemische Energieconversie N.V., Mol, Belgien
AUS EIN ODER MEHR BRENSSTOFFZELLENBLOCKEN BESTEHENDE BATTERIEEINHEIT
Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit, die ein oder mehr Brennstoffzellenblöcke enthält, die je mit ersten Organen für die Zu- und Abfuhr eines Brennstoffes, eines Oxydans und evtl. eines Elektrolyts ausgerüstet sind.
Eine Reihe solcher Batterieeinheiten bildet ausammen mit Hilfsapparaten, z.B. einer Pumpe, eine Brennstoffzellenbatterie.
In der Praxis werden solche Batterien meistens fur die elektrochemische Verbrennung von Wasserstoff mit Hilfe des in der Luft befindlichen Molekularsauerstoffs verwendet.
Es kann dabei ein Elektrolyt in Form einer Lösung in Wasser, z.B. einer Base, wie KOH, verwendet werden.
Bei solchen Batterien stellt sich eine Reihe von Problemen entgegen, die eine grosstechnische Anwendung noch immer erschweren. Ein grosses Problem ist die Austauschbarkeit der verschiedenen Batterieteile. Sowohl die einzelnen Batterieeinheiten als auch die Brennstoffzellenblöcke, die zusammen die Batterie bilden, sollen am Aufstellungsort auf einfache Weise austauschbar sein.
Der Druckaufbau über diesen Blöcken bedingt das Treffen spezieller konstruktiver Massnahmen, die häufig auf Kosten der Austauschbarkeit gehen.
Zur Lösung des Druckaufbauproblems in der Zelle hat man vorgeschlagen, eine Reihe von Brennstoffzellen oder Brennstoffzellenblöcken aufeinander zu stapeln und diese Staplung mit schweren Schrauben und Muttern zu verklemmen.
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Ein solche Konstruktion, auch wohl Filterpressenstapelung genannt, ist u.a. aus der amerikanischen Patentschrift 3.009.587 bekannt. Es ist klar, dass bei einer derartigen Konstruktion der Austausch einer defekten Zelle eine schwierige Aufgabe ist, weil in diesem Falle die ganze Batterie demontiert werden muss.
Ausserdem hat eine Konstruktion wie die in der amerikanischen Patentschrift beschriebene die Eigenschaft, dass ziemlich starke sog. Parasitärströme auftreten können, wenn man sich eines flüssigen Elektrolyts bedient. Diese Strome entstehen dadurch, dass sich über den Elektrolyt ein elektrischer Kontakt zwischen den Elektroden von verschiedenem Potential in den unterschiedlichen Brennstoffzellen der Batterie bilden kann. Dies führt zu einem hohen Brennstoffverbrauch, wahrend auch die von der Zelte gelieferte Spannung wesentlich unter dem theoretischen Höchstwert liegen kann. Letzteres hat hinwiederum zur Folge, dass bei bestimmter Batterieleistung stärkere Ströme auftreten werden, die an die elektrische Mess- und Regelapparate hohe Anforderungen stellen.
Die Erfindung bezweckt den Bau einer Batterieeinheit, die ein oder mehr Brennstoffzellenblöcke,enthält und die nicht die obigen Nachteile hat.
Erfindungsgemäss wird eine solche Batterieeinheit dadurch gekennzeichnet, dass der ein oder mehr Brennstoffzellen enthaltende Block (bzw. Blöcke) gegen einen Balken aufgestellt ist (bzw. sind), in oder an dem Mittel zum Transport von Brennstoff, Oxydans und evtl.
Elektrolyt vorgesehen sind, welche Mittel mit zweiten Organen fur die Zu- und Abfuhr von Brennstoff, Oxydans und ggf. Elektrolyt, ausgerüstet sind, die an die genannten ersten Organe angeschlossen sind. Zur Erreichung einer robusten Konstruktion sind die Transportmittel vorzugsweise im Balken untergebracht.
Der Balken ist vorzugsweise ein I-Balken, wobei die Brennstoffzellenblöcke zu beiden Seiten gegen den dünneren Steg gestellt sind, während die Mittel zum Transport der Flüssigkeit und Gase im breiten oberen und unteren Flansch des I-Balkens untergebracht sind.
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Bei einer solchen Batteriekonstruktion kann ein schadhafter Block mühelos ausgetauscht werden. Man muss nur die Gas- und Flüssigkeitsverbindungen zwischen Block und Balken unterbrechen und anschliessend den Block vom Balken abheben. Für diese Gas- und Flüssigheitsanschlüsse werden flexibele Verbindungen, z.B. Schläuche, bevorzugt. Es ist allerdings auch möglich, den Balken und die Brennstoffzellenblöcke so zu konstruieren, dass bloss durch Befestigung des Blockes am Balken die Anschlüsse hergestellt werden. Ausserdem können noch konvexe und konkave Flansch- und Klemmsysteme , benutzt werden. Die endgültige Wahl ist im wesentlichen bedingt durch die -erforderliche Dichtung und leichte Lösbarkeit der Anschlüsse.
Im allgemeinen ist es besser, die Anschlüsse der Transportmittel im oder am Balken an diejenige in den Brennstoffzellenblöcken mit Absperrventilen auszustatten, so dass ein schadhafter Block ausgetauscht werden kann, ohne dass man die ggf. in der Batterie befindliche Flüssigkeit ablassen muss.
Die erfindungsgemässe Konstruktion erfordert nur wenig Verbindungselemente, was als ein deutlicher Vorteil zu bezeichnen ist.
Beim Arbeiten mit einem flüssigen Elektrolyt, z.B. einer Laugenlösung,gibt es eine Reihe von Problemen, die bei der Bemessung der Anschlüsse zwischen Balken und Blöcken eine Rolle spielen. Um zu vermeiden, dass der Wirkungsgrad der Einheit durch das Auftreten von Parasitarströmen stark nachlasst, ist es zu bevorzugen, dass der Widerstand in den Leitungen zwischen den verschiedenen Brennstoffzellenblöcken möglichst gesteigert wird. Zum anderen ist es erförderlich, dass die Flüssigkeit möglichst gleichmassig über die verschiedenen Brennstoffzellenblucke verteilt wird.
Diese in bestimmten Hinsichten einander entgegengesetzten Forderungen können auf angemessene Weise erfüllt werden, wenn d2 < 4 ρ ^d2. 0,6 D4
N .L.d
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Darin sind:
d = Durchmesser der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts am Brennstoffzellenblock in cm
λ = Länge der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts am Brennstoffzellenblock in cm
D = Durchmesser der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts im zentralen
Balken in cm
L = Länge der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts im zentralen Balken zwischen zwei Abzweigen in cm
10N= Anzahl der am zentralen Balken befestigten Brennstoffzellenblöcke ρ = spezifischer Widerstand des Elektrolyts in Ω-. cm Die Verhältnisse sind optimal, wenn annäherend gilt, dass
d2 4 ρ 0,6 D4
λ " R , π „2 2
el N . L . d
Darin ist R der elektrische Widerstand in der el
Elektrolytleitung zwischen I-Balken und Block (in fl.).
Diese Formeln besagen praktisch, dass relativ lange, aber nicht all zu dünne Leitungen zwischen Balken und Brennstoffzellenblock bevorzugt werden.
Bei 12 reihengeschalteten Blöcken von je 6 Volt, die mit den Rücken gegen einen I-Balken aufgestellt sind, und einem Elektrolyt, der aus einer 30%-igen Lösung von Lauge in Wasser (p = ca. IiI. cm) besteht, liefert eine Verbindung von min. 30 cm Länge und 4 mm l.W. bereits einen guten Schutz gegen Parasitärströme, ohne dass man hierfür grosse Probleme in bezug auf die Pumpenergie zu bewältigen braucht.
Befinden sich zwei oder mehr Einheiten in einer Brennstoffzellenbatterie, so ist es vorteilhaft, die Hauptelektrolytleitungen in einer Batterieeinheit und die Leitungen zwischen den Einheiten gleichfalls relativ lang, aber mit nicht allzu kleinem Durchmesser zu konstruieren.
Wenn man eine Brennstoffzellenbatterie aus mehreren Einheiten, wie oben beschrieben, als Energiequelle für Fahrzeuge usw. einzusetzen wünscht, wird der Balken zusammen mit dem/den Brennstoffzellenblock/
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-blöcken und ggf. den Hilfsgeräten am besten in einem vorzugsweise abgeschlossenen Behälter untergebracht, der mit den erforderlichen Durchgängen fur Brennstoff-, Oxydans- und Elektrolytanschlüsse sowie für die Stromabnahme ausgestattet ist.
Es empfiehlt sich, in einem solchen Behälter auch die Sicherungsgeräte unterzubringen.
Die eingangs erwähnten konstruktiven Probleme in bezug auf
die Druckbeständigheit der Brennstoffzellen und der Batterie hat man bei der erfindungsgemässen Batterieeinheit weitgehend zu vermeiden gewusst. Der Druckaufbau in einem Brennstoffzellenblock ist wesentlich kleiner als in dem weitaus mehr Zellen enthaltenden Filterpressenstapel.
Für die Endplatten genügt also eine geringere Dicke. Der Behälter dient zugleich zur Versteifung.
Ausserdem ist es möglich, fur die Endplatten der Brennstoffzellenblöcke oder für Teile derselben Metallplatten zu benutzen, die zugleich als Stromabnehmer dienen können.
Daneben werden durch Aufstellung der Brennstoffzellenblöcke
zu beiden Seiten des Balkens die konstruktiven Probleme für eine Seite dieser Blöcke vermieden, weil die Drucksteigerungen durch den Balken selbst und den evtl. auf der anderen Seite befindlichen Block aufgenommen werden können. Die Blöcke erhöhen durch diese Anordnung die Festigkeit des Balkens der somit leichter ausgeführt werden kann.
Es ist auch möglich, den Balken durch eine Armierung zu verstärken.
Ist die Festigkeit des Balkens von geringerer Bedeutung als z.B. der Durchbiegungsgrad, ist es besser die Brennstoffzellenblöcke nicht Rücken gegen Rücken, sondern die Reihe der Blöcke an einer Seite der Balkens gegenüber der Reihe an der anderen Balkenseite jeweils eine halbe Blocklänge versetzt anzuordnen.
Bei Anwendung eines in einem geschlossenen Behälter befindlichen I-Balkens mit beidseitigen Brennstoffzellenblöcken kann man den Behälter zugleich eine solche starke Konstruktion geben,
dass er zur Aufnahme der Drucksteigerung in den Blöcken dienen kann. Für den Stromverlauf wird die sog. D-Form bevorzugt. Dies
bedeutet, dass der Lauf des Stromes im I-Balken in der Zuleitung dem
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in der Ableitung entgegengesetzt ist. Die Anschlüsse der Zu- und Ableitung befinden sich dann am gleichen Ende des I-Balkens, dies im Gegensatz zur S-Form, wobei der Stromverlauf der An- und Ableitungen der gleiche ist. Dabei sind die Anschlüsse dieser An- und Ableitungen je an einem Bälkenende angebracht.
Mit der D-Form des Stromverlaufs ist ein deutlicher Vorteil verbunden. Bei dieser Anordnung braucht man beim Austauschen der ganzen Batterieeinheit nur die Anschlüsse an einer Seite zu lösen und wiederherzustellen, wodurch das Ein- und Ausbauen erleichtert wird. Die Wahl des Stromverlaufs ist aber zugleich durch die mit der Stromverteilung Über die Blöcke zusammenhängenden Schwierigkeiten bedingt.
Der I-Balken wird vorzugsweise vollsymmetrisch ausgeführt und kann aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden. Die Werkstoffwahl ist durch die Temperatur der Brennstoffzellen bedingt. Sehr geeignet sind hitzehärtbare Harze, wie Epoxyharze, die evtl.
Füllstoffe oder eine glasfaserverstärkung enthalten können. Es können aber auch armierte oder nicht armierte Kunstharzschäume verwendet werden, falls das Gewicht verringert werden soll. Auch können im dünnen Steg des Balkens Öffnungen vorgesehen werden, wodurch eine Gewichtsverringerung ohne ernsthafte Beeinträchtigung der Festigkeit erreichbar ist.
Man kann den I-Balken auch in einem Stück in einer Gussform herstellen; es empfiehlt sich dann, die Rohrbündel für den Brennstofftransport usw. sowie für die Zu- und Ableitungen zu den Blöcken zuvor anzubringen.
Eine andere Möglichkeit ist, den I-Balken aus zwei symmetrischen Hälften zusammenzubauen, in denen Aussparungen für den Transport von Gas und Flüssigkeit vorgesehen sind.
Die Erfindung wird jetzt anhand einer Zeichnung erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Batterie;
Fig. 2 einen schematisch dargestellten Längsschnitt. Fig. 3 einen schematischen senkrechten Querschnitt einer anderen Ausfuhrungsform der erfindungsgemässen Batterieeinheit; Fig. 4 einen schematischen waagerechten Querschnitt gemäss IV-IV in Fig. 3 in etwas
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geringerem Masstab.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellte Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt einen Behälter (1) mit dem darin befindlichen I-Balken (2). Dieser Balken besteht aus einem dünnen Steg (3) und einem breiten oberen und unteren Flansch (4a) und (4b). In diesen Flanschen >(4a) und (4b) sind insgesamt sechs Leitungen (5a), (5b), (6a), (6b), (7a) und (7b) zum Transport der benötigten Gase und/oder Flüssigkeiten untergebracht. Durch die Leitung (5b) wird zum Beispiel Elektrolyt zu- und durch Leitung (5a) abgeführt. Durch (6a) kann Brennstoff und durch (7a) Oxydans zufliessen, welche Stoffe dann durch die Leitungen (6b) und (7b) abgeführt werden. Diese Stoffe werden wiederum durch die Leitungen (10a), (10b); (lla), (Hb); (13a), (13b); (14a) und (14b) sowie (15a) und (15b) von und zu den Brennstoffzellenblöcken (8) und (9) befördert:
Dabei sind die Leitungen (10a) und (10b) sowie (15a) und (15b) bedeutend langer, als für einen optimalen Flüssigkeitstransport erforderlich ist.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird eine eventuelle Drucksteigerung in den Brennstoffzellenblöcken auf einfache Weise durch die Behälterwand (1) in Verbindung mit dem Steg (3) des I-Balkens (2) aufgenommen. Bei Anwendung einer Absicherung (16) oder anderer entsprechender Hilfseinrichtungen können diese so bemessen sein, dass auch dadurch eine eventuelle Drucksteigerung aufgenommen wird.
Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Längsschnitt einer Batterie zeigt eine Seite des I-Balkens (2) und die gegen den Steg angeordneten Brennstoffzellenblöcke (17) bis (22). In den breiteren oberen und unteren Flanschen des I-Balkens (4a) und (4b) befinden sich die Leitungen (5a) bis (7b). Es wurde hier die D-Form des Stromverlaufs gewählt.
Sofern erforderlich können in dem Balken oder in seiner Nähe Aussparungen für elektrische Anschlüsse vorgesehen werden.
In der Zeichnung wird davon ausgegangen, dass die Verbindungen zwischen Balken und Brennstoffzellenblock sich seitlich am Block befinden. Selbstverständlich kann die Einheit auch so konstruiert
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werden, dass die Anschlüsse in der oberen und unteren Seite des Blocks befestigt sind.
Die Abwärme wird zusammen mit der umlaufenden Luft aus
den Zellen abgeführt, so dass sich der Einsatz aufwendiger Wärmeaustauscher erübrigt. Das Luftumlaufsystem bedeutet auch eine erhöhte Sicherheit, weil eventuelle Leckmengen an Wasserstoff schnell abgeführt werden.
In der Ausführungsform nach Fig. 3 stellt 31 einen I-Balken mit einem dünnen Steg 32 und einem breiten oberen und unteren Flansch und 34 dar. In diesen Flanschen sind ein primärer Luftzufuhrkanal und ein primärer Luftabfuhrkanal angebracht, dessen Ober- bzw. Unterseite mit flachen Platten 65 und 66 abgedeckt sind. Elektrolyt wird über primäre Zuleitungen 39 und 40 zugeführt und über primäre Ableitungen 37 und 38 abgeführt. Gasförmiger Brennstoff wird über primäre Zuleitungen 41 und 42 zugeführt und über primäre Ableitungen 43 und 44 abgeführt.
Am schmalen Steg 32 des Balkens 31 sind mit Hilfe von Klemmen
und 56 Brennstoffzellenblocke 45 und 46 befestigt. Den Blöcken wird über
sekundäre Leitungen 49, die mit dem Luftzufuhrkanal 35 verbunden sind, Luft zugeführt, welche Luft über sekundäre Leitungen 50, die mit dem Luftabfuhrkanal 36 verbunden sind, abgeführt wird. Ebenso wird gasförmiger Brennstoff über sekundäre Leitungen 51 den Blöcken zugeführt und über sekundäre Leitungen 52 abgeführt, welche Leitungen mit dem primären Leitungen 41-44 verbunden sind. Um die Weglänge des elektrischen Stroms über die sekundären Zu- und Ableitungen 47 und 48, des Elektrolyts zu vergrössern, verbinden diese Leitungen die Blöcke mit der primären Elektrolytleitung auf der anderen Seite des I-Balkens; dazu sind im schmalen Steg 32 des Balkens 31 Öffnungen 53 und 54 vorgesehen. Die Zeichnung zeigt deutlichkeitshalber nur einen Teil der sekundären Leitungen.
Wie Fig. 3 zeigt, können mehrere Batterieeinheiten nach dieser AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung aufeinandergestapelt werden, um einen grösseren Batterieteil oder eine vollständige Batterie zu erhalten. Wie Fig. 4 zeigt, sind die Enden des Balkens so ausgeführt, dass in der Stapelung ein Hauptluftzufuhrkanal 57 und ein Hauptluftabfuhrkanäl 58 erhalten werden, mit denen in jeder
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Einheit der primäre Luftzufuhrkanal 35 bzw. der primäre Luftabfuhrkanal 36 verbanden sind.
Die primären Brennstoffzufuhrleitungen 41 oder 42 sind mit einer senkrechten Brennstoffhauptzufuhrleitung 60 verbunden; die BrennstoffaBfuhrleitungen sind mit einer Brennstoffhauptabfuhrleitung 68 verbunden.
Die primären Elektrolytzufuhrleitungen 39 und 40 sind mit einer Elektrolythauptzufuhrleitung 67 verbunden; die Elektrolytabfuhrleitungen 37 und 38 sind mit einer Elektrolythauptabfuhrleitung 59 verbunden. Wie Fig. 4 zeigt, wird die Länge der Elektrolytleitungen 37-40 (und damit die Y/eglänge des durch diese Leitungen gehenden Elektrischen Stromes) vergrössert, indem sie in Form einer länglichen, am Balken entlang laufenden Schleife ausgeführt werden; die sekundären Elektrolytleitungen sind mit demjenigen Teil der Schleife verbunden, der am weitesten von den Hauptleitungen 59 oder 67 entfernt ist. In Fig. 4 werden neben den Brennstoffzellenblöcken 45 und 46 teilweise ähnliche Blöcke 61,62,63,64 dargestellt. Im Gegensatz zur Ausführung nach den Fig. 1 und 2 sind die Brennstoffzellenblöcke so gegenüber einander auf beiden Seiten des I-Balkens angeordnet, dass die Ebene der Elektroden in den Blöcken senkrecht zur Ebene des schmalen Stegs 32 des Balkens 31 steht und nicht parallel dazu läuft, wie dies in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 der Fall ist.
Die Ausfuhrungsform nach den Fig. 3 und 4 ist für grossen stationären Batterien zu bevorzugen. Für diese Anwendung ist die Drucksteigerung in den einzelnen Blöcken weniger wichtig, da das Gewicht der Blöcke eine geringe Rolle spielt und die Blöcke fest genug sein können, um an sich eine ausreichende Druckbeständigkeit zu besitzen.
In einem praktischen Entwurf war die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Batterieeinheit 3 m lang, 0,75 m hoch und 0,70 m breit und umfasste sie auf jeder Seite sechs Brennstoffzellenblöcke (insgesamt somit zwölf). Es waren vier dieser Einheiten aufeinandergestapelt, wodurch ein Batterieteil von 3 m Länge und 3 m Höhe mit 48 Brennstoffzellenblöcken entstand. Es können mehrere dieser Teile zu einer Brennstoffzellenbatterie kombiniert werden. Eine grosse
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Brennstoffzellenbatterie von diesem Typ kann z.B. zur Erzeugung eines Teils der in einer Fabrik benötigten elektrischen Energie verwendet werden, insbesondere auch in einer chemischen Industrie, in der als Nebenprodukt ein Gas, zum Beispiel Wasserstoff, anfällt, das als Brennstoff in einer Brennstoffzellenbatterie anwendbar ist.
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Claims (20)

1 2903 PATEN TANS PRUCHE
1. Batterieeinheit, welche ein oder mehr Brennstoffzellenblöcke enthält, welche Blöcke sich wieder aus ein oder mehr Brennstoffzellen zusammensetzen und mit ersten Organen für die Zu- und Abfuhr eines Brennstoffes, eines Oxydans sowie erforderlichenfalls eines Elektrolyts ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenblock bezw. -blöcke gegen einen Balken aufgestellt ist bzw. sind, in oder an dem Mittel zum Transport von Brennstoff, Oxydans und evtl. Elektrolyt vorgesehen sind, welche Mittel mit zweiten Organen für die Zu- und Abfuhr von Brennstoff, Oxydans und ggf. Elektrolyt ausgerüstet sind, die an die genannten ersten Organe angeschlossen sind.
2. Batterieeinheit gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken ein I-Balken ist, wobei die Brennstoffzellenblöcke zu beiden Seiten gegen den dünnen Balkensteg angeordnet sind.
3. Batterieeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel im breiten oberen und/oder unteren Flansch des I-Balkens untergebracht sind.
4» Batterieeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Transport des Oxydans im breiten oberen und/oder unteren Flansch des I-Balkens, untergebracht sind.
5. Batterieeinheit gemäss einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenblock bzw. die Blöcke durch flexibele Verbindungen fur die Zu- und Abfuhr von Brennstoff, Oxydans und evtl. Elektrolyt mit dem Balken verbunden sind.
6. Batterieeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als flexibele Verbindungen Schlauche verwendet werden.
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INSPECTED
7. Batterieeinheit gemäss einem der Ansprüche 1 bis,6t dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Formeln gelten:
ο 2 4
d 4 ρ . d 0,6 D
in denen
d = Durchmesser der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts am Brennstoffzellenblock in cm
λ = Länge der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts am Brennstoffzellenblock in cm
D = Durchmesser der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts im zentralen Balken in cm
L = Länge der Zu- und Ableitungen des Elektrolyts im zentralen Balken zwischen zwei Abzweigen in cm
N = Anzahl der am zentralen Balken befestigten Brennstoffzellenblöcke
ρ= spezifischer Widerstand des Elektrolyts in il . cm
8. Batterieeinheit gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass annähernd gilt, dass
d2 dem 4 ρ = der °t 6 D4 λ Rel N2 • L .d2 in Rel
elektrische Widerstand in der Elektrolytleitung (in il ) .
9. Batterieeinheit, gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abfuhr von Brennstoff usw. am gleichen Balkenende stattfinden.
10. Batterieeinheit gemäss einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenblöcke Rücken gegen
Rücken gegenübereinander zu beiden Seiten des I-Balkens " · angeordnet sind.
11. Batterieeinheit gemäss einem der Ansprüche 2 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenblocke zu beiden Seiten des Balkens gegenübereinander um eine halbe Blocklänge versetzt angeordnet sind.
12. Batterieeinheit gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken zusammen mit dem Brennstoffzellen-
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block bzw. den Brennstoffzellenblöcken in einem Behälter untergebracht ist, der mit den notwendigen Durchgängen für Brennstoff-Oxydans- und ggf. Elektrolytleitungen sowie für Stromabnahme ausgestattet sind.
13. Batterieeinheit gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Behalter auch Sicherungsgeräte untergebracht sind.
14. Batterieeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Transport des Oxydans aus im breiten oberen und unteren Flansch des I-Balkens befindlichen Kanälen bestehen, und dass die Mittel zum Transport von Brennstoff und Elektrolyt aus Leitungen bestehen, die auf beiden Seiten des Balkens am oberen und unteren Flansch desselben entlang angebracht sind.
15. Batterieeinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die breiten oberen und unteren Flansche so gebildet sind, dass die in diesen Flanschen befindlichen Kanäle zum Transport des Oxydans die Form von an der Ober- bzw. Unterseite offenen Kanälen haben, deren offenen Seiten mit flachen Platten abgeschlossen sind.
16. Batterieeinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einer Seite des Balkens befindlichen Brennstoffzellenblöcke mit den Zu- und Ableitungen des Elektrolyts auf der anderen Seite des Balkens verbunden sind.
17. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ableitungen des Elektrolyts die Form einer länglichen, am Balken entlang laufenden Schleife haben, und dass die Brennstoffzellenblöcke mit demjenigen Teil der schleifenförmigen Leitung verbunden sind, der am weitesten von dem betreffenden Cu-bzw. Abfuhrende der Leitung entfernt ist.
18. Brennstoffzellenbatterie oder Teil derselben, dadurch
gekennzeichnet, dass diese(r) aus einer Stapelung einer Reihe von Batterieeinheiten nach einem der Ansprüche 14-17 besteht.
19. Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, dass sich in den Enden des Balkens kanalförmige Teile befinden, die bei Stapelung solcher Batterieeinheiten mit den entsprechenden kanalförmigen Teilen der anderen
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Balken Hauptzu- und Hauptabfurkanäle des Oxydans bilden.
20. Brennstoffzellenbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenbatterie ein oder mehr Batterieeinheiten nach einem der Ansprüche 1-17 oder 19 enthält.
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DE19782828397 1977-06-29 1978-06-28 Aus ein oder mehr brennstoffzellenbloecken bestehende batterieeinheit Granted DE2828397A1 (de)

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US (1) US4176213A (de)
JP (1) JPS5411451A (de)
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CA (1) CA1091761A (de)
DE (1) DE2828397A1 (de)
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FR (1) FR2396426A1 (de)
GB (1) GB2000626B (de)
IT (1) IT1105375B (de)
SE (1) SE7807343L (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1273061B1 (de) 2000-03-29 2016-08-10 Dcns Brennstoffzellensystem mit lademanagement

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4596749A (en) * 1984-08-06 1986-06-24 United Technologies Corporation Method and apparatus for adding electrolyte to a fuel cell stack
US4612262A (en) * 1984-08-06 1986-09-16 United Technologies Corporation Process for adding electrolyte to a fuel cell stack
JPS61121267A (ja) * 1984-11-16 1986-06-09 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池のスタツク組立方法
US4732822A (en) * 1986-12-10 1988-03-22 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Internal electrolyte supply system for reliable transport throughout fuel cell stacks
DE4308780C1 (de) * 1993-03-19 1994-11-17 Daimler Benz Ag Anordnung zum Anschließen von Stapeln von Hochtemperaturbrennstoffzellen
US5914200A (en) * 1993-06-14 1999-06-22 Siemens Aktiengesellschaft High-temperature fuel cell stack arrangement with centrally located exit air space
US5486430A (en) * 1994-09-01 1996-01-23 Ballard Power Systems Inc. Internal fluid manifold assembly for an electrochemical fuel cell stack array
AU4294596A (en) * 1994-12-27 1996-07-19 Ballard Power Systems Inc. Integrated external manifold assembly for an electrochemical fuel cell stack array
DE19645111C2 (de) * 1996-11-01 1998-09-03 Aeg Energietechnik Gmbh Raumsparende Zellstapelanordnung aus Festoxidbrennstoffzellen
US6838204B1 (en) * 1999-10-08 2005-01-04 Hybrid Power Generation Systems, Llc Method and apparatus for fuel cell packaging
ITMI20021939A1 (it) * 2002-09-12 2004-03-13 Nuvera Fuel Cells Europ Srl Generatore elettrochimico a membrana con assemblaggio e manutenzione migliorati
CN100517848C (zh) * 2003-07-22 2009-07-22 丰田自动车株式会社 位于壳体内的耐热应力燃料电池组件
JP4956882B2 (ja) * 2003-07-22 2012-06-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US20050249987A1 (en) * 2004-05-04 2005-11-10 Angstrom Power Incorporated Fault tolerant fuel cell systems
US20060204815A1 (en) * 2005-03-10 2006-09-14 Angstrom Power Incorporated Cell stack having sub-stacks with opposite orientations
US20080145723A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 General Electric Company Rechargeable fuel cell and method
US7985505B2 (en) * 2006-12-15 2011-07-26 General Electric Company Fuel cell apparatus and associated method
US8343687B2 (en) * 2006-12-19 2013-01-01 General Electric Company Rechargeable fuel cell system
DE202022105277U1 (de) 2022-09-19 2023-12-20 HoKon GmbH & Co. KG Brennstoffzellenstapel

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3099587A (en) * 1956-12-17 1963-07-30 Nat Res Dev Fuel cells
US3331706A (en) * 1963-07-26 1967-07-18 Energy Conversion Ltd Battery of fuel cells
US3378404A (en) * 1963-04-10 1968-04-16 Leesona Corp Scabbard type fuel cell
US3573104A (en) * 1968-05-09 1971-03-30 Gen Electric Fuel cell unit with novel fluid confining and directing features

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3228797A (en) * 1961-06-16 1966-01-11 Dow Chemical Co Gaseous fuel cell and process of gaseous fuel cell operation
GB1044154A (en) * 1962-05-09 1966-09-28 Chloride Electrical Storage Co Improvements relating to fuel cells
GB1049428A (en) * 1963-08-15 1966-11-30 Shell Res Ltd Improvements in or relating to fuel cells
DE1964811A1 (de) * 1969-12-24 1971-07-01 Siemens Ag Brennstoffzellenbatterie
FR2081071A1 (de) * 1970-03-02 1971-12-03 Alsthom
US3769040A (en) * 1970-11-09 1973-10-30 Int Flavors & Fragrances Inc Substituted thiazoles in flavoring processes and products produced thereby

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3099587A (en) * 1956-12-17 1963-07-30 Nat Res Dev Fuel cells
US3378404A (en) * 1963-04-10 1968-04-16 Leesona Corp Scabbard type fuel cell
US3331706A (en) * 1963-07-26 1967-07-18 Energy Conversion Ltd Battery of fuel cells
US3573104A (en) * 1968-05-09 1971-03-30 Gen Electric Fuel cell unit with novel fluid confining and directing features

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1273061B1 (de) 2000-03-29 2016-08-10 Dcns Brennstoffzellensystem mit lademanagement

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5411451A (en) 1979-01-27
FR2396426A1 (fr) 1979-01-26
GB2000626B (en) 1982-03-03
ES471177A1 (es) 1979-01-16
DE2828397C2 (de) 1987-07-23
US4176213A (en) 1979-11-27
SE7807343L (sv) 1979-02-12
FR2396426B1 (de) 1984-06-08
GB2000626A (en) 1979-01-10
BE868387A (nl) 1978-12-27
IT7850074A0 (it) 1978-06-28
IT1105375B (it) 1985-10-28
CA1091761A (en) 1980-12-16

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