JP2017517111A - Fuel cell device - Google Patents

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Abstract

本発明は、燃料電池装置、特にチューブ状の燃料電池装置に関する。当該装置は、少なくとも一つの動作状態で少なくとも一つの反応剤を収容するように構成された少なくとも一つのガス室（１４）を少なくとも実質的に全側面で画定する燃料電池ユニット（１２）を含む。本発明によれば、燃料電池ユニット（１２）は、全体に亘って少なくとも実質的に一様な熱膨張係数を有する。The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly to a tubular fuel cell device. The apparatus includes a fuel cell unit (12) that defines at least substantially all sides of at least one gas chamber (14) configured to receive at least one reactant in at least one operating state. According to the present invention, the fuel cell unit (12) has a coefficient of thermal expansion that is at least substantially uniform throughout.

Description

従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の燃料電池装置、及び、請求項１１の上位概念に記載の燃料電池システムに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device according to a superordinate concept of claim 1 and a fuel cell system according to a superordinate concept of claim 11.

少なくとも一つの動作状態で少なくとも一つの反応剤を収容するために設けられた少なくとも一つのガス室を少なくとも実質的に全側面で画定する燃料電池ユニットを含む燃料電池装置が既に公知である。ここで、燃料電池ユニットは、相互に著しく異なる熱膨張係数を有する複数の部分領域を含む。このため、少なくとも一つのガス室を充分にかつ特に持続的に封止することは高いコストに結びつく。   Fuel cell devices are already known that comprise a fuel cell unit that at least substantially defines all sides of at least one gas chamber provided for receiving at least one reactant in at least one operating state. Here, the fuel cell unit includes a plurality of partial regions having mutually different thermal expansion coefficients. For this reason, sufficiently and particularly continuously sealing at least one gas chamber leads to high costs.

発明の開示
本発明は、少なくとも一つの動作状態で少なくとも一つの反応剤を収容するために設けられた少なくとも一つのガス室を少なくとも実質的に全側面で画定する燃料電池ユニットを含む燃料電池装置、特にチューブ状の燃料電池装置を基礎としている。 DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel cell device comprising a fuel cell unit defining at least substantially all sides of at least one gas chamber provided to contain at least one reactant in at least one operating state, In particular, it is based on a tubular fuel cell device.

本発明では、燃料電池ユニットが全体に亘って少なくとも実質的に一様な熱膨張係数を有するようにすることを提案する。   The present invention proposes that the fuel cell unit has a coefficient of thermal expansion that is at least substantially uniform throughout.

ここでの「燃料電池装置」とは、特には連続して供給される少なくとも一つの燃焼ガス、特に水素及び／又は一酸化炭素と、少なくとも一つの酸化剤、特に酸素との少なくとも一つの化学反応エネルギを、特に電気エネルギ及び／又は熱エネルギに変換するように構成された装置を特にいうものと理解されたい。少なくとも一つの燃料電池装置は、好ましくは、固体酸化物型燃料電池ＳＯＦＣとして構成される。ここでの「燃料電池ユニット」とは特に、燃料電池装置の外カバーを特に少なくとも部分的に形成するユニットをいうものと理解されたい。さらに、燃料電池ユニットは、特にガスの案内乃至導通のため及び／又は燃料電池装置の実装のための特に受動的な要素を含み得る。ここでの「反応剤」とは、特に燃料電池装置内の化学反応、特に合成プロセスにおいて使用されるべく設けられた化学物質及び／又は化学物質混合物を特にいうものと理解されたい。好ましくは、少なくとも一つの反応剤は、燃焼ガス又は酸素又は燃焼ガスを含むガス混合物又は酸素を含むガス混合物である。特には、少なくとも一つの合成ガスが、少なくとも一つの燃料電池装置において水及び／又は二酸化炭素を合成するために設けられる。特に、少なくとも一つの反応剤は、燃料電池装置の動作中に、特に連続して少なくとも一つのガス室へ供給される。「ガス室」とは特に、少なくとも部分的に、好ましくは燃料電池ユニットの可視の外面の反対側の、特に燃料電池ユニットの少なくとも部分的に不可視の内面を少なくとも実質的に全側面に亘って画定する空間領域をいうものと理解されたい。ここで、燃料電池ユニットが少なくとも一つのガス室を「少なくとも実質的に全側面で画定する」とは特に、少なくとも一つのガス室を包囲する仮想の閉じたカバー面の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも８５％、有利には少なくとも９０％、特に有利には少なくとも９５％が、少なくとも一つの燃料電池ユニットによって形成される外カバーによって被覆されることをいうものと理解されたい。燃料電池ユニットが「全体に亘って少なくとも実質的に一様な」熱膨張係数を有するとは特に、燃料電池ユニット、特にその少なくとも一つの製造材料の熱膨張係数の変動、特に伸長係数及び／又は空間膨張係数の変動が、燃料電池ユニットの寸法全体に亘って、１５％未満、特には１０％未満、好ましくは５％未満、特に好ましくは１％未満となることをいうものと理解されたい。   “Fuel cell device” here means in particular at least one chemical reaction of continuously supplied at least one combustion gas, in particular hydrogen and / or carbon monoxide, with at least one oxidant, in particular oxygen. It should be understood in particular that the device is configured to convert energy, in particular into electrical energy and / or thermal energy. At least one fuel cell device is preferably configured as a solid oxide fuel cell SOFC. “Fuel cell unit” here is to be understood in particular as a unit that at least partly forms the outer cover of the fuel cell device. Furthermore, the fuel cell unit may comprise particularly passive elements, in particular for gas guidance or conduction and / or for the implementation of fuel cell devices. As used herein, “reactant” should be understood to refer specifically to chemical reactions and / or chemical mixtures provided for use in chemical reactions, particularly in synthesis processes in fuel cell devices. Preferably, the at least one reactant is a combustion gas or a gas mixture comprising oxygen or a combustion gas or a gas mixture comprising oxygen. In particular, at least one synthesis gas is provided for synthesizing water and / or carbon dioxide in at least one fuel cell device. In particular, the at least one reactant is fed continuously to the at least one gas chamber during operation of the fuel cell device. A “gas chamber” in particular defines at least partly, preferably at least substantially the entire inner surface opposite to the visible outer surface of the fuel cell unit, in particular at least partially invisible inner surface of the fuel cell unit. It should be understood as a spatial area that Here, the fuel cell unit specifically “defines at least substantially all sides” at least one gas chamber, in particular at least 80% of the virtual closed cover surface surrounding at least one gas chamber, preferably at least It should be understood that 85%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%, is covered by an outer cover formed by at least one fuel cell unit. In particular, a fuel cell unit has a coefficient of thermal expansion that is “at least substantially uniform throughout”, in particular variations in the coefficient of thermal expansion of the fuel cell unit, in particular its at least one production material, in particular the expansion coefficient and / or It should be understood that the variation of the spatial expansion coefficient is less than 15%, in particular less than 10%, preferably less than 5%, particularly preferably less than 1% over the dimensions of the fuel cell unit.

斯かる構成により、冒頭に言及した形式の燃料電池装置について、封止に関する特性を改善して提供することができる。特に有利には、熱機械的ストレスを少なくとも大幅に回避して燃料電池装置の寿命を有利に増大することができる。さらに、ガス室の封止を有利に平易化することができ、これにより、特に作業の手間又は製造コストを低減することができる。   With such a configuration, the fuel cell device of the type mentioned at the beginning can be provided with improved sealing characteristics. Particularly advantageously, thermomechanical stress can be avoided at least significantly to advantageously increase the life of the fuel cell device. Furthermore, the sealing of the gas chamber can be advantageously simplified, which in particular can reduce labor and manufacturing costs.

本発明の好ましい構成では、燃料電池ユニットは、少なくとも実質的に、少なくとも一つのセラミック材料から形成される。対象物が「少なくとも実質的に或る材料から形成される」とは特に、当該対象物が、少なくとも７５％、有利には少なくとも８５％、好ましくは少なくとも９５％の重量割合で当該材料から形成されることをいうものと理解されたい。ここでの「セラミック材料」とは特に無機の非金属材料をいうものと理解されたい。特には、当該少なくとも一つのセラミック材料は、少なくとも部分的に結晶性を有するものであり得る。ここで「非金属」とは特に、少なくとも一つのセラミック材料の少なくとも大部分が特に金属結合に基づく金属特性を有さないことをいうものと理解されたい。但し、この非金属のセラミック材料は、例えば金属酸化物及び／又は金属ケイ化物等の金属化合物を含んでいてもよい。これにより、有利には、少なくとも一つの燃料電池ユニットが全体に亘って一様な熱膨張係数を有するようにすることを簡単に達成することができる。   In a preferred configuration of the invention, the fuel cell unit is at least substantially formed from at least one ceramic material. In particular, an object is “at least substantially formed from a material”, the object being formed from the material in a weight percentage of at least 75%, advantageously at least 85%, preferably at least 95%. I want you to understand that. It should be understood that the “ceramic material” here refers to an inorganic non-metallic material in particular. In particular, the at least one ceramic material may be at least partially crystalline. Here, “non-metallic” is to be understood in particular as meaning that at least a majority of the at least one ceramic material does not have metallic properties, in particular based on metal bonding. However, the non-metallic ceramic material may contain a metal compound such as a metal oxide and / or a metal silicide. This advantageously makes it possible to easily achieve that at least one fuel cell unit has a uniform coefficient of thermal expansion throughout.

特には、燃料電池ユニットを一体形に構成することができる。「一体形」とは特に、物質結合によって、例えば溶接プロセス及び／又は接着プロセス等によって結合されており、特に有利には、注型成形での製造及び／又はシングルコンポーネント射出成形プロセス若しくはマルチコンポーネント射出成形プロセスでの製造等によって一体成形されていることをいうものと理解されたい。但し、好ましくは、燃料電池ユニットは複数の部材から構成される。ここでは、燃料電池ユニットに少なくとも一つのカバーフードを設けることが提案される。好ましくは、少なくとも一つのカバーフードは、燃料電池セルチューブとして構成される。特に、少なくとも一つのカバーフードは、少なくとも実質的に円筒状の基体を含む。特に、基体は、少なくとも実質的に丸形の、例えば円形若しくは楕円形の底面を有し、及び／又は、多角形の底面を有することができる。特に、基体の端部は少なくとも実質的に閉鎖され、好ましくは少なくとも実質的に気密に構成される。さらに、燃料電池ユニットに少なくとも一つの通流エレメントを設けることも提案される。ここで、通流エレメントとは特に、少なくとも実装状態で少なくとも部分的に少なくとも一つのカバーフード内へ、特には少なくとも一つのカバーフードの基体内へ突出するように構成された少なくとも実質的に管状のエレメントをいうものと理解されたい。特に、少なくとも一つのカバーフードと少なくとも一つの通流エレメントとは、実装状態で、少なくとも一つのガス室を、少なくとも実質的に全側面で画定する。特に、少なくとも一つの通流エレメントは、少なくとも一つの動作状態で少なくとも一つの反応剤を少なくとも一つのガス室へ導通するように構成される。これにより、燃料電池ユニットの製造を有利に平易化することができる。また、製造コストを有利に低減することができる。   In particular, the fuel cell unit can be integrally formed. “Integral” is in particular connected by material bonding, for example by a welding process and / or an adhesive process, etc., particularly preferably by manufacturing by casting and / or by single-component injection molding process or multi-component injection. It should be understood that it is integrally formed by manufacturing or the like in the molding process. However, the fuel cell unit is preferably composed of a plurality of members. Here, it is proposed to provide at least one cover hood on the fuel cell unit. Preferably, at least one cover hood is configured as a fuel cell tube. In particular, the at least one cover hood includes at least a substantially cylindrical substrate. In particular, the substrate can have a bottom surface that is at least substantially round, for example circular or elliptical, and / or has a polygonal bottom surface. In particular, the end of the substrate is at least substantially closed and preferably at least substantially airtight. It is further proposed to provide the fuel cell unit with at least one flow element. Here, the flow-through element is in particular at least substantially tubular, which is configured to protrude at least partially into the at least one cover hood, in particular into the base of the at least one cover hood, at least in the mounted state. It should be understood as an element. In particular, the at least one cover hood and the at least one flow element, in the mounted state, define at least one gas chamber at least substantially on all sides. In particular, the at least one flow element is configured to conduct at least one reactant to at least one gas chamber in at least one operating state. Thereby, manufacture of a fuel cell unit can be advantageously simplified. Further, the manufacturing cost can be advantageously reduced.

少なくとも一つのカバーフード及び少なくとも一つの通流エレメントが、少なくとも実質的に少なくとも大部分が同一のセラミック材料から形成される場合、有利には、特に少なくとも一つのカバーフードと少なくとも一つの通流エレメントとの間に種々に異なる熱膨張係数が発生することを少なくとも大幅に防止することができる。ここで、少なくとも一つのカバーフードと少なくとも一つの通流エレメントとが少なくとも実質的に「少なくとも大部分が同一の」セラミック材料から形成されるとは特に、少なくとも一つのカバーフードのセラミック材料が、物質上の組成の点において、少なくとも一つの通流エレメントのセラミック材料に少なくとも大部分で、好ましくは正確に対応することをいうものと理解されたい。   If at least one cover hood and at least one flow element are formed at least substantially at least substantially from the same ceramic material, it is advantageous, in particular, at least one cover hood and at least one flow element. It is possible to at least greatly prevent the occurrence of different thermal expansion coefficients during the period. Here, the at least one cover hood and the at least one flow-through element are formed from a ceramic material that is at least substantially “at least largely identical”. It should be understood that in terms of the above composition, it corresponds at least in large part, preferably precisely, to the ceramic material of the at least one flow-through element.

さらに、少なくとも一つの通流エレメントに少なくとも一つの第１の封止面を設け、少なくとも一つのカバーフードに少なくとも一つの第１の封止面に対応する少なくとも一つの第２の封止面を設けることが提案される。特に、少なくとも一つの通流エレメントの少なくとも一つの第１の封止面は、実装状態で、少なくとも一つの燃料電池セルチューブの対応する少なくとも一つの第２の封止面に少なくとも実質的に密に接するように構成される。封止作用を改善するために、少なくとも一つの第１の封止面と少なくとも一つの第２の封止面との間に封止材及び／又は封止エレメントを挿入することができる。封止材及び／又は封止エレメントは、少なくとも部分的に、特にガラス材料及び／又はセラミック材料及び／又はガラスセラミック材料及び／又はその他の適切な特に無機の材料から形成可能である。ここで「少なくとも実質的に密に」とは特に、カバーフードの少なくとも一つの第１の封止面と少なくとも一つの通流エレメントの少なくとも一つの第２の封止面との間の封止領域が、最大で１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ、有利には最大で１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ、好ましくは最大で１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓの漏れ率を有することをいうものと理解されたい。これにより有利には漏れ率を低減することができる。 Furthermore, at least one first sealing surface is provided in at least one flow element, and at least one second sealing surface corresponding to at least one first sealing surface is provided in at least one cover hood. It is proposed. In particular, the at least one first sealing surface of the at least one flow-through element is at least substantially tightly mounted to the corresponding at least one second sealing surface of the at least one fuel cell tube in the mounted state. Configured to touch. In order to improve the sealing action, a sealing material and / or a sealing element can be inserted between the at least one first sealing surface and the at least one second sealing surface. The encapsulant and / or the encapsulating element can be formed at least partly, in particular from glass materials and / or ceramic materials and / or glass ceramic materials and / or other suitable especially inorganic materials. Here, “at least substantially tightly” means in particular a sealing area between at least one first sealing surface of the cover hood and at least one second sealing surface of at least one flow-through element. Has a leak rate of at most 10 −6 Pa · m 3 / s, advantageously at most 10 −8 Pa · m 3 / s, preferably at most 10 −10 Pa · m 3 / s. I want to be understood. This advantageously reduces the leakage rate.

また、少なくとも一つのカバーフードに、少なくとも部分的に多孔性に形成された少なくとも一つの部分領域を形成することが提案される。特に少なくとも一つの部分領域が開放多孔性を有するように形成される。ここでの「開放多孔性」とは特に、少なくとも一つのカバーフードのうち、特に流体技術的に相互に及び／又は周囲に接続された複数の中空室を有する領域をいうものと理解されたい。特に、少なくとも一つの部分領域は、少なくとも一つの第２の、特にガス状の反応剤、好ましくは酸素又は空気を導通するために設けられる。これにより、有利に簡単な手段で、少なくとも一つの第２の反応剤を燃料電池装置に供給することができる。   It is also proposed to form at least one partial area formed at least partially porous in at least one cover hood. In particular, at least one partial region is formed to have open porosity. “Open porosity” here is to be understood in particular as referring to the region of the at least one cover hood which has a plurality of hollow chambers connected to one another and / or to the surroundings, particularly in terms of fluid technology. In particular, at least one partial region is provided for conducting at least one second, in particular gaseous reactant, preferably oxygen or air. Thereby, it is possible to supply at least one second reactant to the fuel cell device with an advantageous and simple means.

さらに、燃料電池装置が、少なくとも部分的に多孔性に形成された少なくとも一つの部分領域上に、少なくとも一つの機能層を有するようにすることが提案される。ここでの「機能層」とは、特には少なくとも一つのアノードと少なくとも一つのカソードとこれらの間に配置された少なくとも一つの電解質とを有する層を特にいうものと理解されたい。特に、少なくとも一つの機能層は、少なくとも一つのカバーフードの内面及び／又は外面に設けることができる。好ましくは、少なくとも一つの機能層は完全に少なくとも一つのカバーフードの内面に配置される。特に、少なくとも一つの機能層の層厚は、最大で５０μｍ、有利には最大で２５μｍ、特に有利には最大で１５μｍである。これにより、燃料電池装置の有利な構造を達成することができる。   Furthermore, it is proposed that the fuel cell device has at least one functional layer on at least one partial region formed at least partially porous. “Functional layer” here is to be understood in particular as referring to a layer having at least one anode, at least one cathode and at least one electrolyte arranged therebetween. In particular, the at least one functional layer can be provided on the inner and / or outer surface of the at least one cover hood. Preferably, the at least one functional layer is completely disposed on the inner surface of the at least one cover hood. In particular, the layer thickness of the at least one functional layer is at most 50 μm, preferably at most 25 μm, particularly preferably at most 15 μm. Thereby, an advantageous structure of the fuel cell device can be achieved.

燃料電池ユニット、特に少なくとも一つのカバーフードが、少なくとも一つの底部領域に、少なくともガス導通のために設けられた少なくとも一つのチャネルを有する場合、少なくとも一つの、特にガス状および／または蒸気状の反応生成物を、特に少なくとも一つのガス室から有利かつ確実に放出させることができる。ここでの「底部領域」とは特に、少なくとも一つのカバーフードの、好ましくは開放端部に位置する領域をいうものと理解されたい。特に、少なくとも一つの底部領域は、少なくとも実質的に気密の材料及び／又は蒸気密の材料によって形成される。特に、少なくとも一つのチャネルは、実装状態で流体技術的に少なくとも一つのガス室に接続される。特に、少なくとも一つの底部領域は、燃料電池システムに燃料電池装置を実装するために設けられる。   If the fuel cell unit, in particular at least one cover hood, has at least one channel provided in at least one bottom region for at least gas conduction, at least one, in particular gaseous and / or vaporous reaction. The product can be advantageously and reliably discharged particularly from at least one gas chamber. The “bottom area” here is to be understood in particular as referring to the area of the at least one cover hood, preferably located at the open end. In particular, the at least one bottom region is formed by at least a substantially gas tight material and / or a vapor tight material. In particular, the at least one channel is connected to at least one gas chamber in the fluid state in the mounted state. In particular, at least one bottom region is provided for mounting a fuel cell device in a fuel cell system.

さらに、少なくとも一つの機能層が少なくとも部分的に少なくとも一つの底部領域内へ通じるように構成することが提案される。特に、少なくとも一つの機能層は、実装状態で、カバーフードの少なくとも一つの第１の封止面と通流エレメントの少なくとも一つの第２の封止面との間を通るように案内される。少なくとも一つの封止材が使用される場合、少なくとも一つの機能層を、導通部の領域で少なくとも部分的に少なくとも一つの封止材に埋め込むことができる。これにより、有利には、燃料電池装置の電気的接続を簡単に達成することができる。   Furthermore, it is proposed that the at least one functional layer is configured to at least partially lead into at least one bottom region. In particular, the at least one functional layer is guided in a mounted state between at least one first sealing surface of the cover hood and at least one second sealing surface of the flow-through element. When at least one encapsulant is used, at least one functional layer can be at least partially embedded in the at least one encapsulant in the region of the conducting part. This advantageously makes it possible to easily achieve the electrical connection of the fuel cell device.

さらに、少なくとも二つの燃料電池装置を含む燃料電池システムが提案される。ここでは、少なくとも二つの燃料電池装置は、電気的に及び／又は流体技術的に接続される。このようにすれば、有利に高いエネルギ効率を有する燃料電池システムを簡単に実現することができる。   Furthermore, a fuel cell system including at least two fuel cell devices is proposed. Here, the at least two fuel cell devices are connected electrically and / or fluidically. In this way, it is possible to easily realize a fuel cell system having an advantageously high energy efficiency.

この場合、本発明に係る燃料電池装置は、上述した適用例及び構成例に限定されない。特に、本発明に係る燃料電池装置は、上述した動作方式を満足するために、上述したのとは異なる数の個々のエレメント、要素及びユニットを有し得る。   In this case, the fuel cell device according to the present invention is not limited to the application example and the configuration example described above. In particular, the fuel cell device according to the present invention may have a number of individual elements, elements and units different from those described above in order to satisfy the above-described operation mode.

さらなる利点は、以下の図面の説明から得られる。図面には、本発明の実施形態が示されている。図面及び発明の詳細な説明及び特許請求の範囲は、多くの特徴の組合せを含む。当業者は、これらの特徴を目的に応じて個別に考察してもよいし、有意な別の組合せとして考察してもよい。   Further advantages result from the following description of the drawings. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawings and detailed description of the invention and the claims include numerous combinations of features. Those skilled in the art may consider these features individually, depending on the purpose, or as significant other combinations.

二つの燃料電池装置を含む燃料電池システムの概略的な部分図である。1 is a schematic partial view of a fuel cell system including two fuel cell devices.

実施形態の説明
図１には、二つの燃料電池装置１０，３２を含む燃料電池システム３４の概略的な部分図が示されている。燃料電池装置１０，３２は相互に同一に構成されているので、理解を容易にするために、以下では、一方の燃料電池装置１０のみについて説明する。即ち、総ての説明は、第２の燃料電池装置３２にも適合する。 Description of Embodiments FIG. 1 shows a schematic partial view of a fuel cell system 34 including two fuel cell devices 10 and 32. Since the fuel cell devices 10 and 32 are identically configured, only one fuel cell device 10 will be described below for easy understanding. That is, all the explanations are applicable to the second fuel cell device 32.

燃料電池装置１０は、チューブ状の燃料電池装置として構成されている。燃料電池装置１０は、カバーフード１６と通流エレメント１８とを有する燃料電池ユニット１２を含む。カバーフード１６は、円形の底面を有する中空円筒状の基体３６を含む。カバーフード１６の基体３６は、上端３８の側が気密に構成されている。また、カバーフード１６は、開放多孔性を有するように形成された部分領域２４を有する。カバーフード１６の内面４２には、ここでは単に略示されている機能層２６が形成されている。また、選択的に、機能層をカバーフードの外面に形成してもよい。機能層２６は、ここでは詳細には示されていないが、アノードとカソードとこれらの間に配置された電解質とを有する。なお、燃料電池装置１０は、底部領域２８に、ガス導通のために設けられたチャネル３０を有する。このために、チャネル３０は、燃料電池装置１０のガス室１４に流体技術的に接続されている。   The fuel cell device 10 is configured as a tubular fuel cell device. The fuel cell device 10 includes a fuel cell unit 12 having a cover hood 16 and a flow element 18. The cover hood 16 includes a hollow cylindrical base 36 having a circular bottom surface. The base 36 of the cover hood 16 is airtight on the upper end 38 side. Moreover, the cover hood 16 has the partial area | region 24 formed so that it might have open porosity. On the inner surface 42 of the cover hood 16, a functional layer 26, which is simply illustrated here, is formed. Moreover, you may form a functional layer in the outer surface of a cover hood selectively. Although not shown in detail here, the functional layer 26 has an anode, a cathode, and an electrolyte disposed therebetween. The fuel cell device 10 has a channel 30 provided in the bottom region 28 for gas conduction. For this purpose, the channel 30 is fluidically connected to the gas chamber 14 of the fuel cell device 10.

通流エレメント１８は管状に構成され、実装状態では図示のようにカバーフード１６内へ突出する。これに関して、通流エレメント１８は、少なくとも一つの動作状態で、反応剤、特に水素を、燃料電池装置１０のガス室１４内へ導通して機能層２６に供給するように構成されている。第２の反応剤、特に酸素又は空気は、カバーフード１６の多孔性の部分領域２４を介して機能層２６に供給される。反応生成物、特に水蒸気は、底部領域２８のチャネル３０を介して放出される。   The flow element 18 is formed in a tubular shape, and protrudes into the cover hood 16 as shown in the figure when mounted. In this regard, the flow element 18 is configured to conduct a reactant, particularly hydrogen, into the gas chamber 14 of the fuel cell device 10 and supply it to the functional layer 26 in at least one operating state. The second reactant, particularly oxygen or air, is supplied to the functional layer 26 via the porous partial region 24 of the cover hood 16. Reaction products, particularly water vapor, are released through the channel 30 in the bottom region 28.

ガス室１４は、図示のように、カバーフード１６及び通流エレメント１８によって画定される。通流エレメント１８をカバーフード１６に密に接続するために、通流エレメント１８は第１の封止面２０を有し、カバーフード１６は、第１の封止面２０に対応する第２の封止面２２を有する。通流エレメント１８は、ここでは、第１の封止面２０の領域において、例えば円錐状に構成されている。これとは異なる幾何学形状も同様に可能である。封止作用を高めるために、第１の封止面２０と第２の封止面２２との間に封止材４０が挿入される。但し、要求される封止性に応じて、封止材の挿入を省略してもよい。   The gas chamber 14 is defined by a cover hood 16 and a flow element 18 as shown. In order to tightly connect the flow element 18 to the cover hood 16, the flow element 18 has a first sealing surface 20, and the cover hood 16 has a second corresponding to the first sealing surface 20. It has a sealing surface 22. Here, the flow element 18 is configured in a conical shape, for example, in the region of the first sealing surface 20. Different geometric shapes are possible as well. In order to enhance the sealing action, the sealing material 40 is inserted between the first sealing surface 20 and the second sealing surface 22. However, the insertion of the sealing material may be omitted depending on the required sealing performance.

カバーフード１６及び通流エレメント１８は、同一のセラミック材料から形成されている。また、封止材４０は、好ましくはセラミック及び／又はガラスセラミックの封止材である。これにより、燃料電池ユニット１２は、一貫して一様な熱膨張係数を有するので、燃料電池ユニット１２における熱機械的ストレスの発生を回避することができる。   The cover hood 16 and the flow element 18 are made of the same ceramic material. The sealing material 40 is preferably a ceramic and / or glass ceramic sealing material. Thereby, since the fuel cell unit 12 has a uniform thermal expansion coefficient consistently, generation | occurrence | production of the thermomechanical stress in the fuel cell unit 12 can be avoided.

燃料電池装置１０，３２を簡単に接続して燃料電池システム３４を形成することができるようにするために、機能層２６は、底部領域２８内へ連通している。ここで、機能層２６は、第１の封止面２０と第２の封止面２２との間を通るように案内されており、封止材４０内に埋め込まれている。同様に、各燃料電池は、チャネル３０を介して流体技術的に相互に接続されている。一つの燃料電池システム３４の隣り合う二つの燃料電池装置１０，３２間の接触領域４４は、必要に応じて、適当な封止材によって封止することができる。この場合の燃料電池装置１０，３２の電気的接続及び流体技術的接続は、双方とも単なる例示に過ぎない。ここでは、これに代えて、当業者に公知の、特にチューブ状の複数の燃料電池装置を接続する手段を用いることもできる。さらに、燃料電池システムは、ここに図示されているよりも多数の燃料電池装置を含み得る。   The functional layer 26 communicates into the bottom region 28 so that the fuel cell devices 10, 32 can be easily connected to form the fuel cell system 34. Here, the functional layer 26 is guided so as to pass between the first sealing surface 20 and the second sealing surface 22, and is embedded in the sealing material 40. Similarly, the fuel cells are fluidically connected to each other via a channel 30. A contact region 44 between two adjacent fuel cell devices 10 and 32 of one fuel cell system 34 can be sealed with an appropriate sealing material as necessary. Both the electrical connection and the fluid technology connection of the fuel cell devices 10 and 32 in this case are merely examples. Here, instead of this, it is also possible to use means known to those skilled in the art for connecting a plurality of fuel cell devices in particular in the form of tubes. Further, the fuel cell system may include a greater number of fuel cell devices than shown here.

Claims (11)

少なくとも一つの動作状態で少なくとも一つの反応剤を収容するために設けられた少なくとも一つのガス室（１４）を少なくとも実質的に全側面で画定する燃料電池ユニット（１２）を含む、
燃料電池装置、特にチューブ状の燃料電池装置において、
前記燃料電池ユニット（１２）は、全体に亘って少なくとも実質的に一様な熱膨張係数を有する、
ことを特徴とする燃料電池装置。 A fuel cell unit (12) defining at least substantially all sides of at least one gas chamber (14) provided for containing at least one reactant in at least one operating state;
In a fuel cell device, particularly a tubular fuel cell device,
The fuel cell unit (12) has a coefficient of thermal expansion that is at least substantially uniform throughout.
A fuel cell device. 前記燃料電池ユニット（１２）は、少なくとも実質的に、少なくとも一つのセラミック材料から形成されている、
請求項１に記載の燃料電池装置。 The fuel cell unit (12) is at least substantially formed of at least one ceramic material;
The fuel cell device according to claim 1. 前記燃料電池ユニット（１２）は、少なくとも一つのカバーフード（１６）を有する、
請求項１又は２に記載の燃料電池装置。 The fuel cell unit (12) has at least one cover hood (16).
The fuel cell device according to claim 1 or 2. 前記燃料電池ユニット（１２）は、少なくとも一つの通流エレメント（１８）を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell unit (12) has at least one flow element (18),
The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3. 前記少なくとも一つのカバーフード（１６）及び前記少なくとも一つの通流エレメント（１８）は、少なくとも実質的に、少なくとも大部分が同一のセラミック材料から形成されている、
請求項３及び４に記載の燃料電池装置。 The at least one cover hood (16) and the at least one flow-through element (18) are at least substantially formed at least substantially from the same ceramic material;
The fuel cell device according to claim 3 and 4. 前記少なくとも一つの通流エレメント（１８）は、少なくとも一つの第１の封止面（２０）を有し、前記少なくとも一つのカバーフード（１６）は、前記少なくとも一つの第１の封止面（２０）に対応する少なくとも一つの第２の封止面（２２）を有する、
少なくとも請求項３及び４に記載の燃料電池装置。 The at least one flow element (18) has at least one first sealing surface (20), and the at least one cover hood (16) has the at least one first sealing surface ( 20) having at least one second sealing surface (22) corresponding to
The fuel cell device according to claim 3 and 4 at least. 前記少なくとも一つのカバーフード（１６）は、少なくとも部分的に多孔性に形成された少なくとも一つの部分領域（２４）を有する、
少なくとも請求項３に記載の燃料電池装置。 The at least one cover hood (16) has at least one partial region (24) formed at least partially porous;
The fuel cell device according to claim 3 at least. 前記少なくとも部分的に多孔性に形成された前記少なくとも一つの部分領域（２４）上に形成される少なくとも一つの機能層（２６）が設けられている、
請求項８に記載の燃料電池装置。 At least one functional layer (26) formed on the at least one partial region (24) formed at least partially porous;
The fuel cell device according to claim 8. 前記燃料電池ユニット（１２）は、少なくとも一つの底部領域（２８）に、少なくともガス導通のために設けられた少なくとも一つのチャネル（３０）を有する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池装置。 The fuel cell unit (12) has at least one channel (30) provided at least for gas conduction in at least one bottom region (28),
The fuel cell device according to any one of claims 1 to 8. 前記少なくとも一つの機能層（２６）は、少なくとも部分的に、少なくとも一つの底部領域（２８）内へ案内されている、
請求項８及び９に記載の燃料電池装置。 The at least one functional layer (26) is at least partially guided into at least one bottom region (28);
The fuel cell device according to claim 8 and 9. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池装置（１０，３２）を少なくとも二つ含む燃料電池システムにおいて、
少なくとも二つの前記燃料電池装置（１０，３２）は、電気的に及び／又は流体技術的に接続されている、
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising at least two fuel cell devices (10, 32) according to any one of the preceding claims,
At least two of the fuel cell devices (10, 32) are electrically and / or fluidically connected,
A fuel cell system.
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