包括燃料电池单元和部件的装置、用于该装置的部件单元和堆叠部件的制作方法_3

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平面上,例如平面安装材料或钢板上,例如支撑完成的该装置的重量。
[0033]根据本发明的另一方面,提供了一种包括第一堆叠部件并包括第二堆叠部件的部件单元。该部件单元例如可以与燃料电池单元组合,以形成在此说明的装置。第一堆叠部件和第二堆叠部件均包括多个板,所述多个板被布置成平行于主流向并彼此相距一距离以形成堆叠。堆叠的前侧和后侧是开放的,用于使第一流体从前侧进入堆叠,沿着主流向穿过该堆叠并从后侧离开该堆叠。第一堆叠部件和第二堆叠部件均还包括具有第二流体入口和第二流体出口的第二流体管道。第二流体入口设置在堆叠的横向侧,并且第二流体出口设置在堆叠的相反的横向侧。在部件单元中,第一堆叠部件和第二堆叠部件被布置成彼此相距预定距离。第一堆叠部件的开放的后侧与第二堆叠部件的开放的前侧被布置成以相距所述预定距离的方式彼此平行。在优选实施方式中,部件单元还包括稳定框。该框设计成在部件装载和运行期间尤其是在不同温度下运行时将第一堆叠部件和第二堆叠部件稳定在相对于彼此相距所述预定距离和位置处。稳定框可以防止各部件移动,例如水平或垂直移动,或相对于彼此旋转。移动和旋转例如会由热膨胀或蠕变导致。当流基本上分别平行于部件单元或装置的纵向轴线穿过装置时,彼此间的位移可能会偏转或阻挡所述流。稳定可以支持或保证部件的最佳工作,尤其是在不同的温度和压力下,例如在启动、连续工作和冷却阶段。这些事件会导致部件的部分快速或不均匀的加热,并会导致由热膨胀或蠕变引起的变形。进一步地,稳定框可以稳定两个部件之间的空洞的尺寸,尤其是在不同温度和压力下,例如可以在启动、连续工作和冷却阶段存在的空洞。由此,稳定框可以提供预定用途的部件单元,例如与具体的燃料电池单元组合。
[0034]根据本发明的另一个方面,提供了一种堆叠部件,例如用于部件单元或根据本发明且如上所述的装置中。该堆叠部件包括多个板,所述多个板被布置成平行于主流向且彼此相距一距离以形成堆叠。所述堆叠的前侧和后侧是开放的,用于使第一流体从所述前侧进入所述堆叠,沿着所述主流向流过所述堆叠,并从所述后侧离开所述堆叠。所述堆叠部件还包括具有第二流体入口和第二流体出口的第二流体管道。所述第二流体入口设置在所述堆叠的横向侧,并且所述第二流体出口设置在所述堆叠的相反横向侧。形成所述第二流体管道的所述多个板中的至少一个板包括中央区域,该中央区域被布置成靠近入口分布区域并且靠近出口收集区域,其中,所述中央区域包括阻挡机构。
[0035]优选地,第二流体入口和第二流体出口以及至少一个板的中央区域中的阻挡机构被设置成使得经由第二流体入口进入堆叠部件的第二流体在所述至少一个板的中央区域中大体上沿主流向流动。
[0036]有利的是,在两个板之间形成第二流体管道的两个板中的至少一个板设置有包括阻挡机构的中央区域。
[0037]根据本发明的堆叠部件的一个方面,入口分布区域、出口收集区域和中央区域中的至少两者包括不同的阻挡机构。
[0038]根据本发明的堆叠部件的另一方面,入口分布区域和出口收集区域的至少一者包括沿着主流向的可变延伸部分。优选地,入口分布区域或出口收集区域或二者的沿着主流向的延伸部分沿着前侧线性变化。优选地,入口分布区域的尺寸随着远离第二流体入口而减小。优选地,出口收集区域的尺寸随着远离第二流体出口而减小。优选地,入口分布区域或出口收集区域或二者是楔形。
[0039]入口分布区域和出口收集区域相对于形状、尺寸和阻挡机构是对称的。完整的板可以相对于板的中心点对称。
[0040]优选地,入口分布区域基本上在至少一个板的整个前侧延伸,并且出口分布区域基本上在至少一个板的整个后侧延伸。如果入口分布区域和出口收集区域是楔形的,则中央区域具有采用矩形板的形式的基本平行六面体的形状。如果阻挡机构,例如表面结构,设置在入口分布区域或出口收集区域或二者中,则相比于邻近入口和出口的那些部分中的表面结构,入口分布区域的远离第二流体入口的那些部分以及出口收集区域的远离第二流体出口的那些部分中的表面结构优选有更多的表现形式(更密集的,更高的等等)。
[0041]根据本发明的堆叠部件的一些优选实施方式,堆叠部件还包括邻近堆叠部件的前侧设置的主入口部分或邻近堆叠部件的后侧设置的主出口部分中的至少一者。主入口部分设置成将主流体流分布到堆叠部件的整个高度上并且分布到堆叠部件中,而主出口部分设置成从堆叠部件的整个高度收集主流体并将该主流体引导向主出口开口。主出口部分和主入口部分可以具有变化的高度,该高度优选沿着部件的高度而变化。优选地,主入口部分或主出口部分或二者是楔形。
[0042]优选地,堆叠部件是待被组合到燃料电池单元或催化转换器等的热交换器,例如加力燃烧室的形式,或者预热器或重整器。然而,堆叠部件也可以设计成例如不仅包括分立的部件,而且还包括燃料电池单元或其他部件。
[0043]这样,根据本发明的堆叠部件的一个方面,多个板还包括具有化学活性表面(优选催化活性表面)的节段,该节段适于用在燃料电池单元中。堆叠部件的第一部分,例如上游部分,包括第二流体管道并且适于形成热交换器堆叠或重整器堆叠。堆叠部件的第二部分,例如下游或更下游部分,包括所述节段,使得所述堆叠部件的所述第二部分适于用作燃料电池单元。
[0044]在这种堆叠部件中,板具有这样的长度,其不仅沿例如热交换器或重整器的长度延伸而且还沿燃料电池单元的长度延伸。因此,板的各部分包括将由板堆叠的相应部分实施的物理或化学特性功能。例如,如果上游部件应该是一个热交换器或重整器,则板的上游第一部分包括用于第二流体管道的阻挡机构,以及用于重整或其他化学反应的催化活性表面的可能部分。上下叠置并且包括第二流体管道的多个板随后形成热交换器或重整器(或者堆叠部件的热交换器或重整器部分)。板的其他下游第二部分由相应的化学活性物质覆盖,以便该板的这部分形成用作燃料电池的电极的双极性板。具有板的其他下游第二部分的板堆叠部分随后形成一个平面燃料电池单元。
[0045]通过部件和燃料电池单元的这种结构,自动给予堆叠部件或装置的高度和宽度的几何形状匹配。主流体流向是沿着在部件和燃料电池单元之间没有间隙的多个板的方向。这样,可以实现进一步的流动均匀性、温度均匀、具有更少单独部件的紧凑设置。
[0046]如果根据本发明的上述部分的装置是板堆叠,则各个板堆叠可以被模块化以彼此邻近设置,从而形成根据本发明的装置。然而,各个部分的板可以只由一个板形成,多个板在一个部件以及燃料电池单元以及可能的其他部件之上延伸。由此准备该板的分立部分并使其适于实施它们在该部分装置中的各自功能。
[0047]已经参照上述装置说明了根据本发明的堆叠部件的优点和其他方面以及具有两个堆叠部件的部件,因此不再重复。在堆叠部件中,前侧对应于装置的长侧,并由此沿着该前侧的伸长部分对应于装置的宽度。
[0048]堆叠部件和部件单元优选用于和高温燃料电池单元组合或结合高温燃料电池以形成一种装置,例如在此所公开的那样。然而,对于根据本发明的堆叠部件,可以优化需要至少一个流体流的其他设备。通过将该设备与根据本发明且在此说明的与燃料电池单元相关的一个堆叠部件组合,限定了一个主流向并且实现了主流体流以及第二流体流的流动均匀性。该其他设备例如可以是一个转换器,例如用于机动车辆的排气系统的催化转换器。
【附图说明】
[0049]以下将结合实施方式来进一步说明本发明,这些实施方式将通过以下的附图来描述,其中:
[0050]图1示出了根据本发明的装置的示意图;
[0051]图2是图1的装置的截面图;
[0052]图3是用于根据图1的装置的重整器的立体图;
[0053]图4是图1的装置的示意性通过视图(through-view),具有用于中间热交换器和重整器部分的第二流体流;
[0054]图5是重整器或热交换器中的第二流体流的流动模拟;
[0055]图6示出了具有两个组装的堆叠部件的部件单元。
【具体实施方式】
[0056]图1示出了具有燃料电池堆2的紧凑矩形装置,例如,与重整器3和热交换器I组合的固体氧化物燃料电池(SOFC)堆。热交换器I设置在燃料电池堆2的上游侧上,并且重整器3设置在燃料电池堆2的相反的下游侧上。在示出的实施方式中,重整器3和热交换器I是多层板式重整器以及多层板式热交换器,其中各个板彼此平行且以自下而上的布置相距一定距离。燃料电池堆2可以是各个板式燃料电池或管式燃料电池的平行布置,其中,管的轴线或板被布置成平行于该装置的长度500或纵向轴线。热交换器1、燃料电池堆2和重整器3的外部尺寸是相互对应的,尤其是,所有三个部分1、2、3的堆叠高度300是相同的,热交换器I和重整器3的板宽度400是相同的并且对应于燃料电池的堆叠宽度400。该装置的纵向端设置有主入口 5
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