Zur abgasfreien Energieerzeugung aus primären flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen werden seit einiger Zeit Brennstoffzellen vorgeschlagen. Speziell für eine dezentrale Energie-und/oder Wärmeerzeugung erscheint die Hochtempera- tur-Brennstoffzelle, die mit einem oxidkeramischen Elektroly- ten arbeitet und in der Fachwelt als SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) bezeichnet wird, geeignet. Der aktuelle Entwicklungs- stand der SOFC ist unter anderem in"VIK-Berichte"Nr. 214 (1999)"Brennstoffzellen", insbesondere Seite 49 ff., darge- stellt.

Eine SOFC-Brennstoffzelle besteht aus folgenden Komponenten : - Einer Brennstoffelektrode (Anode) aus einem Zirkonoxid/ Nickelcermet, - einem Elektrolyt aus dotiertem Zirkonoxid (YSZ) und - einer Luftelektrode (Kathode aus einem perowskitischen Lanthan-Strontium-Calciummanganat.

Bei der SOFC besteht der feste Elektrolyt aus keramischem Zirkonoxid, das durch Ersatz von 16 bis 20 Atom-t des vier- wertigen Zirkoniums durch ein dreiwertiges Ion, insbesondere Yttrium oder Scandium, sauerstoffleitend wird.

Beim Röhrenkonzept einer SOFC entsprechend oben zitierter Veröffentlichung ist die Kathode als poröses Trägerrohr aus- gebildet, auf der streifenförmig beispielsweise durch Plas- maspritzen ein Lanthan-Strontium-Chromat-Interconnector abge- schieden wird, der zur kathodenseitigen Stromabführung dient.

Auf dem Rohrumfang wird eine gasdichte YSZ-Elektrolytschicht erzeugt, worauf die Ni/YSZ-Anode aufgebracht und eingesintert wird. Eine solche Rohreinheit ist das wesentliche technische Element der SOFC und kann bei Temperaturen von ca. 950°C bis zu 150 W elektrische Leistung abgeben.

Um technisch sinnvolle Spannungen und Ströme zu erhalten, werden Einzelzellen über Nickelbeschichtungen und Nickelfilze durch Serien-und Parallelschaltung zu Bündeln zusammenge- fasst. Beispielsweise besteht ein solches Bündel aus acht in Reihe geschalteten Zellen, wobei drei solcher Reihen parallel verschaltet sind.

Vom Stand der Technik ist auf der Basis der Bündelung einer Vielzahl derartiger Brennstoffzellen bereits ein Hochtempera- tur-Brennstoffzellen-Reaktor bekannt, der hinsichtlich seiner technischen Auslegung optimiert ist und sogenannte HPD (High Power Density)-Zellen aufweist. Dabei hat jeder Lufteinlass- kanal einer HPD-Zelle ein separates Lufteinleitungsrohr und eine im Rohr integrierte Luftumlenkung.

Insgesamt ist der technische Aufwand für die Fertigung einer HPD-Zelle vergleichsweise hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hochtemperatur- Brennstoffzellenreaktor mit HPD-Zellen zu schaffen, der tech- nisch einfacher ist und bei dem der Fertigungsaufwand gerin- ger ist.

Die Aufgabe wird bei einem Hochtemperatur-Brennstoffzellen- Reaktor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung entfällt das zusätzliche Lufteinleitungs- rohr. Statt dessen werden entsprechend längere Tragstrukturen der Zelle verwendet. Durch den Wegfall der teuren keramischen

Lufteinleitungsrohre ergibt sich eine beachtliche Verbilli- gung des Reaktors. Gleichermaßen wird der gesamte Druckver- lust längs des Luftwegs verringert, was insbesondere bei Rea- lisierung von Kanälen mit geringer Höhe H von Bedeutung ist.

Beim erfindungsgemäßen Reaktor und dem zugehörigen Herstel- lungsverfahren für die HPD-Zelle kann die bisher jeweils se- parate Luftumlenkung am Rohrende durch die Verwendung einer gemeinsamen Bodenkappe mit integrierter Luftführung ersetzt werden. Dadurch werden beim Herstellungsprozess insgesamt Ar- beitsschritte eingespart, wodurch sich eine Kosteneinsparung ergibt. Weiterhin kann nunmehr der Elektrolyt am Umfang des Rohres bis zum Rohranfang hochgezogen werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungs- beispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patent- ansprüchen. Es zeigen Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Bündels von HPD- Zellen mit einzelnen Röhren mit verbesserter Luftfüh- rung und Figur 2 einen Schnitt durch Figur 1 längs der Linie II/II.

Beide Figuren werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.

In den Figuren 1 und 2 bedeuten 10 und 10 jeweils zwei pa- rallele Rohre zur Luftführung, die im Prinzip gleich aufge- baut sind. Über das offene Ende 11 des ersten Rohres 10 wird Luft eingebracht. Die Luft durchläuft das Rohr 10 und wird am unteren Ende umgeleitet und wird im parallelen, zweiten Rohr 10 zurückgeführt. Beim Stand der Technik wird von dort die Luft in den Nachverbrennungsraum geführt, wo sie mit dem un- genutzten Teil des Brenngases reagiert und dabei das dort vorhandene, separate Lufteinleitungsrohr heizt.

In Figur 1 und Figur 2 ist das obere Ende des Rohres 10 durch einen Stopfen 12 verschlossen. Im oberen Drittel sind durchgehende Bohrungen 13 vorhanden, über die die Luft aus- treten kann. Bei den einzelnen Rohren 10 können die durchge- henden Bohrungen 13 in der Höhe versetzt angeordnet werden.

Die Durchmesser der seitlichen Bohrungen 13 in den Auslasska- nälen können so dimensioniert werden, dass sie einerseits als definierte Drosselstellen fungieren. Damit lässt sich eine gute Gleichverteilung der Luft in einer HPD-Zelle erreichen.

Andererseits können die Bohrungen 13 eine günstige Mischung der Luft mit dem verbliebenen Brenngas erzeugen, wobei eine für die Vorwärmung der Luft in den Eingangskanälen geeignete Temperaturverteilung entsteht.

Wie beim Stand der Technik bildet ein ganzes Bündel derarti- ger Rohranordnungen das Brennstoffzellenmodul. Im unteren Be- reich der Rohre wird das Brenngas zwischen den keramischen Wänden geführt und diffundiert zur Grenzfläche Anode-Elektro- lyt, an der die Oxidation der brennbaren Anteile stattfindet.

Im oberen Bereich ist das Brenngas größtenteils oxidiert.

Hier wird durch die Bohrungen 13 die ebenfalls teilgenutzte Luft zugeführt und reagiert mit dem bis dahin ungenutzten Brenngas.

Bei dem beschriebenen Brennstoffzellenmodul mit dem Bündel von Rohren 10, 10 kann die Gasumleitung durch ein gemeinsa- mes Teil 15 erfolgen, das einen Abschluss für alle Rohre mit integrierter Umlenkung bildet. Dabei kann ein Kollektiv von Rohren eine einzige Baueinheit bilden. Wie in Figur 1 darge- stellt, besteht eine solche Baueinheit aus acht Rohren. Es ist auch eine Baueinheit mit sechs oder vier Rohren möglich.

Vorteilhaft ist dabei jeweils, dass die sintertechnische Her- stellung des Grundkörpers vereinfacht wird und auch gegebe- nenfalls Material eingespart werden kann. Es können so prob- lemspezifische Module für den Brennstoffzellen-Reaktor be- reitgestellt werden.

Die Herstellung des vorstehenden Modules erfolgt folgenderma- ßen : Die Luftauslasskanäle der HPD-Rohre 10 werden stirnsei- tig am Auslass vor der Sinterung beispielsweise mit einer Paste aus Kathodenmaterial verschlossen. Dafür werden die Rohre 10 mit den durchgehenden Bohrungen 13 für den Luftaus- lass versehen. Der Elektrolyt kann dabei vorteilhafterweise bis zum oberen Rohrbereich hochgezogen werden.

Das Bodenteil 15 des gesamten HPD-Moduls ist eine gemeinsame Kappe für das gesamte Rohrbündel. Die gesamte Bodenkappe kann beispielsweise durch Pressen hergestellt werden. Dabei werden bei der Fertigung gleichermaßen Luftumlenkungen integriert.

Das gesamte Bodenteil 15 wird anschließend mit den Kathoden- rohren 10, 10 verklebt.