Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auskopplung von Wärme aus ei- ner Brennstoffzelle, insbesondere einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle

(= HTBZ) bzw. eines Hochtemperatur-Brennstofizellen-Blocks, und eine Wärme- auskopplungseinrichtung zur -Durch-Rihrung dieses Verfahrens. Damit soll der Wir¬ kungsgrad des Energieumsatzes insgesamt verbessert werden.

Brennstoffzellen (= BZ) enthalten eine Anode und eine Kathode, die durch einen unmittelbar anliegenden sauerstoffionenleitenden Elektrolyten getrennt sind. Diese Elektrolyte können flüssig sein oder, wie bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen, aus einem Festkörper, wie zum Beispiel Zirkonoxid mit geringen Zusätzen von Yttrium¬ oxid, bestehen. Durch geeignete Kanalsysteme wird der Brennstoff, meist Wasser- stoff, zur Anode und der Sauerstoff bzw. die Verbrennungsluft zur Kathode geleitet und das das Oxidationsprodukt H2O enthaltende Abgas der Anodenseite und das Abgas aus der Kathodenseite ausgetragen. Brennstoffzellen können den Brennstoff mit höherem Wirkungsgrad und geringerer Belastung für die Umwelt in elektrische Energie umsetzen als das bisher bekannte konventionelle Verbrennungskraftmaschi- nen, deren Wirkungsgrad durch den sogenannten Camot'schen Prozeß begrenzt ist, zu tun vermögen.

Bei heute laufenden Entwicklungsvorhaben versucht man zusätzlich auch die beim Betrieb von Brennstoffzellen, insbesondere bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen, anfallende Wärme auszunutzen. So gehen Entwicklungen von Hochtemperatur-

Brennstoffzellen-Kraftwerken in der Regel von der Kombination von Hochtempera- tur-Brennsto-S-zellen-Blöcken mit Gasturbinenanlagen aus, wobei die Hochtempera- , tur-Brennstoffzelle die Funktion der Brennkammer der Gasturbine übernimmt.

Die neben dem elektrischen Strom entstehende Abwärme wird heute durch einen entsprechend hohen Luftüberschuß an der Kathodenseite der Hochtemperatur- Brennsto-Özelle abgeführt. Dies hat zur Folge, daß wegen des hohen Luftmassen¬ stroms entsprechend hohe Verdichterleistungen bei der Gasturbine erforderlich werden. Weil die zugefuhrte Luft und auch der Brennstoff soweit vorgewärmt wer- den müssen, daß keine thermische Oberbeanspruchung des Keramikwerkstoffes der Hochtemperatur-BrennstoSzelle auftritt (vergleiche Wendt H., Plzak V.: Brenn¬ stoffzellen, VDI-Verlag, 1. Auflage, Düsseldorf 1990) führt das außerdem dazu, daß

ein wesentlicher Teil der Abgase zur Aufheizung von Luft inklusive Überschußluft und Brennstoff benötigt werden. Bei ungünstigen Schaltungen kann dieser Energie¬ bedarf sogar zur deutlichen Minderung der elektrischen Nettoleistung des Hochtem- peratur-Brennstoffzellen-Blocks fuhren. Meist verbleibt nur ein kleiner Teil der Massenströme auf der Anoden- und Kathodenseite für eine weitere Nutzung der thermischen Energie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gesamtwirkungsgrad von Brenn¬ stoffzellen, insbesondere aber von Hochtemperatur-Bre-onstoff-zellen bzw. Hoch- temperatur-Brennsto-SzeÜen-Blöcken, dadurch zu erhöhen, daß man deren Abwär¬ me möglichst sinnvoll nutzt.

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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 13 und 15 bis 28 zu ent- nehmen.

Bezüglich des Verfahrens wird dies dadurch erreicht, daß die ausgekoppelte Wärme erfindungsgemäß zur Vorwärmung von zuströmendem Brennstoff und/oder zur Vorwärmung von zuströmenden Sauerstoff bzw. Sauerstoffträgergas benutzt wird. Hierdurch wird nicht nur der Temperaturbereich, in dem diese Abwärme anfällt, optimal genutzt, sondern zugleich auch sichergestellt, daß die Brennstoffzelle von thermischen Spannungen, wie sie sonst durch einströmende kalte Gase erzeugt wür¬ den, bewahrt wird. Dabei können, außer technisch reinem Sauerstoff als Sauerstoff¬ trägergas, sauerstoffhaltige Gasgemische, wie zum Beispiel Luft, oder auch solche Gase verstanden werden, die Sauerstoff abspalten können.

Bezüglich der Einrichtung wird dies dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß an der Gaszuführungsleitung zur Kathode bzw. zur Anode einer Brennstoffzelle bzw. ei¬ nem Brennstoffzellen-Block zumindest eine Wärmetauscherheizfläche angeschlos- sen ist, die ihrerseits an die Gasabzugsleitung des Kathodenabgases und/oder des Anodenabgases angeschlossen ist. Hierdurch werden die in der Brennstoffzelle ein¬ strömenden Medien auf nahezu das gleiche Temperaturniveau angehoben, das die Brennstoffzelle zum jeweiligen Zeitpunkt gerade inne hat. In besonders zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann das nach der Vor- wärmung des zuströmenden Brennstoffs und/oder Sauerstoffs bzw. Sauerstoffträgers etwas abgekühlte Abgas zum weiteren Wärmeaustrag an einer in der Brennstoffzelle bzw. im Brennstoffzellen-Block integrierte Wärmetauscherheizfläche entlanggelei-

tet werden. Dies hat. den Vorteil, daß durch das erneute Austragen von Wärme durch die gleichen Gasanteile etwa doppelt soviel Wärme durch das Abgas ausge¬ tragen wird, so daß die Verbrennungsluftmenge nunmehr ausschließlich nach dem stöchiome _. trischen Bedarf optimiert werden kann. Das f hrt dazu, daß die Gaskanäle in der Brennstoffzelle und alle Apparate für einen entsprechend kleineren Massen¬ strom ausgelegt werden können als es sonst der Fall wäre. Dies wirkt sich insbeson¬ dere auch bei dem Gasverdichter und der zur Vorwärmung benötigten Wärme¬ tauscheranordnung aus.

Der Wärmeaustrag aus der Brennstoffzelle bzw. dem Brennstoffzellen-Block läßt sich weiter steigern, wenn in Ausgestaltung der Erfindung der der Brennstoffzelle bzw. dem Brennstoffzellen-Block zuströmende Brennstoff und/oder Sauerstoff bzw. Sauerstoffträgergas verdichtet und das der Brennstoffzelle bzw. dem Brennstoffzel¬ len-Block entströmende Abgas in mindestens einer Gasturbine entspannt wird. Zu- gleich können hierbei auch alle Gaskanäle und Wärmetauscherquerschnitte verklei¬ nert werden. Hierbei wird zusätzlich auch die elektrische Leistung der Brennstoff¬ zelle bzw. des Brennstoffzellen-Blocks gesteigert. Diese Art der Vorwärmung der zuströmenden Massen und der Kühlung der Brennstoffzelle gestattet es außerdem, mit einfachen Schaltungskonzepten gute elektrische Wirkungsgrade zu erzielen. Erste Berechnungen zeigen, daß damit bei einem elektrischen Wirkungsgrad einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle von ca. 60 % für die Gesamtanlage je nach Schal¬ tung und Prozeßbedingungen elektrische Wirkungsgrade von 70 bis 80 % erreichbar sind. Dies gilt inklusive der Verdichterleistung, die bei verdichteter Anlieferung des Brennstoffs unter Umständen bereits beim Brennstofflieferanten anfällt.

Eine Voraussetzung für eine weitere Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades wird geschaffen, wenn das Abgas der Gasturbine erfindungsgemäß zur Dampfgewinnung in einen der Gasturbinen nachgeschalteten Abhitzekessel geleitet wird. In diesem Fall steht, zusätzlich zu der in der Brennstoffzelle unmittelbar erzeugten elektri- sehen Energie, auch Prozeßdampf zur Verfügung, der gegebenenfalls in einer Tur¬ bine zur weiteren Stromerzeugung genutzt werden kann.

Eine recht leistungsfähige Wärmeauskopplungseinrichtung erhält man, wenn in Weiterbildung der Erfindung die Gasabzugsleitung für das Kathodenabgas und/oder Anodenabgas in Strömungsrichtung hinter der Wärmetauscher-Heizfläche für die Gaszufuhrungsleitung zur Anode und/oder Kathode an einer in die Brennstoffzelle bzw. in den Brennstoffzellen-Block integrierte Wärmetauscher-Heizfläche entlang-

geführt wird. Mit diesem Aufbau kann mit verhältnismäßig geringen Gasmengen relativ viel Wärme aus der Brennstoffzelle ausgetragen werden. Unter integrierten Wärmetauscherheizflächen werden sowohl Wärmetauscherheizflächen im Inneren des Brennsto-rfzellen-Blocks als auch solche, die durch außen am Brennstoffzellen- Block vorstehenden Kühlrippen gebildet werden, verstanden. Dabei dürften erstere bei größeren Blockquerschnitten vorteilhafter sein.

Die Energiegewinnung läßt sich noch weiter steigern, wenn der Gaszufuhrungslei¬ tung zur Kathode und/oder Anode ein Gasverdichter und der entsprechenden Abgas- leitung eine Entspannungsturbine zugeordnet sind. Dabei wird wegen des größeren Gasdrucks sowohl die elektrische Leistung der Brennstoffzelle erhöht als auch der Wäπneaustrag aus der Brennstoffzelle verstärkt.

Wenn im letztgenannten Fall dann auch noch ein Dampferzeuger als Abhitzekessel an die Gasabzugsleitung hinter der Gasturbine angeschlossen ist, und wenn der Dampferzeuger dampfseitig an der Gasabzugsleitung für das Kathodenabgas und/oder Anodenabgas in Strömungsrichtung vor der integrierten Wärmetauscher- heizfläche angeschlossen ist, steigt sowohl der Wäπneaustrag aus der Brennstoffzel¬ le bzw. dem Brennstoffzellen-Block als auch die an der Gasturbine abgreifbare Leistung erheblich an. Dies ist wiederum die Voraussetzung, um neben dem Gas¬ verdichter einen zusätzlichen Generator antreiben zu können.

Die Vorwärmung der der Brennstoffzelle zuströmenden Gase kann deutlich verbes¬ sert werden, wenn erfindungsgemäß eine Rezirkulationsleitung an die Abgasleitung hinter der integrierten Wärmetauscher-Heizfläche oder integrierten Zwischenüber¬ hitzerheizfläche angeschlossen ist und die Abgasleitung mit der in die Wärme¬ tauscher für das zuströmende Gas führende Gasabzugsleitung verbindet. Hiermit kann der Wärmeeintrag in die Wärmetauscher so eingestellt werden, daß in allen Betriebszuständen eine hinreichende Aufwärmung der der Brennstoffzelle zuströ- menden Gase erreicht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu ent¬ nehmen.

Ausführungsbeispiele werden anhand dreier Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Wärmeaustragsmöglichkeiten aus einer Brennstoffzelle,

Figur 2 ein Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Kraftwerk mit aufgeladener Brenn- stoffzelle und nachgeschalteter Gasturbine und

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Hochtemperatur-Brennstoffzellen- Kraftwerks mit nachgeschaltetem Dampfkraftwerk.

Die Figur 1 verdeutlicht das Grundprinzip der Erfindung. Die Hochtemperatur-

Brennstoff-zelle 1 ist in dieser Figur 1 in eine Anodenseite 2 und eine Kathodenseite 3 unterteilt. Die Wärmetauscheranordnungen, die in dieser Figur nicht dargestellt sind, ermöglichen eine direkte Auskopplung der beim Betrieb entstehenden Ab¬ wärme 4 auf der Anodenseite zur Vorwärmung des Brennstoffs 4' und der Auskopp- lung der aus der Kathodenseite entstehenden Wärme 5 zur Vorwärmung der Sauer¬ stoffs bzw. der Verbrennungsluft 5'. Des weiteren zeigen die Pfeile 6 den mittelba¬ ren und unmittelbaren Austrag von Abwärme sowohl aus der Anodenseite 2 als auch aus der Kathodenseite 3 zur weiteren Ausnutzung in einem nachgeschalteten Prozeß. Unter nachgeschaltetem Prozeß werden hier sowohl die Dampferzeugung und deren Energie- Ausnutzung in einer Turbine wie auch Prozeßwärme in Form von Heizleistung zur Förderung von chemischen Prozessen verstanden. Des weite¬ ren wird durch die Pfeile angedeutet, daß mit der Abwärme der Anodenseite auch die der Kathodenseite zuströmende Luft und mit der Abwärme der Kathodenseite auch der der Anodenseite zuströmende Brennstoff mit aufgewärmt werden können. Dabei kann die Abwärme sowohl direkt aus der Brennstoffzelle als auch indirekt über die die Brennstoffzelle verlassenden Abgase abgeführt werden. Die schemati¬ sierte Darstellung der Figur 1 läßt offen, ob die Wärme über extern in der Abgaslei¬ tung der Anodenseite bzw. Kathodenseite eingebaute Wärmetauscher oder über in die Brennstoffzelle selbst integrierte Heizflächen ausgetragen wird. Beide Lösungen oder Kombinationen sind wärmetechnisch gleichwertig. Wesentlich ist aber, daß mit diesen Maßnahmen bzw. mit der Kombination dieser Maßnahmen der Massenstrom der Verbrennungsluft und auch des Brennstoffes nahe dem stöchiometrisch erfor¬ derlichen Wert gewählt werden kann, weil die zuströmenden Gase, insbesondere die Verbrennungsluft, nicht mehr als ausschließliches Kühlmedium für die Zelle ver- wendet werden müssen.

Die Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine konkrete Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Kraftwerks. In der in der Fi¬ gur 2 dargestellten Ausfuhrungsfoπn umfaßt dieses Breimstoffzellen-Kraftwerk eine Hochtemperatur-Brennstofeelle mit einer schematisch angedeuteten Anodenseite 2 und Kathodenseite 3 sowie einer integrierten Wäπnetauscherheizfläche 14. Die Anodenseite ist an eine Bre----nstof--zufuhrungsleitung 33 angeschlossen, der ein Gas¬ verdichter 30 und ein Wärmetauscher 12 zur Vorwäπnung des Brennstoffs 4 ¹ zuge¬ ordnet sind. Die Kathodenseite ist an eine Sauerstoff- bzw. Luftzuführungsleitung 32 angeschlossen, der ein Gasverdichter 10 und ein Wärmetauscher 11 zur Vor- wärmung des einströmenden Sauerstoffs bzw. Luft zugeordnet sind. Im Ausfüh¬ rungsbeispiel der Figur 2 führt die Gasabzugsleitung 35 für das Anodenabgas durch den Wärmetauscher 12 für den Brennstoff und mündet in einen, als Ejector ausge¬ bildeten Mischer 13. In ähnlicher Weise ist in der Gasabzugsleitung 34 für das Ka¬ thodenabgas vor der Einleitung in den Mischer 13 der Wärmetauscher für den Sauerstoff geschaltet. Vom Mischer 13 führt eine Abgasleitung 42 über eine in die Brennstoffzelle integrierte Wäπnetauscherheizfläche 14 zu einer Gasturbine 15, von dort in einen Dampferzeuger 19 und einen Kondensator 17 nach außen. Die Dampfleitung 36 des Dampferzeugers 16 ist an den Mischer 13 angeschlossen. Sie treibt den Ejector an. Sie enthält auch einen Abzweig, über den Prozeßdampf 20 abgezogen werden kann. Der Kondensator 17 enthält einen Kondensatabzug 19, der wiederum eingangsseitig an den Dampferzeuger 16 angeschlossen ist.

Beim Betrieb des Brennstoffzellenkraftwerks wird über den Gasverdichter 30, im vorliegenden Fall Wasserstoffgas 4 ¹ , in die Breimstoflzu-l-uhrungsleitung 33 gedrückt und im Wärmetauscher 12 mit dem Anodenabgas annähernd auf Brennstoffzel¬ lentemperatur aufgeheizt, bevor der Brennstoff in die Anodenseite der Brennstoff¬ zelle eingeleitet wird. In analoger Weise wird Sauerstoff bzw. Luft 5' über den Gas- verdichter 10 verdichtet und über die Sauerstoff- bzw. Luftzufϊihrungsleitung 32 in den Wärmetauscher 11 gedrückt, dort auf annähernd Brennstoffzellentemperatur aufgeheizt und sodann in die Kathodenseite der Brennstoffzelle eingeleitet. In der Brennstoffzelle wird in hier nicht weiter dargestellter Weise durch Oxidation des Brennstoffs mit dem Sauerstoff elektrischer Strom erzeugt. Das anodenseitige Ab¬ gas, im wesentlichen das Verbrennungsprodukt Wasser, wird über die Anodenab¬ gasleitung 35 abgezogen, durchströmt den Wärmetauscher 12 indem es einen Teil seiner fühlbaren Wärme an den fiischen zuströmenden Brennstoff abgibt und in den Mischer 13 geleitet. In ähnlicher Weise wird das Abgas der Kathodenseite über die Kathodenabgasleitung 34 abgezogen und durch den Wärmetauscher 11 in den

Mischer geleitet. Im Wärmetauscher 11 gibt dies abströmende Kathodenabgas, wel¬ ches im wesentlichen aus Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff, besteht, einen Teil seiner fühlbaren Wärme an die frisch zuströmende Luft bzw. Sauerstoff ab.

In dem Mischer wird das Anodenabgas sowie das Kathodenabgas sowie über die Dampfleitung 35 zuströmender Frischdampf miteinander gemischt. Diese beiden Gasgemische werden über die Abgasleitung 42 durch die in der Brennstoffzelle 1 integrierte Wärmetauscherheizfläche 14 hindurch in eine Gasturbine 15, die hier als Entspannungsturbine arbeitet, geleitet. Die Gasturbine treibt in hier nicht weiter dargestellter Weise die beiden Gasverdichter 10 und 30 an und kann darüber hinaus über einen Generator (nicht dargestellt) zur Erzeugung von elektrischer Leistung herangezogen werden. Das Abgas der Gasturbine durchströmt dann nacheinander den Dampferzeuger 16 und den Kondensator 17. Im Dampferzeuger 16 wird mit der restlichen fühlbaren Wärme des Abgases Dampf erzeugt, der über die Dampfleitung 15 teilweise dem Mischer, teilweise auch als Prozeßdampf 20 einem weiteren ange¬ schlossenen Verfahren zugeführt werden kann. Das weitgehend abgekühlte Abgas der Gasturbine wird sodann im Kondensator getrocknet, bevor es als trockenes Ab¬ gas 18 abgeleitet wird. Das im Kondensator abgeschiedene Kondensat 19 kann wie¬ derum dem Dampferzeuger 16 zur Dampferzeugung zugeführt werden. Über eine Rezirkulationsleitung 40 kann bedarfsweise heißes Abgas aus den internen Heizflä¬ chen 14 in die Wärmetauscher 11, 12 geleitet und auf diese Weise der Wärmeein¬ trag in diese Wärmetauscher erhöht werden.

Der Vorteil dieses Brennstoffzellen-Kraftwerks ist es, daß die Wärme des Abgases sowohl der Kathodenseite als auch der Anodenseite zur Aufwärmung der in die Brennstoffzelle einströmenden Gase verwandt wird. Dabei wird nicht nur die fühl¬ bare Wärme der beiden Abgase benutzt, sondern es wird zugleich auch durch das zusätzliche, über die Rezirkulationsleitung 40 zuströmende Abgas sichergestellt, daß diese Abwärme die einströmenden Gase auf ein Temperaturniveau aufheizen, das annähernd dem Temperaturniveau der BrennstoffzeUe entspricht. Dadurch wer¬ den größere Temperaturunterschiede zwischen den einströmenden Gasen und dem Abgas, die im Material der Brennstoffzelle zu Wärmespannungen führen könnten, vermieden. Zugleich wird so auch sichergestellt, daß dies bei allen Betriebszustän- den, sowohl beim Hochfahren der Leistung der Brennstoffzelle als auch bei deren Leistungsreduzierung, gewährleistet ist. Des weiteren ist es von besonderem Vorteil, daß bei diesem Brennstoffzellen-Kraftwerk die in den Wärmetauschern 11 und 12 teilweise abgekühlten Abgase der Brennstoffzelle erneut in die integrierte Wärme-

tauscherheizfläche 14 der Brennstoffzelle eingeleitet und dort erneut aufgeheizt werden. Hierdurch werden ein und dieselben Gasanteile mehrfach zum Wärmeauf¬ trag aus der Brennstoffzelle genutzt. Dies hat den vorteilhaften Nebeneffekt, daß die in die Brennstoffzelle einströmenden Gasmengen einzig und allein nach stöchiome- trischen Erfordernissen gewählt werden können und nicht etwa aus Kühlzwecken Oberschußmengen verdichtet aufgeheizt und zusätzlich eingeleitet werden müssen. Dieser Effekt wird noch weiter verstärkt, wenn mit dem aus den integrierten Wär¬ metauscherheizflächen ausströmenden Abgas in dem Dampferzeuger 16 Dampf erzeugt wird, der über die Dampfleitung und dem Mischer 13 ebenfalls in die inte- grierten Wärmetauscherheizflächen eingeleitet wird. Dadurch kann die Kühlleistung auf dem relativ hohen Temperaturniveau der Brennstoffzelle weiter intensiviert werden. Die an die integrierten Wärmetauscherheizflächen angeschlossene Gastur¬ bine liefert bei dieser Anordnung auch die Energie für den Antrieb der Gasverdich¬ ter 10 und 13. Darüber hinaus kann sie auch noch zusätzliche elektrische Energie durch Antrieb eines Generators beisteuern- Das in dem Dampferzeuger verbrauchte Wasser kann über das Kondensat 19 aus dem Kondensator 17 weitestgehend abge¬ deckt werden, wenn kein Prozeßdampf 20 für externe Anwendungen abgezogen wird.

Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Brennstoffzellenkraftwerks der Figur 2. Auch hier ist mit 1 eine Hochtemperatur-Brennstoffizelle, in Wirklichkeit ein Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Block, angedeutet und sind die Anodenseiten 2 und Kathodenseiten 3 schematisiert angedeutet. Wie im Ausfuhrungsbeispiel der Figur 2 sind der Brennstof-zuführungsleitung 33 sowohl ein Gasverdichter 30 als auch ein Wärmetauscher 12 zugeordnet und sind der Zuführungsleitung 32 für Luft¬ sauerstoff ein Gasverdichter 10 und ein Wärmetauscher 11 zugeordnet. Die beiden Wärmetauscher 11 und 12 sind ihrerseits wiederum an die Kathodenabgasleitung und Anodenabgasleitung angeschlossen, welche beide in den als Ejector 13 ausge¬ bildeten. Mischer münden und gemeinsam über die in die Hochtemperatur-Brenn- stofizelle integrierte Wäπnetauscherheizfläche 14 und die Abgasleitung 42 in eine Gasturbine 15 führen, die in diesem Fall als Mitteldruckgasturbine ausgebildet ist. Abweichend vom Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist im Ausfuhrungsbeispiel der Figur 3 an der Abgasleitung der Mitteldruckgasturbine 15 ein weiterer, als Ejector 22 ausgebildeter Mischer angeschlossen und ist die den Mischer 22 verlassende Abgasleitung 34 an eine in den Brennstoffzellen-Block integrierte Zwischenüberhit- zerheizfläche 21 Von dieser Zwischenüberhitzerheizfläche 21 führt die Abgaslei¬ tung 34 in eine Niederdruckgasturbine 23 und von der Niederdruckgasturbine in

einen Abhitzedampferzeuger 31 und vom Abhitzedampferzeuger wiederum in den Kondensator 17 zur Trocknung des Abgases. Der Abhitzedampferzeuger 31 enthält sowohl einen Niederdruckdampferzeuger 24 als auch einen Mitteldruckdampferzeu¬ ger 16. Die Kondensatleitung 19 des Kondensators 17 ist über eine Speisewasser- pumpe 38 an den Heizflächen des Niederdruckdampferzeugers 24 angeschlossen. Die Dampfleitung 37 für den Niederdruckdampf ist an den Mischer 22 nach der Mitteldruckdampfturbine 15 angeschlossen. Die Speisewasserleitung für den Nie¬ derdruckdampferzeuger 24 enthält einen Abzweig mit einer weiteren Speisewasser¬ pumpe 39, über die der Mitteldruckdampferzeuger 16 des Abhitzedampferzeugers 31 mit Speisewasser versorgt wird. Dieser Mittel druckdampferzeuger ist über die Dampfleitung 36 an den Mischer 13 angeschlossen. Beide Dampfleitungen 36 und 35 enthalten je einen Abzweig 25 bzw. 20, um Mitteldruck- bzw. Niederdruckpro¬ zeßdampffür ein nachgeschaltetes Verfahren abzuzweigen. Außerdem ist wieder die Abgasleitung 42 hinter der integrierten Wärmetauscherheizfläche 14 mit einer Rezirkulationsleitung 40 verbunden, die an die Gasabzugsleitungen 34, 35 vor deren Einmündung in die Wärmetauscher 11, 12 angeschlossen ist.

Durch die in der Figur 3 gezeigte Weiterbildimg des Brennstoffzellen-Kraftwerks der Figur 2 wird über eine stärkere Druckaufladung der Brennstoffzelle die Voraus- setzung für einen verstärkten Wärmeaustrag aus dem Hochtemperatur-Brennstoff- zellen-Block geschaffen, der sowohl durch den Wärmeaustrag über die Abgase der Anoden- und Kathodenseiten als auch über die integrierte Zwischenheizfläche und die Zwischenüberhitzerheizflächen des Brennstoffzellen-Blocks erfolgt. Des weite¬ ren wird der Wärmeaustrag sowohl in den integrierten Zwischenüberhitzerheizflä- chen als auch in den integrierten Wärmetauscherheizflächen 14 der Brennstoffzelle dadurch vergrößert, daß hier nicht nur die Abgasmassen aufgeheizt, sondern darüber hinaus auch in den beiden Mischern 13 und 22 eingedüster Naßdampf mit aufge¬ heizt werden kann. Dadurch steigt außerdem noch die an den Mitteldruck- und Nie¬ derdruckdampfturbinen 15 und 23 verfügbare Wellenleistung an, die es ermöglicht, über hier nicht weiter dargestellte Generatoren zusätzliche elektrische Energie zu erzeugen. Auch hier wiederum wird, sofern nicht Prozeßdampf für externe Verfah¬ ren abgezweigt wird, der gesamte Wasserbedarf durch die Wiedeπückführung des Kondensats im wesentlichen abgedeckt.

Sowohl im Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Kraftwerk der Figur 2 als auch in jenem der Figur 3 kann dem zuströmenden kohlenwasserstof-haltigen Brennstoff über den Anschluß 41 an die Dampfleitung 36 Wasserdampf zugemischt werden,

um über die Wassergasreaktion zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen und so auch den Kohlenstoffanteil des Brennstoffs zur Energiegewinnung auszunutzen.