DE10045899A1

DE10045899A1 - Device and method for generating electricity

Info

Publication number: DE10045899A1
Application number: DE10045899A
Authority: DE
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2000-09-16
Publication date: 2002-04-25
Also published as: WO2002023652A3; AU2002213803A1; WO2002023652A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur effektiven Stromerzeugung, bei dem einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle ein Stirlingmotor nachgeschaltet wird. Die hohen Temperaturen des Brennstoffzellenabgases ermöglichen eine effektive Nutzung des Stirlingmotors. Vorteilhaft wird der Brennstoffzelle und dem Stirlingmotor gemeinsam nur ein Wechselrichter nachgeschaltet. Durch die Kombination von Hochtemperatur-Brennstoffzelle und Stirlingmotor wird der Wirkungsgrad des Gesamtsystems deutlich auf über 55% gesteigert.The invention relates to an improved method for effective power generation, in which a high-temperature fuel cell is followed by a Stirling engine. The high temperatures of the fuel cell exhaust gas enable the Stirling engine to be used effectively. Advantageously, only one inverter is connected downstream of the fuel cell and the Stirling engine. The combination of high-temperature fuel cell and Stirling engine significantly increases the efficiency of the overall system to over 55%.

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Erzeugung von elektrischer Energie (Strom), insbesondere aus flüssigen oder gasförmigen Brennstof fen mit Hilfe einer Brennstoffzelle.The invention relates to a method and a Vorrich device for the generation of electrical energy (electricity), in particular from liquid or gaseous fuel fen with the help of a fuel cell.

State of the art

Brennstoffzellen sind als Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie wohl bekannt. Hochtempe ratur-Brennstoffzellen (SOFC) werden schon als Demon strationsanlagen mit einer elektrischen Leistung von 100 kW (Siemens-Westinghouse) in Betrieb genommen. Der elektrische Wirkungsgrad einer Hochtemperatur-Brenn stoffzelle liegt dabei regelmäßig zwischen 45 und 55%.Fuel cells are used as a device for generating Heat and electrical energy well known. high Tempe rature fuel cells (SOFC) are already being used as demon plants with an electrical output of 100 kW (Siemens Westinghouse) put into operation. The electrical efficiency of a high temperature firing The material cell is regularly between 45 and 55%.

Eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle (z. B. SOFC) wird mit extern oder intern reformiertem Brennstoff (gasför mig oder flüssig), mit Luft und mit Wasser versorgt. Mit Hilfe eines komplexen elektrochemischen Prozesses innerhalb des Brennstoffzellensystems wird elektrische Energie erzeugt, die von der Hochtemperatur-Brennstoff zelle als Gleichstrom abgegeben wird. Die der Brenn stoffzelle zugeführten Massenströme verlassen diese als getrennte Abgasströme aus der Kathode und aus der Anode.A high temperature fuel cell (e.g. SOFC) will with externally or internally reformed fuel (gasför mig or liquid), supplied with air and water. With the help of a complex electrochemical process within the fuel cell system becomes electrical Energy generated by the high temperature fuel cell is delivered as direct current. The Brenn Mass flows fed into the cell leave them as separate exhaust gas flows from the cathode and from the Anode.

Nach dem derzeitigen Stand der Brennstoffzellentechnik wird in den Abgasströmen ein Restbrennstoffanteil mitgeführt, der durch den begrenzten Brennstoffumsatz grad in der Zelle bedingt ist. Zusammen mit dem in den Abgasströmen vorhandenen Restsauerstoffmengen wird die se Restenergie in einer Brennkammer nachverbrannt und in thermische Energie umgewandelt. Die Brennkammer führt zu einer deutlichen Erhöhung der Abgastemperatu ren und damit des Exergieinhaltes des Brennkammerabga ses.According to the current state of fuel cell technology becomes a residual fuel component in the exhaust gas streams carried by the limited fuel sales degree in the cell. Together with that in the Existing amounts of residual oxygen will flow residual energy burned in a combustion chamber and converted into thermal energy. The combustion chamber leads to a significant increase in exhaust gas temperature ren and thus the exergy content of the combustion chamber exhaust ses.

Die heißen Abgase einer oxidkeramischen Brennstoffzelle (SOFC-Anlage) können in einem weiteren Kraft-Wärme- Prozess, beispielsweise in einer nachgeschalteten Gas turbine, vorteilhaft zu einem verbesserten Wirkungsgrad führen.The hot exhaust gases of an oxide ceramic fuel cell (SOFC system) can be used in a further cogeneration Process, for example in a downstream gas turbine, beneficial to improved efficiency to lead.

Task and solution

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfah ren zur Stromerzeugung bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, diesbezüglich eine weitere ein fache Vorrichtung zur Stromerzeugung mit gutem Wir kungsgrad zu schaffen.The object of the invention is to provide an improved process to provide electricity. Furthermore, it is Object of the invention, in this regard another fold device for power generation with good we degree of efficiency.

Die Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie durch eine Vorrichtung gemäß Neben anspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils rückbezogenen Ansprüchen.The problem is solved by a method according to Main claim and a device according to the ancillary claim. Advantageous configurations result from the respective back-related claims.

Presentation of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 umfaßt die folgenden Schritte:
The inventive method according to claim 1 comprises the following steps:

- electricity is generated with the help of a fuel cell,
- The exhaust gases from the fuel cell become a stir ling motor fed,
- With the help of the Stirling engine, additional electricity is generated generated.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl eine Brennstoffzelle als auch ein Stirlingmotor dazu ge nutzt, Strom zu erzeugen.In the method according to the invention, both Fuel cell as well as a Stirling engine uses to generate electricity.

Stirlingmotoren sind Wärmekraftmaschinen, d. h. sie wandeln Wärme hoher Temperatur in mechanische Energie um. Ein im Motor eingeschlossenes Arbeitsgas wird dazu erwärmt. Im Heizteil wird Wärme hoher Temperatur in den Motor gebracht und durch den Arbeitsteil in mechanische Energie umgewandelt. Diese mechanische Energie wird an einem Schwungrad frei und läßt sich vielfältig nutzen, zum Beispiel zur Erzeugung von elektrischer Energie. Bei dem Verfahren nach Anspruch 1 werden dem Stirling motor die Abgase der Brennstoffzelle zugeführt. Diese weisen regelmäßig eine hohe Temperatur auf, die somit zur weiteren Erzeugung von Strom genutzt werden und vorteilhaft den Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöhen.Stirling engines are heat engines, i.e. H. she convert high temperature heat into mechanical energy around. A working gas enclosed in the engine becomes this heated. Heat in the high temperature is in the Engine brought and by the working part in mechanical Energy converted. This mechanical energy is on a flywheel and can be used in many ways, for example to generate electrical energy. In the method according to claim 1, the Stirling engine the exhaust gases supplied to the fuel cell. This regularly have a high temperature, thus be used for the further generation of electricity and advantageously increase the efficiency of the overall system.

Vorteilhaft wird eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle eingesetzt. Ein Stirlingmotor ist regelmäßig um so ef fektiver, je höher das Temperaturniveau der Wärmezufuhr ist und je niedriger das Wärmeniveau der Wärmeabgabe ist. Die Abgase einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle sind zur Zuführung zu einem Stirlingmotor besonders geeignet, da sie vorteilhaft hohe Temperaturen oberhalb 900°C, insbesondere oberhalb von 1000°C aufweisen.A high-temperature fuel cell is advantageous used. A Stirling engine is regularly so ef fectively, the higher the temperature level of the heat supply and the lower the heat level of the heat emission is. The exhaust gases from a high-temperature fuel cell are special for feeding to a Stirling engine suitable because they are advantageously high temperatures above 900 ° C, especially above 1000 ° C.

Weiterhin können die heißen Abgase aus dem Stirlingmo tor vorteilhaft für die Vorwärmung des Wassers und der Luft für die Brennstoffzelle genutzt werden. Dabei durchlaufen das Wasser und die Luft einen Wärmetau scher, der von dem heißen Stirlingmotorabgas durch strömt wird. Vorteilhaft wird so die Abwärme des Abga ses reduziert.Furthermore, the hot exhaust gases from the Stirlingmo Tor advantageous for preheating the water and the Air can be used for the fuel cell. there the water and air pass through a heat rope sheared by the hot Stirling engine exhaust is flowing. The waste heat from the exhaust gas is advantageous ses reduced.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens umfaßt die Zwischenschaltung einer Brennkammer. In einer Brennkam mer werden die anoden- und/oder kathodenseitigen Abgase der Brennstoffzelle verbrannt. Die Temperatur der dar aus entstehenden Abgase ist gegenüber den aus der Brennstoffzelle austretenden Abgasströmen regelmäßig erhöht. Damit steigt der Wärmeinhalt dieser Abgase aus der Brennkammer, die dann vorteilhaft dem Stirlingmotor zugeführt werden und dort zu einem verbesserten Wir kungsgrad führen.Another embodiment of the method comprises Interposition of a combustion chamber. In a burning fireplace The exhaust gases on the anode and / or cathode side become more the fuel cell burned. The temperature of the resulting exhaust gases is compared to those from the Exhaust gas flows emerging from the fuel cell regularly elevated. This increases the heat content of these exhaust gases the combustion chamber, which is then advantageous to the Stirling engine be fed and there to an improved We degree of efficiency.

Besonders effektiv arbeitet der Stirlingmotor bei Tem peraturen des zugeführten Abgases von 900 bis 1100°C, wie sie typischerweise die Abgase aus einer Brennkammer aufweisen.The Stirling engine works particularly effectively at Tem temperatures of the supplied exhaust gas from 900 to 1100 ° C, as they typically exhausts from a combustion chamber exhibit.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Wechselstrom aus dem Stirlingmotor durch einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt. Der Vorteil besteht darin, daß die kleinere elektrische Leistung des Stirlingmotors mit der größeren Leistung der Brenn stoffzelle zu einem gemeinsamen Gleichstrom gebündelt wird und anschließend in dem gemeinsamen Wechselrichter zu einem Wechsel- oder Drehstrom umgeformt wird, der mit dem Netz gekoppelt und dort eingespeist werden kann. Dadurch entfällt die sonst notwendige zusätzliche Netzankopplung und Synchronisiereinrichtung für den Stirlingmotor. Je kleiner eine Netzkopplungseinrichtung ist, um so niedriger ist die Umsetzungsrate und um so höher sind die spezifischen Kosten. Die vorgeschlagene Lösung mit dem Gleichrichter für den Generator des Stirlingmotors ergibt sowohl eine bessere Energieum wandlung als auch geringere Herstellungskosten.In an advantageous embodiment of the method is the alternating current from the Stirling engine through a Rectifier converted to direct current. The advantage is that the smaller electrical power of the Stirling engine with the greater power of the Brenn material cell bundled into a common direct current and then in the common inverter is converted into an alternating or three-phase current, which coupled to the grid and fed there can. This eliminates the otherwise necessary additional Network coupling and synchronization device for the Stirling engine. The smaller a network coupling device is, the lower the conversion rate and so on the specific costs are higher. The proposed one Solution with the rectifier for the generator of the Stirling engine gives both better energy conversion as well as lower manufacturing costs.

Da der in der Brennstoffzelle erzeugte Strom in Form von Gleichstrom erzeugt wird, bietet es sich vorteil haft an, zunächst den in Gleichstrom umgewandelten Wechselstrom aus dem Stirlingmotor und den Gleichstrom der Brennstoffzelle zu vereinigen. Erst im Anschluß daran findet eine Umwandlung durch einen einzelnen Wechselrichter in Wechselstrom statt. Durch diese Vor gehensweise erspart man sich einen zusätzlichen Wech selrichter für den Strom aus dem Stirlingmotor, da man den Wechselrichter der Brennstoffzelle mitnutzt.Because the electricity generated in the fuel cell is in shape generated by direct current, it is advantageous adheres to, first converted to direct current Alternating current from the Stirling engine and direct current to unite the fuel cell. Only afterwards in it there is a transformation by an individual Inverters held in alternating current. Through this before way you save yourself an additional change inverters for the electricity from the Stirling engine, since one uses the inverter of the fuel cell.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stromerzeugung nach Anspruch 9 umfaßt eine Brennstoffzelle sowie einen Stirlingmotor, wobei der Stirlingmotor der Brennstoff zelle nachgeschaltet ist.The device for power generation according to the invention according to claim 9 comprises a fuel cell and a Stirling engine, the Stirling engine being the fuel cell is connected downstream.

Vorteilhaft handelt es bei der Brennstoffzelle um eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle. Diese weist gegenüber einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle vorteilhaft einen höheren Wärmeinhalt der Abgase auf.The fuel cell is advantageously a High-temperature fuel cell. This points towards a low-temperature fuel cell advantageous a higher heat content of the exhaust gases.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Brennkammer zwischen Brennstoffzelle und Stirling motor angeordnet. Damit läßt sich die Temperatur des Abgases, welches dem Stirlingmotor zugeführt wird, wei terhin geeignet erhöhen. Dies führt regelmäßig zu einer Wirkungsgradsteigerung des Stirlingmotors. In a further advantageous embodiment a combustion chamber between the fuel cell and Stirling motor arranged. This allows the temperature of the Exhaust gas, which is fed to the Stirling engine, white then increase appropriately. This regularly leads to one Efficiency increase of the Stirling engine.

Der in dem Stirlingmotor erzeugte Wechselstrom wird durch einen nachgeschalteten Gleichrichter in Gleich strom umgewandelt.The alternating current generated in the Stirling engine is by a downstream rectifier in equal electricity converted.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist lediglich ein Wechselrichter für die Umwandlung des Gleichstroms aus der Brennstoffzelle und dem Stirlingmotor vorgesehen. Diese Ausführungsform der Erfindung spart somit einen Wechselrichter ein.In a further embodiment of the invention Device, is just an inverter for the Conversion of direct current from the fuel cell and the Stirling engine provided. This embodiment of the The invention thus saves an inverter.

Description of the drawings

Die. Fig. 1 und 2 stellen schematisch zwei Ausfüh rungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Brennstoffzelle 1, einem Stirlingmotor 2, einer dazwi schen geschalteten Brennkammer 3 sowie einem Wärmetau scher 4. Wasser 7 und Brennstoff 8 werden durch den Wärmetauscher 4 vorgewärmt und anschließend der Brenn stoffzelle 1 zugeführt. Gleichzeitig wird durch den Stirlingmotor 2 vorgewärmte Luft 9 in die Brennstoff zelle 1 geleitet. Durch die elektrochemische Umsetzung in der Brennstoffzelle entsteht Gleichstrom, der in einem Wechselrichter 6 in Wechselstrom umgewandelt wird. Die Kathoden- und Anodenabgase 10 und 11 werden der Brennkammer 3 zugeführt. Die Nachverbrennung führt zu dem Abgas 12 mit erhöhtem Wärmeinhalt, welches dem Stirlingmotor 2 zugeführt wird. Das Abgas, welches den Stirlingmotor verläßt, weist nur noch einen geringen Wärmeinhalt auf und wird zum Wärmetauscher 4 geleitet. Der im Stirlingmotor 2 erzeugte Strom ist ein hochfre quenter Wechselstrom. The. Fig. 1 and 2 schematically illustrate two examples approximately exporting the device of the invention. Figure. 1 shows an embodiment with a fuel cell 1, a Stirling engine 2, a section between them connected combustion chamber 3 and a shear Wärmetau. 4 Water 7 and fuel 8 are preheated by the heat exchanger 4 and then fed to the fuel cell 1 . At the same is passed through the Stirling engine 2 9 preheated air into the fuel cell. 1 The electrochemical conversion in the fuel cell produces direct current, which is converted into alternating current in an inverter 6 . The cathode and anode exhaust gases 10 and 11 are fed to the combustion chamber 3 . The afterburning leads to the exhaust gas 12 with increased heat content, which is supplied to the Stirling engine 2 . The exhaust gas, which leaves the Stirling engine, has only a low heat content and is passed to the heat exchanger 4 . The current generated in the Stirling engine 2 is a high-frequency alternating current.

In der Fig. 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Im Unterschied zu Fig. 1 wird der im Stirlingmotor 2 entstehende Wechselstrom zu nächst durch einen Gleichrichter 5 in Gleichstrom umge wandelt. Dieser Gleichstrom wird anschließend zusammen mit dem Gleichstrom aus der Brennstoffzelle einem Wech selrichter 6 zugeführt, der diesen Gleichstrom in han delsüblichen Wechselstrom umwandelt.Another embodiment of the invention is shown in FIG . In contrast to FIG. 1, the resulting alternating current is in the Stirling engine 2 to the next by a rectifier converts 5 converted into direct current. This direct current is then fed together with the direct current from the fuel cell to an alternating inverter 6 , which converts this direct current into customary alternating current.

Im Rahmen der Erfindung wurde ein besonders effektives Verfahren zur Stromerzeugung sowie eine dafür vorgese hene Vorrichtung geschaffen, welche nachfolgend be schrieben wird. Die Vorrichtung umfaßt eine Brennstoff zelle, vorzugsweise eine oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC), und einen mit ihr verbundenen Stirlingmotor. In der Brennstoffzelle wird elektrische Energie mittels elektrochemischer Prozesse erzeugt. Im Stirlingmotor wird die in der Brennstoffzelle auf hohem Temperaturni veau anfallende thermische Energie, d. h. die Restener gie des elektrochemischen Prozesses, in mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie umge wandelt.In the context of the invention, a particularly effective Electricity generation process and a process for this hen created device, which be below is written. The device comprises a fuel cell, preferably an oxide ceramic fuel cell (SOFC), and a Stirling engine connected to it. In The fuel cell uses electrical energy electrochemical processes. In the Stirling engine the temperature in the fuel cell is high veau thermal energy, d. H. the restener gie of the electrochemical process, in mechanical Energy and then converted into electrical energy converts.

Die Brennstoffzelle (z. B. SOFC) wird mit extern oder intern reformiertem Brennstoff (gasförmig oder flüs sig), mit Luft und mit Wasser versorgt. Mit dem komple xen elektrochemischen Prozeß innerhalb des Brennstoff zellensystems wird elektrische Energie erzeugt, die von der Zelle als ein Gleichstrom abgegeben wird. Die der Brennstoffzelle zugeführten Massenströme verlassen die se als getrennte Abgasströme aus der Kathode und aus der Anode. Nach dem derzeitigen Stand der Brennstoff zellentechnik wird in den Abgasströmen ein Restbrennstoffanteil mitgeführt, der durch den begrenzten Brenn stoffumsatzgrad in der Zelle bedingt ist. Zusammen mit dem in den Abgasströmen vorhandenen Restsauerstoffmen gen wird diese Restenergie in einer Brennkammer nach verbrannt und in thermische Energie umgewandelt. Die Brennkammer führt zu einer deutlichen Erhöhung der Ab gastemperaturen und damit des Energieinhaltes des Brennkammerabgases.The fuel cell (e.g. SOFC) is connected externally or internally reformed fuel (gaseous or liquid sig), supplied with air and water. With the comple xen electrochemical process within the fuel cell system, electrical energy is generated by is delivered to the cell as a direct current. The the Mass flows supplied to the fuel cell leave the se as separate exhaust gas flows from the cathode and out the anode. According to the current state of the fuel cell technology becomes a residual fuel component in the exhaust gas streams carried along by the limited burning degree of metabolism in the cell. Along with the residual oxygen levels present in the exhaust gas streams This residual energy is replenished in a combustion chamber burned and converted into thermal energy. The Combustion chamber leads to a significant increase in the Ab gas temperatures and thus the energy content of the Combustion exhaust gas.

Das hochtemperierte Brennkammerabgas (zum Beispiel ca. 900 bis 1.100°C) wird zur Beheizung eines Stirlingmo tors eingesetzt. Die für den Antrieb des Stirlingmotors benötigte Wärme wird diesem mit durch Abkühlung des Brennkammerabgases gewonnener thermischer Energie so weit zugeführt, daß eine hohe Endtemperatur des im Ar beitszylinder des Stirlingmotors vorhandenen Arbeits mittels erreicht wird. Das Brennkammerabgas verläßt mit merklich reduzierter Temperatur die Heizzone des Stir lingmotors. Die noch vorhandene Restwärme wird an schließend in zwei Abkühlstufen dem Abgas entnommen und teils dem Brennstoff, teils dem Wasser zugeführt. Die Vorwärmung der Brennstoff- und Wasserströme verringert den internen Bedarf an thermischer Energie innerhalb des Brennstoffzellensystems und führt damit zu einer wirksamen Steigerung des Wirkungsgrades der Brennstoff zellen.The high-temperature combustion chamber exhaust gas (for example approx. 900 to 1,100 ° C) is used to heat a Stirlingmo tors used. The one for driving the Stirling engine required heat is provided by cooling the Combustion gas exhaust thermal energy so far supplied that a high final temperature in the Ar working cylinder of the Stirling engine existing work is achieved by means of. The combustion chamber exhaust leaves with the heating zone of the Stir ling engine. The remaining heat is on finally removed from the exhaust gas in two cooling stages and partly fed to the fuel, partly to the water. The Preheating of fuel and water flows reduced the internal need for thermal energy within of the fuel cell system and thus leads to a effective increase in fuel efficiency cells.

Im Stirlingmotor befindet sich ein Regenerator, der die Heizzone von der Kühlzone trennt. In der Kühlzone wird das Arbeitsmittel nach der Entspannung abgekühlt. Die ser Wärmestrom hat ein niedriges Temperaturniveau und die darin übertragene Wärme dient zur Erwärmung der Reaktionsluft. Da die Luft mit Umgebungstemperatur in die Kühlzone des Stirlingmotors eintritt, ist eine hin reichend wirksame Abkühlung des Arbeitsmittels im Stir lingmotor gewährleistet.There is a regenerator in the Stirling engine which Separates the heating zone from the cooling zone. In the cooling zone the tool cools down after relaxation. the This heat flow has a low temperature level and the heat transferred therein is used to heat the Reaction air. Because the air is at ambient temperature in the cooling zone of the Stirling engine enters is one sufficient effective cooling of the working fluid in the forehead ling motor guaranteed.

Mit diesen Rahmenbedingungen (d. h. höchstmögliches Temperaturniveau der Wärmezufuhr und niedrigstmögliches Temperaturniveau der Wärmeabgabe) erreicht der Stir lingmotor einen hohen Wirkungsgrad.With these framework conditions (i.e. the highest possible Temperature level of heat input and the lowest possible Temperature level of heat emission) reaches the stir lingmotor a high efficiency.

Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems kann durch die hier beschriebene Kombination von Brennstoffzelle und Stir lingmotor auf ca. 55 bis 70% gesteigert werden.The efficiency of the overall system can be determined here described combination of fuel cell and stir lingmotor can be increased to approx. 55 to 70%.

In den Stirlingmotoren wird üblicherweise die mechani sche Energie durch mechanische Kopplung mittels Kurbel trieb, Kurbelwelle und Generator, gegebenenfalls noch über ein dazwischen geschaltetes Getriebe, in elektri sche Energie (in Form von z. B. 50 Hz und 0,4 kV) umge wandelt.In the Stirling engines, the mechani energy through mechanical coupling by means of a crank drive, crankshaft and generator, if necessary via an intermediate gear, in electri energy (in the form of e.g. 50 Hz and 0.4 kV) vice versa converts.

Neuere Entwicklungen von Stirlingmotoren, die als Frei kolben- oder Flugkolbenmaschinen ausgeführt sind, sehen vor, die mechanische Energie der sich bewegenden, frei gelagerten Kolben ohne mechanische Kopplung unmittelbar in elektrische Energie mit Hilfe eines in den Kolben und Zylinder integrierten Lineargenerators umzuwandeln. Die daraus resultierende hochfrequente Wechselspannung wird in einem Gleichrichter in eine Gleichspannung und anschließend in einem Wechselrichter in einen Strom mit netzüblichen Merkmalen (z. B. 50 Hz und 0,4 kV) umge wandelt. Diese Art der Erzeugung der elektrischen Ener gie in einem Stirlingmotor kommt der hier beschriebenen Kombination zwischen Brennstoffzelle und Stirlingmotor sehr entgegen. Die Gleichspannungen der aus der Brenn stoffzelle und aus dem Stirlingmotor abgeleiteten elek trischen Ströme können vor dem Wechselrichter zu einem elektrischen Strom zusammen geführt werden. Es wird dabei für den Stirlingmotor kein zusätzlicher Wechsel richter benötigt (siehe Fig. 2). Recent developments of Stirling engines, which are designed as free piston or flying piston machines, provide for the mechanical energy of the moving, freely supported pistons to be converted directly into electrical energy without mechanical coupling with the aid of a linear generator integrated in the piston and cylinder. The resulting high-frequency AC voltage is converted in a rectifier into a DC voltage and then in an inverter into a current with characteristics typical of the network (e.g. 50 Hz and 0.4 kV). This type of generation of electrical energy in a Stirling engine very much complies with the combination of fuel cell and Stirling engine described here. The direct voltages of the electrical currents derived from the fuel cell and from the Stirling engine can be brought together in front of the inverter to form an electrical current. No additional converter is required for the Stirling engine (see Fig. 2).

Legend to the figures

11

Brennstoffzelle (BZ)
Fuel cell (BZ)

22

Stirlingmotor
Stirling engine

33

Brennkammer
combustion chamber

44

Wärmetauscher
heat exchangers

55

Gleichrichter
rectifier

66

Wechselrichter
inverter

77

Wasser
water

88th

Brennstoffmittel
fuel means

99

Luft
air

1010

anodenseitiges Abgas der BZ
anode-side exhaust gas from the BZ

1111

kathodenseitiges Abgas der BZ
BZ cathode-side exhaust gas

1212

Abgas der Brennkammer
Exhaust gas from the combustion chamber

Claims

1. Method of generating electricity with the steps:

- With the help of a fuel cell, electricity is generated,
the exhaust gases from the fuel cell are fed to a Stirling engine,
- With the help of the Stirling engine, additional electricity is generated.

2. The method according to the preceding claim, in which a high temperature fuel cell is used becomes.

3. The method according to any one of the preceding claims, in which the exits from the Stirling engine gases for preheating the fuel cell led water and the combustion air to a heat Metauscher be fed.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the exhaust gas from the fuel cell before the feed tion to the Stirling engine in a combustion chamber is burned.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the exhaust gas supplied to the Stirling engine a temperature of 900 to 1100 ° C is heated.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the alternating current then into one DC current is converted.

7. The method according to the preceding claim, characterized, that the converted direct current from the stir lingmotor and the direct current from the fuel cell first merged and then ge together by an inverter in alternating current is converted.

8. Device for generating electricity, comprising a fuel cell ( 1 ) and a downstream Stirling engine ( 2 ).

9. The device according to the preceding claim, comprising a high-temperature fuel cell ( 1 ).

10. Device according to one of the preceding claims 8 to 9, wherein an afterburner (3) is disposed between the fuel cell (1) and Stirling engine (2).

11. Device according to one of the preceding claims 8 to 10, with a rectifier ( 10 ) connected downstream of the Stirling engine ( 3 ).

12. Device according to one of the preceding claims 8 to 11, wherein the fuel cell and the Sting lingmotor together an inverter ( 11 ) is switched on.