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Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer
Brennstoffzelle, welche einen Kathodenbereich und einen Anodenbereich aufweist,
wobei der Kathodenbereich und der Anodenbereich jeweils Zuströmleitungen
und Abströmleitungen
aufweisen.
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Aus
der
US 6,124,054 ist
ein Brennstoffzellensystem bekannt, bei dem die aus dem Bereich
der Anode und der Kathode austretenden Abgase zusammengeführt und
einer katalytischen Umsetzung zugeführt werden. Die zentrale Problematik
der Befeuchtung wird dabei nur in der hierin referenzierten
US 5,503,944 A1 näher beschreiben.
Dieser entsprechend erfolgt die Befeuchtung aus einem Reinstwasser(kühl)kreislauf
durch die porös
ausgebildeten Kathodenströmungsfelder
hindurch. Die Zufuhr der Gase erfolgt dabei also trocken. Ein derartiger Reinstwasserkreislauf
ist jedoch kaum gegen Frost zu schützen und daher mit erheblichen
Nachteilen hinsichtlich seiner Tauglichkeit bei Temperaturen unter
dem Gefrierpunkt verbunden. Bei mobilen Anwendungen wie z.B. in
Fahrzeugen, ist eine derartige Befeuchtung somit sicherlich nicht
denkbar.
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Ein ähnlicher
Aufbau ist auch aus der
DE
100 24 570 A1 bekannt. Hierbei werden die Abgase aus der
katalytischen Verbrennung ferner einer Expansionsmaschine zugeführt, um
die in ihnen enthaltene Restenergie noch zu nutzen. Ferner ist hierin
ein Aufbau der Anode beschrieben, bei dem die aktive Fläche der
Anode in Strömungsrichtung
des Brennstoffes in zumindest einer Stufe abnimmt, so dass der Brennstoff
zu einem höheren
Anteil in der Brennstoffzelle genutzt wird. Ein vergleichbarer Ansatz
einer derartigen Kaskadierung beim Aufbau der Anode ergibt sich
auch aus der
DE 197
21 181 A1 .
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In
keiner der beiden zuletzt genannten genannten Schriften wird dabei
die Problematik der Befeuchtung berücksichtigt, welche jedoch für den Betrieb
einer PEM-Brennstoffzelle essentiell ist. Wird nämlich einer PEM-Brennstoffzelle
ein Gasstrom zugeführt,
welcher nicht befeuchtet ist, welcher also Wasser aus der PEM (protonenleitende
Membran bzw. Polymer Elektrolytmembran) aufnehmen kann, so trocknet
er die PEM aus. Diese wird dadurch nachhaltig geschädigt.
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Aus
der WO 01/11216 A2 ist daher die Befeuchtung der Gasströme mittel
Membranbefeuchtungseinrichtungen bekannt. Diese sind jedoch, insbesondere
für Luft
als Oxidationsmittelstrom, wegen des vergleichsweise großen – auch inerte
Anteile aufweisenden – zu
befeuchtenden Volumens, sehr groß und aufwändig. Für kostengünstige kompakte Brennstoffzellensysteme,
wie sie z.B. für
Energieversorgungs- und Antriebszwecke in Fahrzeugen notwendig sind,
stellt dies einen erheblichen Nachteil dar.
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Ferner
sind aus der
DE 100
55 253 B4 sowie den nicht vorveröffentlichten Anmeldungen
DE 103 46 594 und
DE 10 2004 058 117 der
Anmelderin Aufbauten für
die Kathode bekannt, bei denen durch geeignete Strömungsführung des
Oxidationsmittels der Aufwand zu dessen Befeuchtung reduziert werden kann.
Diese auch als „Injection
Flow Field" bezeichneten
Aufbauten der Oxidationsmittelverteilerstrukturen sehen es dabei
vor, dass die Zuströmung
des Oxidationsmittels zu der Kathode in jeder der Brennstoffzellen
an wenigstens zwei verschiedenen Stellen erfolgt. Damit wird der
Volumenstrom an jeder der Einströmstellen
verringert und somit die im jeweiligen Einströmbereich des Oxidationsmittels
bestehende Gefahr der punktuellen Austrocknung der PEM reduziert.
Letztendlich kann damit also Wasser im Bereich der Kathode gehalten
werden, so dass die Anforderungen an die Befeuchtung reduziert sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Brennstoffzellensystem mit
wenigstens einer Brennstoffzelle, welche einen Kathodenbereich und
einen Anodenbereich aufweist, dahingehend weiter zu vereinfachen,
dass der Aufbau bei möglichst
guter Energiebilanz kompakter, einfacher und kostengünstiger wird.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem
schafft es durch die Verwendung der oben beschriebenen Injection
Flow Fields eine vergleichsweise große Menge an Wasser im Kathodenbereich
in bzw. bei der PEM zu halten. Zusammen mit dem gemäß der Erfindung
befeuchteten Brennstoff kann so auf eine Befeuchtung des Oxidationsmittels,
typischerweise Luft, gänzlich
verzichtet werden. Die Befeuchtungsvorrichtung für den Brennstoff kann dabei sehr
kleine Einheit ausgebildet sein, welche kompakter und kostengünstiger
ist, als es eine Befeuchtungsvorrichtung für die Kathodenluft wäre. Außerdem kann
eine solch kleine Befeuchtungsvorrichtung besser in einem auf engem
Raum zusammengepackten System untergebracht werden, wie es insbesondere
für Energieversorgungs-
und Antriebszwecke in Fahrzeugen notwendig ist.
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Dieser
Effekt wird ferner dadurch unterstützt, dass der Brennstoff, z.B.
nahezu reiner Wasserstoff aus einem Speicher als Wasserstoffquelle,
nicht wie häufig üblich in
einem Anodenkreislauf geführt
wird, sondern das nicht umgesetzte Reste des Brennstoffes den Anodenbereich
unmittelbar verlassen. Diese Reste werden dann zusammen mit den
Resten des Oxidationsmittels aus dem Kathodenbereich, z.B. an Sauerstoff
abgereicherte Luft, einem Bereich mit dem katalytisch aktiven Material
zugeführt.
Dadurch wird einerseits vermieden, dass nicht umgesetzter Wasserstoff
aus dem System in die Umgebung gelangt, andererseits wird die im
Abgas enthaltene Restenergie zumindest thermisch genutzt. Gegenüber einem Anodenkreislauf
wird dadurch der Volumenstrom des Brennstoffs deutlich reduziert.
Dies ist wiederum mit der sehr vorteilhaften Reduktion der benötigten Größe der Befeuchtungsvorrichtung
verbunden.
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem
kann somit sehr einfach, effizient, kompakt und kostenoptimiert
aufgebaut werden.
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Gemäß einer
sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems
ist es vorgesehen, dass der Bereich mit dem katalytisch aktiven
Material in fluidischer Verbindung mit einer Strömungsmaschine steht.
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Typischerweise
kommt es in dem Bereich mit dem katalytisch aktiven Material zu
einer katalytischen Verbrennung der Reste des Brennstoffs mit den
Resten des Oxidationsmittels. Dabei entsteht thermische Energie,
welche primär
in Form von heißen
Abgasen vorliegend wird. Diese heißen Abgase lassen sich nun
in der Strömungsmaschine
entspannen. Die so gewonnene mechanische Energie kann entweder direkt
z.B. zum zumindest unterstützenden Antrieb
einer Fördereinrichtung
für das Oxidationsmittels
und/oder indirekt zur Gewinnung von elektrischer Energie mittels
eines Generators genutzt werden.
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In
einer besonders günstigen
Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die aktive Fläche des
Anodenbereichs von der Zuströmleitung in
Richtung der Abströmleitung
verringert.
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Diese
stetige oder in Stufen erfolgende Verringerung bzw. Kaskadierung
der Anodenfläche
in Strömungsrichtung
des Brennstoffs bewirkt, dass für das
(noch) vorhandene Brennstoffvolumen je Volumenanteil im Anodenbereich
immer die selbe aktive Fläche
(Membran, Elektrokatalysator, Elektrode) zur Verfügung steht.
Der eingesetzte Brennstoff kann so bei einem hinsichtlich Größen bzw.
Fläche
minimierten Anodenbereich dennoch weitgehend umgesetzt werden.
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Typischerweise
sind bei 2 bis 4 Stufen der Kaskadierung nicht umgesetzte Reste
des Brennstoffs in der Größenordnung
von weniger als 5% des ursprünglichen
Brennstoffvolumens realistisch. Bei einem derart optimierten Volumenstrom
des Brennstoffs reicht dann eine Befeuchtungsvorrichtung für den Brennstoff
in der oben genannten Art aus, welche um den Faktor zehn kleiner
ist als es eine luftseitige Befeuchtungsvorrichtung wäre.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann
es ferner vorgesehen sein, dass die Befeuchtungsvorrichtung Zuströmöffnungen
und Abströmöffnungen
für zwei
durch eine im wesentlichen nur für Wasser
oder Wasserdampf durchlässige
Membran getrennte Stoffströme
aufweist.
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Derartige
Membranen, welche nur Wasser, typischerweise in Form von Wasserdampf,
hindurch lasen und den Durchtritt von Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff,
Kohlendioxid usw. verhindern, sind z.B. aus der oben genanten WO
01/11216 bekannt. Sie können
als Flachmembranen, Hohlfasern oder dergleichen ausgebildet sein.
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Neben
auch denkbaren zyklischen Ab- bzw. Adsorbtionsbefeuchtern, bei denen
durch zwei wechselweise durchströmte
mit Ab- bzw. Adsorbern versehene Räume abwechselnd der zu befeuchtende
und der die Feuchte liefernde Gasstroms strömt, oder Befeuchtern, bei denen
das Gas durch flüssiges
Wasser strömt,
stellen die Membranbefeuchter eine sehr kompakte, verschaltungstechnisch
einfache und effiziente Variante an Befeuchtungsvorrichtungen dar.
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In
einer günstigen
Weiterbildung hiervon kann es vorgesehen sein, dass die Befeuchtungsvorrichtung
so angeordnet ist, dass diese einerseits von dem ohnehin vorhandenen
feuchten Abgas aus dem Kathodenbereich und andererseits von dem
zu befeuchtenden Brennstoff durchströmt werden kann. Dabei strömt das Abgas
aus dem Kathodenbereich dann zuerst durch die Befeuchtungsvorrichtung,
ehe es in den Bereich mit dem katalytisch aktiven Material gelangt.
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Dies
hat den Vorteil, dass eine evtl. Undichtheit der Membran gegenüber dem
Brennstoff, und bei Wasserstoff sind aufgrund der kleinen Molekühlgrößen geringe
Leckageraten sicherlich nicht ganz auszuschließen, unkritisch ist, da der
zur Luftseite hindurchdiffundierende Brennstoff anschließend noch
dem Bereich mit dem katalytisch aktiven Material zugeführt und
dort mit umgesetzt wird. Der Brennstoff gelangt also weder an die
Umgebung, noch bleibt sein Energieinhalt ungenutzt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ferner aus
den weiteren abhängigen
Ansprüchen
und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;
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2 eine
schematische Darstellung einer möglichen
Ausgestaltung einer Oxidationsmittelverteilerstruktur in den einzelnen
Zellen der Brennstoffzelle;
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3 eine
schematische Darstellung der anodenseitigen Verschaltung der Brennstoffzelle;
und
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4 eine
schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.
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In 1 ist
ein Brennstoffzellensystem 1 schematisch dargestellt. Dieses
umfasst eine Brennstoffzelle 2, welche hier als PEM-Brennstoffzellenstapel
bzw. -stack aus mehreren Einzelzellen zusammengefügt sein
soll. Die Brennstoffzelle 2 umfasst einen Kathodenbereich 3 und
einem Anodenbereich 4, welche durch eine PEM 5 voneinander
getrennt sind. Sowohl der Kathodenbereich 3 als auch der
Anodenbereich 4 weisen jeweils eine Zuströmleitung 31, 41 als
auch eine Abströmleitung 32, 42 auf.
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Dem
Anodenbereich 4 wird während
des Betriebs der Brennstoffzelle durch die Zuströmleitung 41 ein Brennstoff
zugeführt,
z.B. nahezu reiner Wasserstoff. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
stammt dieser Brennstoff aus einer Brennstoffquelle 6,
z.B. einen Wasserstoffdruck tank. Über geeignete Ventileinrichtungen 7 und
Druckreduktionseinrichtungen 8 werden der Volumenstrom
und der Druck des zum Anodenbereich 4 gelangenden Brennstoffs
eingestellt. Dem Kathodenbereich 3 wird mittels einer Fördereinrichtung 9 durch
seine Zuströmleitung 31 Luft
als Oxidationsmittel zugeführt. Diese
Luft stammt aus der Umgebung des Brennstoffzellensystems 1 und
wird typischerweise über
einen Luftfilter 10 sowie gegebenenfalls eine Schalldämpfeinrichtung
(nicht dargestellt) von der Fördereinrichtung 9 angesaugt.
Zwischen der Fördereinrichtung 9 und
dem Kathodenbereich 3 kann in sinnvoller Weise außerdem ein
Wärmetauscher 11 als Ladekluftkühler vorgesehen
sein.
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In
der Brennstoffzelle 2 wird dann die Luft zusammen mit dem
Brennstoff in an sich bekannter und üblicher Art und Weise zur Erzeugung
von elektrischer Leistung umgesetzt. Die Abgase dieser Umsetzung
verlassen den Kathoden- bzw. Anodenbereich 3, 4 durch
die jeweiligen Abströmleitungen 32, 42. Die
Abgase werden dann im Bereich einer Zusammenführung 12 miteinander
vermischt und einem Bereich 13 mit einem katalytisch aktiven
Material zugeführt,
an welchem die Reste des Brennstoffes mit den Resten des Oxidationsmittel
abreagieren. In dem nachfolgend kurz als Katalysator bezeichneten
Bereich 13 entstehen dabei heiße Abgase dieser Umsetzung.
Diese heißen
Abgase werden nach dem Katalysator 13 in eine Strömungsmaschine 14 geleitet und
dort entspannt. Die so aus dem heißen Abgas gewonnene mechanische
Energie wird entweder einem Generator 15 und/oder der Fördereinrichtung 9 zugeführt. Besonders
günstig
ist es dabei, wenn die Einheit aus Strömungsmaschine bzw. Expander 14, Fördereinerichtung 9 und
Generator bzw. elektrischer Maschine 15 als elektrischer
Turbolader so ausgebildet ist, dass je nachdem wie viel Energie
der Expander 14 liefert die Fördereinrichtung 9 entweder alleine
durch den Expander betreiben oder durch die elektrische Maschine 15 im
motorischen Betrieb unterstützt
wird. Wenn der Expander mehr Energie liefert als die Fördereinrichtung 9 benötigt, so
kann mittels der elektrischen Maschine 15 im generatorischen Betrieb
außerdem
unmittelbar elektrische Energie gewonnen werden.
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Außerdem hat
die Kombination aus von dem Brennstoff durchströmtem Anodenbereich 4 und
Katalysator 13 den positiven Effekt, dass kein unverbrannter
Brennstoff an die Umgebung gelangt. Ferner kann durch die Umsetzung
in Katalysator 13 mit nach geschalteter Strömungsmaschine 14 eine
so hohe Abgastemperatur erreicht werden, dass kein flüssiges Wasser
aus den System austritt. Dies ist insbesondere bei mobilen Anwendungen
sehr günstig,
da weder in die Bauteile des Abgasstrangs noch die Umgebung flüssiges Wasser
abgegeben wird. Dieses könnte
nämlich
im Straßenverkehr
zu Sicherheitsproblemen führen,
da es z.B. gefrieren und/oder die Straßenbeläge schädigen kann.
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Beim
Betrieb der Brennstoffzelle 2 kommt es bekanntermaßen zu Austrocknungseffekten
an der PEM 5. Diesen wird bei dem hier dargestellten Brennstoffzellensystem 1 auf
zweierlei Art sehr effektiv entgegengewirkt. Zum einen wird der
zugeführte Brennstoff
in einer Befeuchtungseinrichtung 16 befeuchtet. In dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Befeuchtungsvorrichtung 16 dabei als Membranbefeuchter
ausgebildet. Die Befeuchtungsvorrichtung 16 weist eine
schematisch angedeutete Membran 17 sowie jeweils zwei Zuströmöffnungen 161, 163 und
zwei Abströmöffnungen 162, 164 auf. Die
Membran 17 ist dabei aus einem im Wesentlichen lediglich
für Wasser
bzw. Wasserdampf durchlässigen
Material ausgebildet. Derartige Materialien, wie z.B. hydrophile
Membranen oder dergleichen, sind prinzipiell aus der eingangs genannten
WO 01/11216 A2 bekannt. Der Brennstoff strömt nun von der Brennstoffquelle 6 durch
die Zuströmöffnung 161 in
die Befeuchtungsvorrichtung 16. Dort strömt er entlang
der Membran 17 und verlässt
die Befeuchtungsvorrichtung 16 durch die Abströmöffnung 162 wieder,
um in den Anodenbereich 4 der Brennstoffzelle zu strömen. Gleichzeitig,
z.B. im Gegenstrom dazu, strömt
feuchtes Abgas aus dem Kathodenbereich durch die Zuströmöffnungen 163 in
die Befeuchtungsvorrichtung 16. Dabei gibt das feuchte
Abgas Wasser bzw. Wasserdampf durch die Membran 17 hindurch
an den Brennstoff ab und befeuchtet so diesen, ehe es durch die
Abströmöffnung 164 zu
der Zusammenführung 12 gelangt.
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Entgegen üblicher
Befeuchtungsvorrichtungen für
den deutlich größeren Zustrom
an Luft zu dem Kathodenbereich 4, kann die hier beschriebene Befeuchtungsvorrichtung 16 für den Brennstoff
sehr viel kleiner und kompakter ausgeführt werden.
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Die
Verschaltung der Befeuchtungsvorrichtung 16 in der Art,
dass das abströmende
als Feuchtelieferant genutzte Abgas des Kathodenbereichs 3 in
den Katalysator 13 gelangt, ist dabei besonders günstig. Bei
der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff wird durch die im
Wesentlichen nur für Wasser
bzw. Wasserdampf durchlässige
Membran nämlich
immer auch ein gewisser Anteil des Brennstoffs (bis zu 5% desselben)
auf die andere Seite der Membran diffundieren. Somit gelangt also
immer auch Wasserstoff zumindest in geringer Menge in das entfeuchtete
Abgas aus dem Kathodenbereich 3. Da diese jedoch erst nach
der Befeuchtungsvorrichtung 16 dem Katalysator 13 zugeführt wird,
kann dort auch dieser Brennstoff mit umgesetzt werden, so dass sein
Energieinhalt genutzt wird und sichergestellt ist, dass kein unverbrannter
Brennstoff an die Umgebung gelangt.
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Um
zusammen mit der Befeuchtung des Brennstoffs auf die viel aufwändigere
Befeuchtung der zu dem Kathodenbereich
3 strömenden Luft gänzlich verzichten
zu können,
ist der Kathodenbereich
3 so ausgebildet, dass die Zuströmung der
Luft als Oxidationsmittel zu dem Kathodenbereich
3 in jeder
Einzelzelle an mehreren verschiedenen Stellen erfolgt. In
2 ist
eine derart ausgebildete Oxidationsmittelverteilerstruktur
18,
ein so genanntes Flow Field, zur Verteilung der Luft über die
kathodenseitige Fläche
der PEM
5 exemplarisch dargestellt. Von der Zuströmleitung
31 zweigen
in üblicher
Art und Weise einer oder mehrere hier als Mäander ausgeführte Gasführungskanäle
19 ab.
Zusätzlich
weist jeder der Gasführungskanäle
19 nach
einer gewissen Lauflänge
ein weitere fluidische Verbindung
20 zwischen dem Gasführungskanal
19 und
der Zuströmleitung
31 auf,
durch welche frisches unverbrauchtes Oxidationsmittel in die Gasführungskanäle
19 gelangen kann.
Die Zuströmung
der Luft als Oxidationsmittel zu dem Kathodenbereich
3 erfolgt
somit als in jedem der Gasführungskanäle
19 an
wenigstens zwei verschiedenen Stellen. Damit wird der Volumenstrom
an jeder der Einströmstellen
verringert und somit die im jeweiligen Einströmbereich des Oxidationsmittels
bestehende Gefahr der punktuellen Austrocknung der PEM
5 reduziert.
Letztendlich kann damit also Wasser im Bereich der PEM
5 gehalten
werden. Weitere derartige Aufbauten ergeben sich aus den eingangs bereits
genannten Anmeldungen
DE
100 55 253 B4 ,
DE 103
46 594 und
DE 10
2004 058 117 der Anmelderin.
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Zusammen
mit der Befeuchtung des Brennstoffs in der Befeuchtungsvorrichtung 16 kann
die Brennstoffzelle 2 sicher und zuverlässig betrieben werden. Somit
sind weitere bisher übliche
Maßnahmen
zur Befeuchtung durch die Kombination von Befeuchtungsvorrichtung 16 für den Brennstoff
und entsprechend ausgestalteter Oxidationsmittelverteilerstruktur 18 entbehrlich
geworden.
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Die
Verschaltung des Anodenbereiches 4 mit der Zuström- und der
Abströmleitung 41, 42 für den Brennstoff
ist sehr viel einfacher, kompakter und damit kostengünstiger
und effizienter als beispielsweise ein so genannter Anodenkreislauf
(Anodenloop), bei dem der Brennstoff im Überschuss zugeführt und
mit aufwändigen
Gebläsen über eine
Rückführleitung von
der Abströmleitung 42 in
die Zuströmleitung 41 umgepumpt
wird. Allerdings wird bei der hier dargestellten „offenen" Verschaltung des
Anodenbereiches 4 immer eine gewisse Menge an Brennstoff
unverbraucht aus der Brennstoffzelle 2 in den Katalysator 13 gelangen.
Da die Energieausbeute in der Brennstoffzelle 2 jedoch
typischerweise höher
ist als in dem Aufbau aus Katalysator 13 und Strömungsmaschine 14 muss
es das Ziel sein, diese Menge so gering wie möglich zu halten.
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Um
dies zu erreichen und dennoch eine gute Funktionsweise der Brennstoffzelle 2 sicher
zu stellen, wird bei dem Brennstoffzellensystem 1 eine
Kaskadierung des Anodenbereichs 4 realisiert. Ein derartiger
Aufbau ist schematisch in 3 angedeutet.
Bei der Kaskadierung sind einzelnen flächengleichen Abschnitte 43, 44, 45, 46, 47, 48 des
Anodenbereichs 4 so angeordnet sind, dass der Brennstoff
von der Zuströmleitung 41 kommend
zuerst eine erste Anzahl von Abschnitten 43, 44, 4S parallel
anströmt.
Danach durchströmt
er ebenfalls parallel eine weitere kleinere Anzahl an Abschnitten 46, 47 sowie
gegebenenfalls noch eine weitere noch kleinere Anzahl an Abschnitten 48.
Durch diese Kaskadierung einzelnen Abschnitte 43, 44, 45, 46, 47, 48 des
Anodenbereichs 4 der Brennstoffzelle 2 kann erreicht
werden, dass bei sehr guter Performance der Brennstoffzelle 2 nur ein minimaler
Gesamtüberschuss
an Brennstoff benötigt
wird, da die aktive Fläche
des Anodenbereichs 4 je Volumenanteil an Brennstoff über den
gesamten Anodenbereich 4 hinweg annähernd gleich bleibt. Damit
steht jedem der Abschnitte 43, 44, 45, 46, 47, 48 ein
ausreichend hoher Überschuss
an Brennstoff zur Umsetzung zur Verfügung. Dennoch wird der Gesamtüberschuss
und damit die Menge an nicht umgesetztem Brennstoff minimiert. Werte
in der Größenordnung
von weniger als 5% des aus der Brennstoffquelle 6 entnommenen
Brennstoffs als nicht umgesetzte Restmenge scheinen nach ersten
Berechungen und Versuchen realistisch zu sein.
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Eine
alternative Ausführungsform
des Brennstoffzellensystems 1 ist in 4 dargestellt. Diese
unterscheidet sich gegenüber
der beschriebenen Ausführungsform
lediglich dadurch, dass die Wärmetauscher 11 stammende
Wärme ebenfalls
der Strömungsmaschine 14 mit
zugeführt
wird. Dazu wird zur Kühlung
der verdichteten Luft in dem Wärmetauscher 11 der
Abgasstrom vor seinem Eintritt in den Katalysator 13 genutzt.
Damit lassen sich höherer
Temperaturen des Abgases nach dem Katalysator 13 erzielen,
welche eine höhere
Energieausbeute der Strömungsmaschine
ermöglichen.
Neben der hier dargestellten Ausführung, kann zur Kühlung der verdichteten
Luft auch lediglich einer der Abgasströme, z.B. der in seinem Volumen
deutlich größere Abgasstrom
aus dem Kathodenbereich 3 genutzt werden. Alle anderen
Ausgestaltungen und Vorteile sind analog dem bereits zu dem in 1 beschriebenen Brennstoffzellensystem 1 gegeben.