DE10225215A1

DE10225215A1 - Brennstoffzelle und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE10225215A1
Application number: DE10225215A
Authority: DE
Inventors: Toshikatsu Katagiri; Yoshio Nuiya
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: US20020187383A1; GB0213160D0; JP2002367641A; US6855442B2; DE10225215B4; GB2376793B; CA2389197A1; GB2376793A; CA2389197C

Abstract

Eine Brennstoffzelle (10) weist einen in derselben angeordneten Brenngasdurchgang (32) auf sowie einen Zirkulationsdurchgang (48), der eine Brenngaspumpe (46) in Reihe mit dem Brenngasdurchgang (32) verbindet, und einen intermediären Brenngaszufuhrmechanismus (50). Der intermediäre Brenngaszufuhrmechanismus (50) führt ein Brenngas, das niedrigere Feuchte aufweist als ein stromaufwärts einer intermediären Brenngaszufuhröffnung (34) in dem Brenngasdurchgang (32) strömendes Brenngas, der intermediären Brenngaszufuhröffnung (34) zu, um dadurch zu verhindern, dass Wasser in dem Brenngasdurchgang (32) kondensiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einem Membran elektrodenaufbau, der eine Festpolymer-Ionenaustauschmembran, eine an einer Seite der Festpolymer-Ionenaustauschmembran angebrachte Anoden elektrode und eine an der anderen Seite der Festpolymer-Ionenaus tauschmembran angebrachte Kathodenelektrode umfasst, wobei der Memb ranelektrodenaufbau zwischen einem Anodenseparator und einem Katho denseparator aufgenommen ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennstoffzelle.

Beschreibung der verwandten Technik

Gewöhnlich verwenden Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzellen eine Ionen austauschmembran, die eine Polymer-Ionenaustauschmembran (Kationen austauschmembran) umfasst. Eine Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle umfasst eine Einheitszelle (Einheitserzeugungszelle), die einen zusammen gefügten Körper (Membranelektrodenaufbau) umfasst, der aus Anoden- und Kathodenelektrode aufgebaut ist, von denen jede eine hauptsächlich aus Kohlenstoff hergestellte Basis und eine katalytische Elektrodenschicht aus Edelmetall aufweist und die jeweils auf beiden Seiten einer Ionenaustausch membran angeordnet sind, wobei der zusammengefügte Körper zwischen Separatoren (bipolaren Platten) aufgenommen ist. Gewöhnlich wird eine gewisse Anzahl solcher Einheitszellen gestapelt, um einen Brennstoffzellen stapel zu bilden.

Bei den Brennstoffzellen des obigen Typs wird der Anodenelektrode ein Brenngas wie etwa ein hauptsächlich Wasserstoff enthaltendes Gas (hierin im Folgenden als "Wasserstoff enthaltendes Gas" bezeichnet) zugeführt, und der Wasserstoff wird an der katalytischen Elektrodenschicht der Ano denelektrode ionisiert und bewegt sich durch die Ionenaustauschmembran in Richtung der Kathodenelektrode. Elektronen, die produziert werden, während die Wasserstoffionen sich in Richtung der Kathodenelektrode bewegen, werden durch eine externe Schaltung extrahiert und als elekt rische Gleichspannungsenergie genutzt.

Da die Kathodenelektrode mit einem oxidierenden Gas versorgt wird, z. B. einem Gas, das hauptsächlich Sauerstoff oder Luft enthält (hierin im Fol genden als "Sauerstoff enthaltendes Gas" bezeichnet), reagieren die Was serstoffionen, die Elektronen und der Sauerstoff miteinander, wobei Wasser (hierin im Folgenden als "reaktionserzeugtes Wasser" bezeichnet) an der Kathodenelektrode produziert wird.

Der Brennstoffzellenstapel war deswegen unvorteilhaft, weil durch eine elektrochemische Reaktion erzeugtes Wasser dazu tendiert, an der Ka thodenelektrode akkumuliert zu werden, wobei der Brennstoffzellenstapel droht, seine elektrische Erzeugungsfähigkeit zu verringern, und der Memb ranelektrodenaufbau sehr wahrscheinlich übermäßig expandiert wird. Verschiedene Versuche sind bisher gemacht worden, um das an der Katho denelektrode akkumulierte Wasser zu entfernen.

Zum Beispiel sind bekannt eine Technik, die in dem US-Patent Nr. 5,260,143 offenbart ist (hierin im Folgenden als "erster Stand der Technik" bezeichnet), eine Technik, die in dem US-Patent Nr. 5,441,819 offenbart ist (hierin im Folgenden als "zweiter Stand der Technik" bezeichnet) und eine Technik, die in dem US-Patent Nr. 5,547,776 offenbart ist (hierin im Folgenden als "dritter Stand der Technik" bezeichnet).

Gemäß dem ersten Stand der Technik wird zwischen dem Einlass und dem Auslass eines Kathodengasdurchgangs ein Druckabfall vorgesehen, um reaktionserzeugtes Wasser von der Kathode zu entfernen. Insbesondere wird der Druckabfall durch Vorsehen einer Öffnung an dem Einlass des Kathodengasdurchgangs, Verlängern des Kathodengasdurchgangs oder Verändern der Querschnittsform des Kathodengasdurchgangs ausgebildet.

Gemäß dem zweiten Stand der Technik wird die Temperatur eines Wasser stoff enthaltenden Gases, das von dem Einlass dem Auslass eines Anoden gasdurchgangs zugeführt wird, auf einer Temperatur gehalten, die gleich oder größer ist als die Kondensationstemperatur von in dem Wasserstoff enthaltenden Gas enthaltenem Wasserdampf. An der Kathode akkumulier tes Wasser wird aufgrund eines Konzentrationsgradienten zurück in Rich tung der Anode diffundiert und als Wasserdampf in dem Wasserstoff enthaltenden Gas entfernt.

Gemäß dem dritten Stand der Technik wird ein Temperaturgradient in der Ebene einer Kathodenelektrode vorgesehen, um einen Bereich niedriger Temperatur herzustellen, der einem Bereich entspricht, an dem Sauerstoff enthaltendes Gas eine minimale Menge von Wasser enthält, und einen Hochtemperaturbereich, der einem Bereich entspricht, in dem das Sauer stoff enthaltende Gas eine maximale Menge von Wasser enthält.

Der erste Stand der Technik ist darin problematisch, dass aufgrund dessen, dass der Druckabfall in dem Kathodengasdurchgang vorgesehen ist, die zugeführte Menge an reaktiven Gasen (dem Wasserstoff enthaltenden Gas und dem Sauerstoff enthaltenden Gas) begrenzt ist, was zu einer Reduktion der elektrischen Erzeugungseffizienz führt.

Der zweite Stand der Technik ist deswegen unvorteilhaft, weil ein Tempe ratursteuer/regelprozess zum Steuern/Regeln der Temperatur des Wasser stoff enthaltenden Gases bei einer gewünschten Temperatur vergleichs weise komplex ist und nicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Probleme des dritten Stands der Technik liegen darin, dass der Temperatur gradient, der in der Ebene der Kathodenelektrode vorgesehen ist, die Form eines Gasdurchgangs begrenzt, wodurch die Gestaltungsfreiheit verringert ist, und dass durch thermische Expansion verursachte Abmessungsände rungen zu Abständen oder Lücken in dem Brennstoffzellenstapel führen, was eine Verringerung der elektrischen Erzeugungsfähigkeit derselben verursacht.

Die Erfindungen gemäß dem ersten bis dritten Stand der Technik hatten lediglich zum Ziel, an der Kathode akkumuliertes Wasser zu entfernen. Wasser wird jedoch auch an der Anode akkumuliert, weil die relative Feuchte des Wasserdampfs ansteigt, wenn der in dem Wasserstoff enthal tenden Gas enthaltene Wasserstoff verbraucht ist. Das an der Anode akkumulierte Wasser muss entfernt werden, um die elektrische Erzeu gungsfähigkeit auf einem effektiven Niveau zu halten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelle bereitzustellen, die mit einer einfachen Anordnung und einem einfachen Prozess in der Lage ist, zuverlässig zu verhindern, dass Wasser an einer Anode kondensiert, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennstoffzelle.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Brennstoffzelle einen Memb ranelektrodenaufbau auf, umfassend eine Festpolymer-Ionenaus tauschmembran, eine an einer Seite der Festpolymer-Ionenaustauschmemb ran angebrachte Anodenelektrode und eine an der anderen Seite der Fest polymer-Ionenaustauschmembran angebrachte Kathodenelektrode, einen Anodenseparator, einen Kathodenseparator, wobei der Membranelektroden aufbau zwischen dem Anodenseparator und dem Kathodenseparator aufge nommen ist, einen Brenngasdurchgang, der zwischen der Anodenelektrode und dem Anodenseparator angeordnet ist, einen Zirkulationsdurchgang, der eine außerhalb der Brennstoffzelle angeordnete Brenngaspumpe in Reihe mit dem Brenngasdurchgang verbindet, eine intermediäre Brenngaszufuhr öffnung, die mit dem Brenngasdurchgang zwischen einem Brenngaseinlass und einem Brenngasauslass desselben verbunden ist, und einen intermediä ren Brenngaszufuhrmechanismus zum Zuführen eines Brenngases, welches eine niedrigere Feuchte aufweist als ein stromaufwärts der intermediären Brenngaszufuhröffnung strömendes Brenngas, von der intermediären Brenn gaszufuhröffnung zu dem Brenngasdurchgang.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Brennstoffzelle durch Zuführen eines Brenngases betrieben, welches eine geringere Feuchte aufweist als ein Brenngas, das stromaufwärts der intermediären Brenngaszufuhröffnung von der intermediären Brenngaszufuhröffnung zu dem Brenngasdurchgang strömt, wodurch verhindert wird, dass Wasser in dem Brenngasdurchgang kondensiert.

Während die Brennstoffzelle in Betrieb ist, wird durch eine Reaktion an der Kathodenelektrode Wasser produziert. Daher diffundiert Wasserdampf von der Kathodenelektrode in den der Anodenelektrode zugewandten Brenngas durchgang zurück, und das Brenngas in dem Brenngasdurchgang tendiert durch den Verbrauch des Brenngases, wenn elektrische Energie durch die Brennstoffzelle erzeugt wird, dazu übermäßig gesättigt zu sein.

Da dem Brenngasdurchgang das Brenngas mit einer niedrigeren Feuchte als das stromaufwärts der intermediären Brenngaszufuhröffnung strömende Brenngas zugeführt wird, wird die relative Feuchte des Brenngases in der Brennstoffzelle auf einem Niveau gehalten, das für die Erzeugung von elektrischer Energie optimal ist, um effektiv zu verhindern, dass Wasser kondensiert.

Die außerhalb der Brennstoffzelle angeordnete Brenngaspumpe und der Brenngasdurchgang sind miteinander in Reihe durch den Zirkulationsdurch gang verbunden. Demzufolge strömt das ausgestoßene Gas von der Brenn stoffzelle durch den Zirkulationsdurchgang und wird der Brennstoffzelle durch den Zirkulationsdurchgang wieder als ein Brenngas zugeführt. Das Brenngas kann daher effizient genutzt werden.

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlicher, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als beispielhafte Illustrationen gezeigt sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Brennstoffzel lenstapels, der eine Brennstoffzelle gemäß einer ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in Fig. 1 gezeig ten Brennstoffzelle;

Fig. 3 ist eine vordere Aufrissansicht eines Anodenseparators der Brennstoffzelle;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Brenngaszufuhrsystems zur Zufuhr von Brenngas in die Brennstoffzelle;

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht eines Oxidationsgaszufuhrsys tems zur Zufuhr eines Oxidationsgases in die Brennstoffzelle;

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines Kühlmediumzufuhrsys tems zur Zufuhr eines Kühlmediums in die Brennstoffzelle;

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Brenngaszufuhrsystem und dem Anodenseparator zeigt;

Fig. 8 ist ein Diagramm von relativen Feuchten in Bereichen, durch die das Brenngas strömt;

Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Betriebs druck und der relativen Feuchte zeigt;

Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der verteilten Menge von Brenngas und dem Strom zeigt;

Fig. 11 ist eine schematische Perspektivansicht eines Brennstoffzel lenstapels, der eine Brennstoffzelle gemäß einer zweiten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung enthält; und

Fig. 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in Fig. 11 ge zeigten Brennstoffzelle.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen Brennstoffzel lenstapel 11, der eine Brennstoffzelle 10 gemäß einer ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung enthält, und Fig. 2 zeigt die Brennstoffzelle 10 in einer Explosionsansicht.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Brennstoffzelle 10 einen Membranelekt rodenaufbau 12 mit einer Festpolymer-Ionenaustauschmembran 14, einer an einer Seite der Festpolymer-Ionenaustauschmembran 14 angebrachten Anodenelektrode 16 und einer an der anderen Seite der Festpolymer-Ionen austauschmembran 14 angebrachten Kathodenelektrode 18 auf. Sowohl die Anodenelektrode 16 als auch die Kathodenelektrode 18 umfassen eine katalytische Elektrodenschicht aus Edelmetall, welche mit einer Gasdiffu sionsschicht verbunden ist, die eine poröse Schicht, wie zum Beispiel aus porösem Kohlenstoffpapier oder dergleichen, umfasst.

Der Membranelektrodenaufbau 12 ist zwischen einem Anodenseparator 20 und einem Kathodenseparator 22 aufgenommen, die die Brennstoffzelle 10 bilden. Die Brennstoffzelle 10 weist einen Brenngaszufuhrdurchgang 24a, einen Kühlmediumzufuhrdurchgang 26a und einen Oxidationsgasausstoß durchgang 28b auf, welche an einem ihrer Enden in ihrer durch den Pfeil X angedeuteten Längsrichtung definiert sind, und weist weiterhin einen Oxidationsgaszufuhrdurchgang 28a, einen Kühlmediumausstoßdurchgang 26b, einen intermediären Brenngaszufuhrdurchgang 30 und einen Brenn gasausstoßdurchgang 24b auf, welche an ihrem gegenüberliegendem Ende in ihrer Längsrichtung definiert sind.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, weist der Anodenseparator 20 einen Brenngasdurchgang 32 auf, der in einer seiner der Anodenelektrode 1 6 zugewandten Flächen 20a definiert ist. Der Brenngasdurchgang 32 weist ein mit dem Brenngaszufuhrdurchgang 24a verbundenes Ende auf und ist in der Längsrichtung zurückgekrümmt und erstreckt sich in einem mäander förmigen Muster in der durch den Pfeil Y angedeuteten Schwerkraftrich tung und weist ein mit dem Brenngasausstoßdurchgang 24b verbundenes gegenüberliegendes Ende auf.

Der Brenngasdurchgang 32 weist eine Serie von gekrümmten Enden auf, die mit intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 mit jeweiligen Drosseln 35 verbunden sind. Die intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 stehen mit dem intermediären Brenngaszufuhrdurchgang 30 durch einen in der Fläche 20a des Anodenseparators 20 definierten Durchgang 36 in Ver bindung.

Der Kathodenseparator 22 weist einen mäanderförmigen Oxidationsgas durchgang (nicht gezeigt) auf, der in einer seiner der Kathodenelektrode 18 zugewandten Flächen 22a definiert ist, wobei der mäanderförmige Oxida tionsgasdurchgang jeweils mit dem Oxidationsgaszufuhrdurchgang 28a und dem Oxidationsgasausstoßdurchgang 28b verbundene gegenüberliegende Enden aufweist. Der Kathodenseparator 22 weist weiterhin einen Kühlme diumdurchgang 37 auf, der in einer seiner gegenüberliegenden Flächen 22b definiert ist und jeweils mit dem Kühlmediumzufuhrdurchgang 26a und dem Kühlmediumausstoßdurchgang 26b verbunden ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Mehrzahl von auf diese Weise konstruierten Brennstoffzellen 10 in der durch den Pfeil Z angedeuteten Richtung gesta pelt, und Endplatten 38a, 38b sind an den jeweiligen Enden des Stapels angeordnet. Die Endplatten 38a, 38b sind aneinander durch nicht gezeigte Befestigungsbolzen befestigt, wobei die gestapelten Brennstoffzellen 10 dazwischen eingeschoben sind, und stellen einen Brennstoffzellenstapel 11 bereit.

Der Brennstoffzellenstapel 11 ist mit einem Brenngaszufuhrsystem 40 zum Zuführen eines Brenngases, wie etwa Wasserstoff enthaltendes Gas, in die Brennstoffzellen 10, einem Oxidationsgaszufuhrsystem 42 zum Zuführen eines Oxidationsgases, wie etwa ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder Luft, in die Brennstoffzellen 10 und einem Kühlmediumzufuhrsystem zum Zuführen eines Kühlmediums in die Brennstoffzellen 10 kombiniert.

Wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt, umfasst das Gaszufuhrsystem 40 einen Zirkulationsdurchgang 48, der eine außerhalb der Brennstoffzellen 10 in Reihe zu dem Brenngasdurchgang 32 angeordnete Brenngaspumpe 46 verbindet, und einen intermediären Brenngaszufuhrmechanismus 50 zum Zuführen eines Brenngases, welches eine geringere Feuchte aufweist als ein stromaufwärts der mit dem Brenngasdurchgang 32 verbundenen inter mediären Brenngaszufuhröffnung 34 strömendes Brenngas, von den inter mediären Brenngaszufuhröffnungen 34 zu dem Brenngasdurchgang 32.

Mit dem Zirkulationsdurchgang 48 sind ein Durchflussmessgerät 52 und ein Temperatur/Drucksensor 54 verbunden, die an einer Auslassseite der Brenngaspumpe 46 angeordnet sind, und ein Taupunkt-Hygrometer 56 und ein Temperatur/Drucksensor 57, die an einer Einlassseite der Brenngas pumpe 46 angeordnet sind.

Der intermediäre Brenngaszufuhrmechanismus 50 weist einen mit dem intermediären Brenngaszufuhrdurchgang 30 durch einen intermediären Brenngasdurchgang 62 verbundenen Brenngastank 60 auf. Mit dem inter mediären Brenngasdurchgang 62 sind ein Temperaturregler, wie etwa ein Wärmetauscher 64, ein Temperatur/Drucksensor 66, ein erster Regler 68 und ein erstes Prüfventil 70 verbunden, welche aufeinander folgend von dem Brenngastank 60 zu den Brennstoffzellen 10 angeordnet sind.

Mit dem intermediären Brenngasdurchgang 62 ist weiterhin ein Umge hungsgasdurchgang 72 verbunden, der ein zwischen dem Temperatur/ Drucksensor 66 und dem ersten Regler 68 verbundenes Ende aufweist. Das gegenüberliegende Ende des Umgehungsgasdurchgangs 72 ist mit dem Zirkulationsdurchgang 48 zwischen dem Brenngasausstoßdurchgang 24b als eine Brenngasausstoßöffnung und der Brenngaseinlassöffnung der Brenngaspumpe 46 verbunden.

Ein zweiter Regler 74 und ein zweites Prüfventil 76 sind mit dem Umge hungsgasdurchgang 72 verbunden. Das Taupunkt-Hygrometer 56 ist mit dem Zirkulationsdurchgang 48 zwischen der Brenngaseinlassöffnung der Brenngaspumpe 46 und der Abzweigung zwischen dem Brenngasdurch gang 72 und dem Zirkulationsdurchgang 48 verbunden.

Wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt, umfasst das Oxidationsgaszufuhr system 42 Gasdurchgänge 80, 82, die jeweils mit dem Oxidationsgaszu fuhrdurchgang 28a und dem Oxidationsgasausstoßdurchgang 28b ver bunden sind. Ein an einen Motor 84 gekoppeltes Aufladegerät 86 und ein Luftbefeuchter 88 sind mit dem Oxidationsgasdurchgang 80 verbunden, und ein Druckregulierventil 90 ist mit dem Oxidationsgasdurchgang 82 verbunden.

Wie in den Fig. 1 und 6 gezeigt, weist das Kühlmediumzufuhrsystem 44 eine schleifenförmige Kühlmediumleitung 92 auf, die mit dem Kühlmedi umzufuhrdurchgang 26a und dem Kühlmediumausstoßdurchgang 26b verbunden ist.

Eine Pumpe 94 und ein an einer Kühlmediumauslassseite der Pumpe 94 angeordneter Kühler 96 sind mit der Kühlmediumleitung 92 verbunden. Der Kühlmediumzufuhrdurchgang 26a der Brennstoffzellen 10 ist mit dem Kühler 96 durch ein Durchflussmessgerät 98 und einen Temperatur/Druck sensor 100 verbunden. Das Durchflussmessgerät 98 und der Temperatur/ Drucksensor 100 sind stromabwärts des Kühlers 96 angeordnet.

Ein Temperatur/Drucksensor 102 ist mit der Kühlmediumleitung 92 in der Nähe des Kühlmediumausstoßdurchgangs 26b verbunden. Der Wärmetau scher 64 ist mit der Kühlmediumleitung 92 zwischen dem Temperatur/ Drucksensor 102 und der Pumpe 94 verbunden. Ein Kühlmedium mit einer relativ hohen Temperatur, das aus den Brennstoffzellen 10 ausgestoßen wird, wird in den Wärmetauscher 64 eingeführt und führt einen Wärme austausch mit dem von dem Brenngastank 60 zugeführten Brenngas durch, um die Temperatur des Brenngases zu regulieren, so dass diese im Wesent lichen gleich der Temperatur des durch die Brennstoffzellen 10 strömenden Brenngases ist.

Der Betrieb des mit dem Brenngaszufuhrsystem 40, dem Oxidationsgaszu fuhrsystem 42 und dem Kühlmediumzufuhrsystem 44, die auf diese Weise konstruiert sind, in Verbindung stehenden Brennstoffzellenstapels 11 wird im Folgenden in Bezug zu einem Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Bei dem Brenngaszufuhrsystem 40, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein Brenngas, wie etwa ein Wasserstoff enthaltendes Gas oder dergleichen, in dem Zirkulationsdurchgang 48 vorhanden. Wenn die Brenngaspumpe 46 in Betrieb ist, wird das Brenngas durch den Zirkulationsdurchgang 48 den Brennstoffzellen 10 des Brennstoffzellenstapels 11 zugeführt.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird bei dem Brenngaszufuhrsystem 42 der Motor 84 erregt, um das Aufladegerät 86 dazu zu veranlassen, ein Oxidationsgas, wie etwa ein Sauerstoff enthaltendes Gas oder Luft, unter Druck zu för dern. Das Oxidationsgas wird durch den Luftbefeuchter 88 befeuchtet und dann den Brennstoffzellen 10 des Brennstoffzellenstapels 11 zugeführt.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, wird in jeder der Brennstoffzellen 10 dann, wenn das Brenngas dem Brenngaszufuhrdurchgang 24a zugeführt wird, dieses Brenngas in den mit dem Brenngaszufuhrdurchgang 24a verbundenen Brenngasdurchgang 32 eingeführt. Das Brenngas strömt durch den Brenngasdurchgang 32 und wird zwischen der Anodenelektrode 16 und dem Anodenseparator 20 zugeführt, bewegt sich entlang der Ebene der Anodenelektrode 16 und wird dann in den Brenngasausstoßdurchgang 24b ausgestoßen und zu dem mit dem Brenngasausstoßdurchgang 24b verbundenen Zirkulationsdurchgang 48 gefördert.

Das Oxidationsgas wird dem Oxidationsgaszufuhrdurchgang 28a zugeführt, strömt durch den Oxidationsgasdurchgang (nicht gezeigt), der zwischen der Kathodenelektrode 18 und dem Kathodenseparator 22 definiert ist, und wird dann in den Oxidationsgasausstoßdurchgang 28b ausgestoßen. In dem Membranelektrodenaufbau 12 werden daher das entlang der Ebene der Anodenelektrode 16 zugeführte Brenngas und das entlang der Ebene der Kathodenelektrode 18 zugeführte Oxidationsgas durch eine katalytische Reaktion in der Katalyseschicht verbraucht, wobei elektrische Energie erzeugt wird.

Wie in den Fig. 1 und 6 gezeigt, wird zu diesem Zeitpunkt in dem Kühlmediumzufuhrsystem 44 das Kühlmedium in der Kühlmediumleitung 92 durch die Pumpe 94 gefördert, durch den Kühler 96 gekühlt und jeder der Brennstoffzellen 10 des Brennstoffzellenstapels 11 zugeführt.

In jeder der Brennstoffzellen 10 wird der Kühlmediumzufuhrdurchgang 26a mit dem Kühlmedium, wie etwa pures Wasser, Ethylenglykol, Öl oder dergleichen, versorgt. Das Kühlmedium strömt durch den Kühlmedium durchgang 37 in den Kathodenseparator 22, kühlt die Brennstoffzelle 10 und wird danach in den Kühlmediumausstoßkanal 26b (siehe Fig. 2) ausge stoßen. Da die Kühlmediumleitung 92 mit dem Auslass des Kühlmedium ausstoßdurchgangs 26b verbunden ist, wird das aus dem Brennstoffzel lenstapel 11 ausgestoßene Kühlmedium zu der Kühlmediumleitung 92 zurückgeführt.

In der ersten Ausführungsform führt der Brenngastank 60 des intermediä ren Brenngaszufuhrmechanismus 50 des Brenngaszufuhrsystems 40 das Brenngas mit einer niedrigen Feuchte dem intermediären Brenngasdurch gang 62 (siehe Fig. 1 und 4) zu.

Da das Brenngas mit niedriger Feuchte in den Wärmetauscher 64 einge führt wird, führt es einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium durch, welches durch Kühlung der Brennstoffzellen 10 auf eine höhere Temperatur erwärmt worden ist. Daher wird die Temperatur des Brenngases mit niedri ger Feuchte auf im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie die des durch den Zirkulationsdurchgang 48 dem Brenngasdurchgang 32 zugeführten Brenngases reguliert.

Das Brenngas mit niedriger Feuchte, dessen Temperatur auf diese Weise reguliert worden ist, wird teilweise durch den ersten Regler 68 und das erste Prüfventil 70 dem intermediären Brenngaszufuhrdurchgang 30 der Brennstoffzelle 10 zugeführt. Das übrige Brenngas mit niedriger Feuchte wird in den Umgehungsgasdurchgang 72 eingeführt und durch den zweiten Regler 74 und das zweite Prüfventil 76 dem Zirkulationsdurchgang 48 zugeführt.

Wie in den Fig. 3 und 7 gezeigt, wird das Brenngas mit niedriger Feuch te, das dem intermediären Brenngaszufuhrdurchgang zugeführt wird, durch den in der Fläche 20a des Anodenseparators 20 definierten Durchgang 36 gleichförmig zu den intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 gefördert, nachdem sein Druck durch die Drosseln 35 reduziert worden ist. Da die intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 mit den jeweiligen gekrümmten Enden des Brenngasdurchgangs 32 verbunden sind, wird das Brenngas mit niedriger Feuchte von den intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 dem Brenngasdurchgang 32 zugeführt.

Zu diesem Zeitpunkt wird durch eine Reaktion auf der Kathodenelektrode 18 jeder der Brennstoffzellen 10 Wasser erzeugt. Daher wird Wasserdampf von der Kathodenelektrode 18 in den der Anodenelektrode 16 zugewand ten Brenngasdurchgang 32 diffundiert, und das Brenngas in dem Brenngas durchgang 32 tendiert dazu, durch den Verbrauch des Brenngases, wenn elektrische Energie durch den Brennstoffzellenstapel 11 erzeugt wird, übermäßig gesättigt zu sein.

Gemäß der ersten Ausführungsform wird das Brenngas mit niedrigerer Feuchte als das Brenngas, das stromaufwärts der intermediären Brenn gaszufuhröffnungen 34 entlang des Brenngasdurchgangs 32 strömt, von den intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 dem Brenngasdurchgang 32 zugeführt. Daher wird die relative Feuchte des Brenngases in der Brenn stoffzelle 10 auf einem Niveau gehalten, das für die Erzeugung von elekt rischer Energie optimal ist, d. h. bei 80% oder höher und weniger als 100%, um effektiv zu verhindern, dass Wasser kondensiert.

Insbesondere werden die in Fig. 8 gezeigten Resultate erhalten, wenn in Bereichen A bis H, in denen in Fig. 3 und 7 das Brenngas strömt, die relativen Feuchten erfasst werden. Daher wird dann, wenn die relative Feuchte des Brenngases aufgrund der Rückdiffusion des Wasserdampfes und des Verbrauchs des Brenngases ansteigt, die relative Feuchte durch das Brenngas mit niedriger Feuchte verringert, das den intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 zugeführt wird, so dass die Gesamtrelativ feuchte auf einem für die Erzeugung von elektrischer Energie optimalen Wert gehalten wird.

Bei der ersten Ausführungsform sind die Brenngasdurchgänge 32 der Brennstoffzellen 10 und die außerhalb der Brennstoffzellen 10 angeordnete Brenngaspumpe 46 miteinander in Reihe durch den Zirkulationsdurchgang 48 verbunden. Daher strömt das ausgestoßene Gas, das das aus den Brennstoffzellen 10 ausgestoßene Brenngas enthält, durch den Zirkulations durchgang 48 und wird danach wieder als ein Brenngas den Brenngas durchgängen 32 der Brennstoffzellen 10 zugeführt. Das Brenngas kann daher effizient und hochgradig ökonomisch genutzt werden.

Bei dem intermediären Brenngaszufuhrmechanismus 50 wird das den intermediären Brenngaszufuhröffnungen 34 zugeführte Brenngas mit niedri ger Feuchte durch den Wärmetauscher 64 hinsichtlich seiner Temperatur reguliert, so dass es im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie das durch den Zirkulationsdurchgang 48 dem Brenngasdurchgang 32 zugeführte Brenngas aufweist. Daher verändert sich die Brenngastemperatur nicht, wenn das durch den Brenngasdurchgang 32 strömende Brenngas und das Brenngas mit niedriger Feuchte, das von den intermediären Brenngaszufuhr öffnungen 34 zugeführt wird, ineinander münden. Im Ergebnis wird mit einer einfachen Anordnung effektiv verhindert, dass Wasser aufgrund einer Verringerung der Temperatur des Brenngases kondensiert.

Bei der ersten Ausführungsform wird der Umgehungsgasdurchgang 72 des intermediären Brenngaszufuhrmechanismus 50 von dem intermediären Brenngasdurchgang 62 abgezweigt und wird mit dem Zirkulationsdurch gang 48 verbunden. Daher wird der Durchgangsbereich zwischen dem Brenngasausstoßdurchgang 24b, der als Brenngasausstoßöffnung des Brennstoffzellenstapels 11 dient, und der Brenngaspumpe 46 mit dem Brenngas versorgt, welches eine geringere Feuchte und im Wesentlichen eine identische Temperatur wie das aus dem Brenngasausstoßdurchgang 24b ausgestoßene Gas aufweist.

Demzufolge wird das Brenngas mit niedriger Feuchte mit dem Gas mit hoher Feuchte vermischt, das gerade aus den Brennstoffzellen 10 ausge stoßen worden ist, wodurch ein Gas mit niedriger Feuchte in dem Zirkula tionsdurchgang 48 erzeugt wird. Das Gas mit niedriger Feuchte wird in ein Gas mit hoher Feuchte umgewandelt, indem sein Druck durch die Brenn gaspumpe 46 erhöht wird, und das Gas mit hoher Feuchte wird den Brenn stoffzellen 10 zugeführt. Daher wird zuverlässig verhindert, dass konden siertes Wasser in dem Zirkulationsdurchgang 48 erzeugt wird.

Der Zirkulationsdurchgang 48 weist das Taupunkt-Hygrometer 56 auf, das zwischen der Brenngaseinlassöffnung der Brenngaspumpe 46 und der Verbindung zwischen dem Umgehungsgasdurchgang 72 und dem Zirkula tionsdurchgang 48 angeordnet ist. Da der Durchfluss des Brenngases mit niedriger Feuchte aufgrund der durch das Taupunkt-Hygrometer 56 erfass ten Feuchte reguliert wird, wird die Feuchte des in die Brenngaspumpe 46 eingeführten Brenngases gesteuert/geregelt.

Daher wird zuverlässig verhindert, dass kondensiertes Wasser erzeugt wird, und das Brenngas kann effizient genutzt werden. Der Durchfluss des Brenngases mit niedriger Feuchte kann zum Beispiel aufgrund eines vor eingestellten Kennfeldes reguliert werden, das die Beziehung zwischen der Feuchte und dem Durchfluss repräsentiert, anstelle des Benutzens des Taupunkt-Hygrometers 56.

Bei dem Brenngaszufuhrsystem 40 sind die Temperatur/Drucksensoren 54, 66, 58 in Verbindung mit den Brenngaszufuhr- und -ausstoßöffnungen des Brennstoffzellenstapels 11 angeordnet. In dem Kühlmediumzufuhrsystem 44 sind die Temperatur/Drucksensoren 100, 102 in Verbindung mit den Kühlmediumzufuhr- und -ausstoßöffnungen des Brennstoffzellenstapels 11 angeordnet. Das Brenngaszufuhrsystem 40 und das Kühlmediumzufuhr system 44 besitzen jeweils die Flusssensoren 52, 98 zur Erfassung der Durchflüsse des Brenngases und des Kühlmediums.

Durch Erfassen des Betrags von auf Wasserkondensation hin erzeugter Wärme kann der Betriebsdruck zur Zufuhr des Brenngases von der Brenn gaspumpe 46 so weit wie möglich gemäß den Eigenschaften des Membran elektrodenaufbaus 12 verringert werden. Da der Druck auf der Kathoden elektrode vergleichsweise hoch ist, wird die relative Feuchte in den Brenn stoffzellen 10 verringert, obwohl der Betrag von Wasserdampf, der von der Kathodenelektrode zu der Anodenelektrode zurück diffundiert wird, sich erhöht, was es möglich macht, die Kondensation von Wasserdampf effek tiv zu verhindern (siehe Fig. 9).

Während Wasserdampf dazu tendiert, kondensiert zu werden, wenn die Brennstoffzellen 10 nicht in stetigem Betrieb sind, zum Beispiel wenn die Brennstoffzellen 10 in Betrieb gehen, kann die Kondensation von Wasser dampf durch Erniedrigen des Betriebsdrucks unterdrückt werden.

Um eine große Ausgabe (einen großen Strom) aus den Brennstoffzellen 10 zu erhalten, werden der erste und der zweite Regler 68, 74 gesteuert/ geregelt, um den Durchfluss des Brenngases, das dem intermediären Brenn gaszufuhrdurchgang 30 zugeführt wird, größer zu machen als den Durch fluss des dem Umgehungsgasdurchgang 72 (siehe Fig. 10) zugeführten Brenngases.

Fig. 11 zeigt in schematischer Perspektivansicht einen Brennstoffzellen stapel 122, der eine Brennstoffzelle 120 gemäß einer zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung enthält, und Fig. 12 zeigt die Brennstoff zelle 120 in einer perspektivischen Explosionsansicht. Diejenigen Teile der Brennstoffzelle 120 und des Brennstoffzellenstapels 122, welche mit denjenigen der Brennstoffzelle 10 und des Brennstoffzellenstapels 11 gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, sind durch identische Referenzzeichen bezeichnet und werden im Folgenden nicht im Detail beschrieben.

Bei der Brennstoffzelle 120 sind intermediäre Brenngaszufuhröffnungen 124 mit jeweiligen gekrümmten Enden des Brenngasdurchgangs 32 ver bunden und erstrecken sich durch die Brennstoffzelle 120 in der durch den Pfeil Z angedeuteten Richtung. Es gibt beispielsweise fünf intermediäre Brenngaszufuhrdurchgänge 126, die jeweils mit den intermediären Brenn gaszufuhröffnungen 124 verbunden sind. Die intermediären Brenngaszu fuhrdurchgänge 126 erstrecken sich aus dem Brennstoffzellenstapel 122 heraus und stehen mit dem intermediären Brenngasdurchgang 62 in Ver bindung, wobei Drosseln 128 jeweils in den intermediären Brenngaszufuhr durchgängen 126 angeordnet sind.

Der auf diese Weise konstruierte Brennstoffzellenstapel 122 funktioniert wie folgt: Ein Brenngas mit niedriger Feuchte, das von dem intermediären Brenngasdurchgang 62 gefördert wird, wird auf die intermediären Brenn gaszufuhrdurchführungen 126 verteilt und den intermediären Brenngaszu fuhröffnungen 124 zugeführt, nachdem sein Druck durch die Drosseln 128 reduziert worden ist. Das Brenngas mit niedriger Feuchte wird zu dem Brennstoffzellenstapel 122 hin in die durch den Pfeil Z angedeutete Rich tung gefördert und gleichförmig den intermediären Brenngaszufuhröffnun gen 124 der Brennstoffzellen 120 zugeführt.

Die intermediären Brenngaszufuhröffnungen 124 sind mit den jeweiligen gekrümmten Enden des Brenngasdurchgangs 32 verbunden, so dass das Brenngas mit niedriger Feuchte von den intermediären Brenngaszufuhröff nungen 124 dem Brenngasdurchgang 32 zugeführt wird.

Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Brenngas mit niedriger Feuchte, welches im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist wie das dem Brenngasdurchgang 32 zugeführte Brenngas, von dem intermediären Brenn gasdurchgang 62 den intermediären Brenngaszufuhrdurchgängen 126 zugeführt. Daher wird die relative Feuchte des Brenngases in den Brenn stoffzellen 120 zuverlässig auf einem Niveau gehalten, das für die Erzeu gung von elektrischer Energie optimal ist, so dass die Brennstoffzellen 120 gemäß der zweiten Ausführungsform dieselben Vorteile wie diejenigen der Brennstoffzelle 10 gemäß der ersten Ausführungsform bieten.

Bei der zweiten Ausführungsform erstrecken sich die intermediären Brenn gaszufuhrdurchgänge 126, die mit den intermediären Brenngaszufuhröff nungen 124 verbunden sind, aus dem Brennstoffzellenstapel 122 heraus, und die Drosseln 128 sind jeweils in den intermediären Brenngaszufuhr durchgängen 126 vorgesehen.

Die Drosseln 128 können daher leicht von außerhalb des Brennstoffzellen stapels 122 justiert werden, um die Verteilung des Brenngases auf die intermediären Brenngaszufuhröffnungen 124 zu optimieren, wodurch die Reaktion in der Ebene, in der elektrische Energie erzeugt wird, mit hoher Genauigkeit gleichförmig ablaufend gemacht wird.

Bei der Brennstoffzelle und dem Betriebsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher der Brenngasdurchgang zwischen der Kathodenelekt rode und der Anodenelektrode mit Brenngas versorgt, das eine geringere Feuchte aufweist als das Brenngas, das stromaufwärts der intermediären Brenngaszufuhröffnungen strömt. Daher wird die relative Feuchte des Brenngases in den Brennstoffzellen zuverlässig auf einem Niveau gehalten, das für die Erzeugung von elektrischer Energie optimal ist, und es wird zuverlässig verhindert, dass Kondenswasser erzeugt wird. Demzufolge kann das elektrische Erzeugungsvermögen der Brennstoffzelle mit einer einfachen Anordnung und einem einfachen Prozess effektiv gesteigert werden.

Die außerhalb der Brennstoffzelle angeordnete Brenngaspumpe und der Brenngasdurchgang sind in Reihe miteinander durch den Zirkulationsdurch gang verbunden. Demzufolge strömt das aus der Brennstoffzelle ausgesto ßene Gas durch den Zirkulationsdurchgang und wird der Brennstoffzelle durch den Zirkulationsdurchgang wieder als ein Brenngas zugeführt. Das Brenngas kann daher effizient genutzt werden.

Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung gezeigt und im Detail beschrieben worden sind, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen derselben gemacht werden können, ohne von dem Rahmen der angefügten Ansprüche abzuweichen.

Eine Brennstoffzelle (10) weist einen in derselben angeordneten Brenngas durchgang (32) auf sowie einen Zirkulationsdurchgang (48), der eine Brenngaspumpe (46) in Reihe mit dem Brenngasdurchgang (32) verbindet, und einen intermediären Brenngaszufuhrmechanismus (50). Der intermedi äre Brenngaszufuhrmechanismus (50) führt ein Brenngas, das niedrigere Feuchte aufweist als ein stromaufwärts einer intermediären Brenngaszu fuhröffnung (34) in dem Brenngasdurchgang (32) strömendes Brenngas, der intermediären Brenngaszufuhröffnung (34) zu, um dadurch zu verhin dern, dass Wasser in den Brenngasdurchgang (32) kondensiert.

Claims

1. Brennstoffzelle (10) umfassend:
einen Membranelektrodenaufbau (12), umfassend
eine Festpolymer-Ionenaustauschmembran (14), eine an einer Seite der Festpolymer-Ionenaustauschmembran angebrachte Ano denelektrode (16) und eine an der anderen Seite der Festpolymer Ionenaustauschmembran (14) angebrachte Kathodenelektrode (18);
einen Anodenseparator (20);
einen Kathodenseparator (22), wobei der Membranelektroden aufbau (12) zwischen dem Anodenseparator (20) und dem Katho denseparator (22) aufgenommen ist;
einen Brenngasdurchgang (32), der zwischen der Anoden elektrode (16) und dem Anodenseparator (20) angeordnet ist;
einen Zirkulationsdurchgang (48), der eine außerhalb der Brennstoffzelle (10) angeordnete Brenngaspumpe (46) in Reihe mit dem Brenngasdurchgang (32) verbindet;
eine intermediäre Brenngaszufuhröffnung (34), die mit dem Brenngasdurchgang (32) zwischen einem Brenngaseinlass und einem Brenngasauslass desselben verbunden ist; und
einen intermediären Brenngaszufuhrmechanismus (50) zum Zuführen eines Brenngases, welches eine niedrigere Feuchte auf weist als ein stromaufwärts der intermediären Brenngaszufuhröff nung (34) strömendes Brenngas, von der intermediären Brenngaszu fuhröffnung (34) zu dem Brenngasdurchgang (32).

2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei der Brenngasdurchgang (32) einen mäanderförmigen Durchgang mit einem gekrümmten Ende umfasst, wobei die intermediäre Brenngaszufuhröffnung (34) mit dem gekrümmten Ende verbunden ist.

3. Brennstoffzelle nach Anspruch 2, ferner umfassend:
einen einzelnen intermediären Brenngasdurchgang (62), der mit der intermediären Brenngaszufuhröffnung (34) durch eine Dros sel (35) verbunden ist.

4. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei der intermediäre Brenngas zufuhrmechanismus (50) einen Temperaturregler zum Regeln der Temperatur des der intermediären Brenngaszufuhröffnung (34) zu geführten Brenngases aufweist, so dass diese im Wesentlichen gleich der Temperatur des durch den Zirkulationsdurchgang (48) dem Brenngasdurchgang (32) zugeführten Brenngases ist.

5. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, wobei der Temperaturregler um fasst:
einen Wärmetauscher (64), um einen Wärmeaustausch zwi schen einem Kühlmedium, welches aus der Brennstoffzelle (10) ausgestoßen wird, nachdem es die Brennstoffzelle (10) gekühlt hat, und dem der intermediären Brenngaszufuhröffnung (34) zugeführten Brenngas zu bewirken.

6. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, wobei der intermediäre Brenngas zufuhrmechanismus (50) einen intermediären Brenngasdurchgang (62) aufweist, der mit dem Zirkulationsdurchgang (48) zwischen einer Brenngasausstoßöffnung der Brennstoffzelle (10) und einer Brenngaseinlassöffnung der Brenngaspumpe (46) verbunden ist, um ein Brenngas dem Zirkulationsdurchgang (48) zuzuführen, das eine niedrigere Feuchte und im Wesentlichen dieselbe Temperatur auf weist wie das aus der Brenngasausstoßöffnung ausgestoßene Brenn gas.

7. Brennstoffzelle nach Anspruch 6, ferner umfassend:
ein Taupunkt-Hygrometer (56), das mit dem Zirkulationsdurch gang (48) zwischen der Brenngaseinlassöffnung der Brenngaspumpe (46) und der Verbindung zwischen dem Zirkulationsdurchgang (48) und dem einzelnen intermediären Brenngasdurchgang (62) verbun den ist.

8. Brennstoffzelle nach Anspruch 5, ferner umfassend:
eine Kühlmediumzufuhröffnung zum Zuführen des Kühlmedi ums zu der Brennstoffzelle (10);
eine Kühlmediumausstoßöffnung zum Ausstoßen des Kühlme diums aus der Brennstoffzelle (10);
eine Brenngaszufuhröffnung zum Zuführen des Brenngases zu der Brennstoffzelle (10);
eine Brenngasausstoßöffnung zum Ausstoßen des Brenngases aus der Brennstoffzelle (10); und
wenigstens einen eines Temperatursensors, eines Drucksen sors und eines Durchflusssensors, der mit jeder der Kühlmediumzu fuhröffnung, der Kühlmediumausstoßöffnung, der Brenngaszufuhr öffnung und der Brenngasausstoßöffnung verbunden ist.

9. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle (10) mit einem Memb ranelektrodenaufbau (12), umfassend eine Festpolymer-Ionenaus tauschmembran (14), eine an einer Seite der Festpolymer lonenaustauschmembran (14) angebrachte Anodenelektrode (16) und eine an der anderen Seite der Festpolymer-Ionenaus tauschmembran (14) angebrachte Kathodenelektrode (18), einen Anodenseparator (20), einen Kathodenseparator (22), wobei der Membranelektrodenaufbau (12) zwischen dem Anodenseparator (20) und dem Kathodenseparator (22) aufgenommen ist, einen Brenngas durchgang (32), der zwischen der Anodenelektrode (16) und dem Anodenseparator (20) angeordnet ist, und eine intermediäre Brenn gaszufuhröffnung (34), die mit dem Brenngasdurchgang (32) zwi schen einem Brenngaseinlass und einem Brenngasauslass desselben verbunden ist, wobei das Verfahren den Schritt umfasst:
Zuführen eines Brenngases, welches eine niedrigere Feuchte aufweist als ein stromaufwärts der intermediären Brenngaszufuhröff nung (34) strömendes Brenngas, von der intermediären Brenngaszu fuhröffnung (34) zu dem Brenngasdurchgang (32), wodurch verhin dert wird, dass Wasser in dem Brenngasdurchgang (32) kondensiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend den Schritt:
Regulieren der Temperatur des der intermediären Brenngaszu fuhröffnung (34) zugeführten Brenngases, so dass diese im Wesent lichen gleich der Temperatur des dem Brenngasdurchgang (32) zugeführten Brenngases ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend die Schritte:
Zuführen eines Brenngases, zirkulierend durch einen Zirkula tionsdurchgang (48), der eine außerhalb der Brennstoffzelle (10) angeordnete Brenngaspumpe (46) in Reihe mit dem Brenngasdurch gang (32) verbindet; und
Zuführen eines Brenngases, welches eine geringere Feuchte und im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist wie das aus einer Brenngasausstoßöffnung der Brennstoffzelle (10) ausgestoßene Brenngas, zu einem intermediären Brenngasdurchgang (62), der mit der Brenngasausstoßöffnung und einer Brenngaseinlassöffnung der Brenngaspumpe (46) verbunden ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt:
Regulieren des Durchflusses des von dem intermediären Brenngasdurchgang (62) zugeführten Brenngases mit einem Tau punkt-Hygrometer (56), welches mit dem Zirkulationsdurchgang (48) zwischen der Brenngaseinlassöffnung der Brenngaspumpe (46) und der Verbindung zwischen dem Zirkulationsdurchgang (48) und dem einzelnen intermediären Brenngasdurchgang (62) verbunden ist.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Brennstoffzelle (10) eine Kühlmediumzufuhröffnung zum Zuführen des Kühlmediums zu der Brennstoffzelle (10) aufweist, eine Kühlmediumausstoßöffnung zum Ausstoßen des Kühlmediums aus der Brennstoffzelle (10), eine Brenngaszufuhröffnung zum Zuführen des Brenngases zu der Brenn stoffzelle (10), eine Brenngasausstoßöffnung zum Ausstoßen des Brenngases aus der Brennstoffzelle (10) und wenigstens einen eines Temperatursensors, eines Drucksensors und eines Durchflusssen sors, der mit jedem der Kühlmediumzufuhröffnung, der Kühlmediu mausstoßöffnung, der Brenngaszufuhröffnung und der Brenngasaus stoßöffnung verbunden ist, ferner umfassend die Schritte:
Erfassen einer Änderung der Wärmemenge mit wenigstens dem Temperatursensor, dem Drucksensor oder dem Durchflusssen sor; und
Regulieren eines Betriebsdrucks der Brennstoffzelle (10) auf grund der erfassten Änderung der Wärmemenge.