WO2016000978A1 - Brennstoffzellenvorrichtung mit wasser übertragendem anodengaspfad und verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle - Google Patents
Brennstoffzellenvorrichtung mit wasser übertragendem anodengaspfad und verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016000978A1 WO2016000978A1 PCT/EP2015/063773 EP2015063773W WO2016000978A1 WO 2016000978 A1 WO2016000978 A1 WO 2016000978A1 EP 2015063773 W EP2015063773 W EP 2015063773W WO 2016000978 A1 WO2016000978 A1 WO 2016000978A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- fuel cell
- anode
- water
- anode gas
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04126—Humidifying
- H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04828—Humidity; Water content
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Definitions
- the invention relates to a fuel cell apparatus having a fuel cell and an anode gas path having an anode gas inflow portion and an anode gas outflow portion and extending between the anode gas inflow portion and the anode gas flow portion
- Anodengasab josabites extends on the anode side through the fuel cell, and having a recirculation section which connects the anode gas outflow portion anode gas conductively connected to the anode gas inflow section. Furthermore, the invention relates to a method for operating a fuel cell device with a fuel cell.
- Fuel cell devices and methods of operating fuel cell devices are well known.
- DE 10 201 1 1 14 719 A1 discloses such a fuel cell.
- Fuel cell device can not be guaranteed safe.
- the recirculation section preferably connects the anode gas drain section to the anode gas inlet section in a water-conducting manner. Consequently, the product water can be taken on the anode side of the fuel cell and together with the back to
- the removed product water can be at least partially added to the fuel cell led anode gas and passed from the anode gas to the anode to moisten them. Characterized in that the water is supplied to the anode gas in Anodengaszuhneabbald, the fuel cell does not need to be changed constructively.
- the anode If the anode has too low a humidity, it can thus be moistened simply by using product water from the fuel cell.
- the product water is in the operation of the fuel cell by the
- Anode exhaust gas compressor on the input side water, especially product water, can be fed.
- the product water can be fed to the anode exhaust gas compressor together with the anode exhaust gas, so that additional lines are not necessary.
- the product water is preferably discharged together with the anode exhaust gas from the fuel cell, so that the fuel cell need not be changed constructively.
- the anode gas compressor not only transports the water to the anode gas inflow section, but rather the water is vaporized prior to addition to the anode gas conducted to the fuel cell, and the vaporization can be caused particularly by the anode exhaust gas compressor. Namely, when the anode exhaust gas is compressed, heat is generated by which the water can be vaporized.
- the water separator may have a valve, for example a blocking or a control valve, through which the product water can be selectively directed away from the fuel cell or to the anode gas inflow section or to the recirculation section.
- Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of the
- Figure 2 is a schematic representation of an embodiment of the
- Anodengaseingang 1 1 of the fuel cell 2 are passed. After the anode gas has passed through the fuel cell 2, it exits the fuel cell 2 through an anode gas exit 12. The anode exhaust gas passed through the anode gas exit 12 flows away from the anode gas drain section 13 of the anode gas path 3
- Fuel cell device 1 are passed.
- FIG. 2 shows a method according to the invention for operating a
- the method 30 for operating the fuel cell device 1 starts with a first method step 31.
- the fuel cell device 1 is started up or started in method step 31.
- the humidity of the anode of the fuel cell 2 can be determined directly or indirectly.
- the temperature of the fuel cell 2 or the anode and the humidity of the fuel cell 2 supplied anode gas can be determined and thereby the humidity of the anode can be determined.
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit einem Anodengaspfad (3) sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (1). Um eine Anode der Brennstoffzellenvorrichtung (1) einfach befeuchten zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Anodengasabflussabschnitt (13) der Brennstoffzellenvorrichtung (1) Wasser übertragend mit einem Anodengaszuflussabschnitt (7) der Brennstoffzellenvorrichtung (1) verbunden ist und einem zur Brennstoffzelle (2) geleiteten Anodengas Wasser hinzugefügt wird.
Description
Beschreibung
Brennstoffzellenvomchtung mit Wasser übertragendem Anodengaspfad und
Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle und einem Anodengaspfad, der einen Anodengaszuflussabschnitt und einen Anodengasabflussabschnitt aufweist und sich zwischen dem Anodengaszuflussabschnitt und dem
Anodengasabflussabschnitt anodenseitig durch die Brennstoffzelle erstreckt, und der einen Rezirkulationsabschnitt aufweist, der den Anodengasabflussabschnitt Anodengas leitend mit dem Anodengaszuflussabschnitt verbindet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle.
Brennstoffzellenvorrichtungen und Verfahren zum Betreiben von Brennstoffzellenvorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 201 1 1 14 719 A1 eine solche Brennstoffzelle.
Beim Betrieb der Brennstoffzelle und insbesondere bei deren Inbetriebnahme ist darauf zu achten, dass die Anode eine vorgegebene Feuchtigkeit aufweist. Insbesondere bei einem Heißstart der Brennstoffzelle, bei dem diese beispielsweise kurz nach einer Außerbetriebnahme wieder gestartet wird, kann es jedoch vorkommen, dass die Anode aufgrund der hohen
Betriebstemperatur der Brennstoffzelle austrocknet und der Betrieb der
Brennstoffzellenvorrichtung nicht mehr sicher gewährleistet werden kann.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung und ein
Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, wobei einer Anode der Brennstoffzelle einfach Feuchtigkeit zugeführt werden kann.
Für die eingangs genannte Brennstoffzellenvorrichtung ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Anodengasabflussabschnitt flüssiges Produktwasser der Brennstoffzelle übertragend mit dem Rezirkulationsabschnitt verbunden ist. Die Aufgabe ist für das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, dass einem zur Brennstoffzelle geleiteten Anodengas Wasser hinzugefügt wird, das als flüssiges Produktwasser dem Anodenabgas der Brennstoffzelle entnommen wird.
Durch diese einfachen Maßnahmen ist sichergestellt, dass der Wassergehalt der Anode nicht unter einen vorgegebenen Sollwert sinken kann, da der Anode fehlendes Wasser mit dem Anodengas zugeführt werden kann. Der Rezirkulationsabschnitt wird vielfach verwendet, um noch im Anodenabgas enthaltendes Betriebsgas, beispielsweise Wasserstoff, erneut der Brennstoffzelle zuzuführen. Um den Aufwand für die Befeuchtung der Anode weiter zu verringern, verbindet der Rezirkulationsabschnitt vorzugsweise den Anodengasabflussabschnitt Wasser leitend mit dem Anodengaszuflussabschnitt. Folglich kann das Produktwasser anodenseitig aus der Brennstoffzelle entnommen und zusammen mit dem zurück zur
Brennstoffzelle zu leitenden Anodengas der Anode zugeführt werden. Das entnommene Produktwasser kann zumindest teilweise dem der Brennstoffzelle zugeleiteten Anodengas hinzugefügt und vom Anodengas zur Anode geleitet werden, um diese zu befeuchten. Dadurch, dass das Wasser dem Anodengas im Anodengaszuflussabschnitt zugeführt wird, braucht die Brennstoffzelle konstruktiv nicht geändert zu werden.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
So kann der Anodengaszuflussabschnitt Wasserdampf vom Rezirkulationsabschnitt
empfangend mit diesem verbunden sein. Weist die Anode eine zu geringe Feuchtigkeit auf, kann diese somit einfach durch Verwendung von Produktwasser der Brennstoffzelle befeuchtet werden. Das Produktwasser wird im Betrieb der Brennstoffzelle durch den
Anodengasabflussabschnitt abgeleitet und kann zumindest teilweise zur Befeuchtung der Anode verwendet werden. Hinzufügen von Wasser aus einer externen Quelle ist somit nicht erforderlich. Dem Anodengas, insbesondere wenn es durch den Anodengaszuflussabschnitt strömt, kann also Produktwasser der Brennstoffzelle hinzugefügt werden.
Der Rezirkulationsabschnitt kann einen Anodengasverdichter aufweisen, um gewährleisten zu können, dass zwischen einem Anodengaseingang und einem Anodenabgasauslass der Brennstoffzelle ein vorgegebener Druckunterschied abfällt. Eingangsseitig ist dem
Anodengasverdichter Anodenabgas zugeführt. Ausgangsseitig ist der Anodengasverdichter mit dem Anodengaszuflussabschnitt Gas leitend verbunden. Ferner ist dem
Anodenabgasverdichter eingangsseitig Wasser, insbesondere Produktwasser, zuführbar. Das Produktwasser kann dem Anodenabgasverdichter zusammen mit dem Anodenabgas zugeleitet werden, sodass zusätzliche Leitungen nicht notwendig sind. Das Produktwasser wird
vorzugsweise zusammen mit dem Anodenabgas aus der Brennstoffzelle ausgetragen, sodass die Brennstoffzelle nicht konstruktiv geändert werden braucht. Der Anodengasverdichter transportiert nicht nur das Wasser zum Anodengaszuflussabschnitt, vielmehr wird das Wasser vor dem Hinzufügen zum zur Brennstoffzelle geleiteten Anodengas verdampft, wobei das Verdampfen insbesondere durch den Anodenabgasverdichter hervorgerufen werden kann. Beim Verdichten des Anodenabgases entsteht nämlich Wärme, durch die das Wasser verdampft werden kann.
Die Brennstoffzellenvorrichtung kann einen Wasserabscheider aufweisen, durch den sich der Anodengasabflussabschnitt zwischen der Brennstoffzelle und dem Rezirkulationsabschnitt erstreckt. Folglich kann das von der Brennstoffzelle erzeugte Produktwasser wahlweise abgeschieden oder dem Anodengaszuflussabschnitt zugeführt werden.
Der Wasserabscheider ist vorzugsweise ausgebildet, die Menge an dem
Anodengaszuflussabschnitt zugeführtem Wasser vorzugeben. Folglich kann durch den Wasserabscheider einfach die der Anode zuzuführende Menge an Feuchtigkeit eingestellt werden. Hierzu kann der Wasserabscheider ein Ventil, zum Beispiel ein Sperr- oder ein Regelventil, aufweisen, durch das das Produktwasser wahlweise von der Brennstoffzelle weg oder zum Anodengaszuflussabschnitt beziehungsweise zum Rezirkulationsabschnitt leitbar ist.
Gerade bei einem Heißstart der Brennstoffzelle, bei dem diese beispielsweise kurz nach einer Außerbetriebnahme erneut gestartet wird, kann die Anode mithilfe der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens effizient befeuchtet werden, ohne dass die Komplexität der Brennstoffzellenvorrichtung oder des Verfahrens zum Betreiben der Brennstoffzelle ansteigt.
Die Erfindung ist nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, und
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen in Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften
Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
Zunächst sind Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Figur 1 beschrieben.
Figur 1 zeigt die Brennstoffzellenvorrichtung 1 schematisch mit einer Brennstoffzelle 2, einem Anodengaspfad 3 und einem Abschnitt eines Kathodengaspfades 4. Der Anodengaspfad 3 erstreckt sich anodenseitig und der Kathodengaspfad 4 kathodenseitig durch die Brennstoffzelle 2.
Der Anodengaspfad 3 weist einen Eingang 5 auf, durch den Anodengas, beispielsweise Wasserstoff, zur Brennstoffzelle 2 strömen kann. Der Eingang 5 ist beispielsweise als ein Eingang eines Anodengasfilters 6 ausgestaltet. In einer Zuflussrichtung Z kann das Anodengas vom Eingang 5 in Richtung auf die Brennstoffzelle 2 zu durch den Anodengaspfad 3 strömen. In der Zuflussrichtung Z hinter dem Eingang 5 erstreckt sich ein Anodengaszuflussabschnitt 7 zwischen dem Eingang 5 und der Brennstoffzelle 2. Durch den Anodengaszuflussabschnitt 7 strömt im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 1 Anodengas zur Brennstoffzelle, um dort mit Kathodengas zu reagieren.
Der Anodengaszuflussabschnitt 7 erstreckt sich beispielhaft zunächst durch wenigstens ein, und beispielsweise zwei Absperrventile 8, 9, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Hinter den Absperrventilen 8, 9 ist eine Pumpe 10 dargestellt, durch die sich der
Anodengaszuflussabschnitt 7 erstreckt und mit der das Anodengas zur Brennstoffzelle 2 gefördert werden kann. Von der Pumpe 10 kann das Anodengas direkt zu einem
Anodengaseingang 1 1 der Brennstoffzelle 2 geleitet werden. Nachdem das Anodengas durch die Brennstoffzelle 2 geströmt ist, tritt es durch einen Anodengasausgang 12 wieder aus der Brennstoffzelle 2 aus. Das durch den Anodengasausgang 12 geströmte Anodenabgas strömt durch einen Anodengasabflussabschnitt 13 des Anodengaspfades 3 weg von der
Brennstoffzelle 2.
In der Abflussrichtung A hinter dem Anodenausgang 12 erstreckt sich der
Anodengasabflussabschnitt 13 durch einen Wasserabscheider 14, mit dem Produktwasser der Brennstoffzelle 2 aus dem Anodenabgas abscheidbar ist. Das abgeschiedene Produktwasser
kann durch ein Sperrventil 15 des Wasserabscheiders 14 und eine Abwasserleitung 16 abgeleitet werden. Ferner kann das Anodenabgas durch den Anodengasabflussabschnitt 13 abgeführt und beispielsweise an die Umgebung oder an weitere Einrichtungen der
Brennstoffzellenvorrichtung 1 geleitet werden.
Um noch im Anodenabgas enthaltenes Betriebsgas, zum Beispiel Wasserstoff, der
Brennstoffzelle 2 erneut zuführen zu können, weist der Anodengaspfad einen
Rezirkulationsabschnitt 17 auf, der den Anodengasabflussabschnitt 13 Anodenabgas leitend mit dem Anodengaszuflussabschnitt 7 verbindet. Insbesondere verbindet der
Rezirkulationsabschnitt 17 den Anodengaszuflussabschnitt 7 Anodenabgas empfangend mit dem Anodengasabflussabschnitt 13. Der Rezirkulationsabschnitt 17 kann durch einen
Verdichter 18 verlaufen. Eingansseitig des Verdichters 18 weist das Anodenabgas einen geringeren Druck auf als ausgangsseitig. Insbesondere entspricht der Anodenabgasdruck ausgangsseitig des Verdichters im Wesentlichen dem Druck des Anodengases im
Anodengaszuflussabschnitt 7. Ausgangsseitig des Verdichters 18 kann der
Rezirkulationsabschnitt 17 das Anodenabgas zur Pumpe 7 leiten, mit der der Verdichter 18 Gas übertragend verbunden sein kann. Die Pumpe 10 ist beispielsweise eine Strahlpumpe, in der die Pumpenwirkung durch das vom Eingang 5 zur Brennstoffzelle 2 strömende Anodengas erzeugt wird. Das Anodenabgas kann mithilfe der Pumpe 10 einfach gefördert und mit dem durch den Eingang 5 geleiteten Anodengas vermischt werden.
Der Rezirkulationsabschnitt 17 kann einen Umgehungsabschnitt 19 aufweisen, der den
Verdichter 18 ausgangsseitig der Pumpe 10 mit dem Anodengaszuflussabschnitt 7 verbinden kann. Der Umgehungsabschnitt 19 kann sich durch ein Ventil 20, zum Beispiel ein
Rückschlagventil, erstrecken, welches beispielsweise öffnet, wenn der Druck zwischen dem Verdichter 18 und dem Ventil 20 größer ist als ein vorgegebener Maximaldruck. Sinkt der Gasdruck wieder ab, kann das Ventil 20 automatisch oder sogar selbsttätig schließen.
Damit das Anodenabgas zum Anodengaszuflussabschnitt 7 geleitet werden kann, kann sich der Anodengasabflussabschnitt 13 durch ein weiteres Ventil 21 , beispielsweise ein Sperrventil, erstrecken. Der Rezirkulationsabschnitt 17 zweigt vorzugsweise zwischen dem
Wasserabscheider 14 und dem Ventil 21 vom Anodengasabflussabschnitt 13 ab. Wird das Ventil 21 zumindest teilweise oder sogar vollständig geschlossen, so kann das Anodenabgas in Richtung auf den Anodengaszuflussabschnitt 7 strömen. Ist das Ventil 21 geöffnet, so kann das Anodenabgas zumindest teilweise oder sogar vollständig durch den Anodengasabflussabschnitt 13 abfließen.
Ist das Sperrventil 15 zumindest teilweise oder sogar vollständig geschlossen, so kann das Produktwasser nicht oder nicht vollständig vom Wasserabscheider 14 zur Abwasserleitung 16 geleitet werden. Das Produktwasser kann folglich zumindest abschnittsweise durch den Anodengasabflussabschnitt 13 strömen. Ist nun ebenfalls das Ventil 21 zumindest teilweise oder sogar vollständig geschlossen, so kann das Produktwasser nicht durch den
Anodengasabflussabschnitt 13 abfließen. Vielmehr wird das Produktwasser durch den
Rezirkulationsabschnitt 17 in Richtung auf den Anodengaszuflussabschnitt 7 geleitet. Der Anodengaszuflussabschnitt 7 kann das Produktwasser zum Anodengaseingang 1 1 leiten. Dabei kann die Brennstoffzellenvorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass das Produktwasser durch die Schwerkraft zum Anodengaszuflussabschnitt 7, zum Rezirkulationspfad 17 oder zum Verdichter 18 gefördert wird. In der Brennstoffzelle kann die Anode mithilfe des Produktwassers befeuchtet werden, falls die Anode im Betrieb der Brennstoffzelle 2 oder bei einem Start der Brennstoffzelle 2 auszutrocknen droht.
Wird das Produktwasser in flüssigem Zustand der Brennstoffzelle zugeführt, kann hierdurch die bereitstellbare Menge an elektrischer Leistung absinken. Folglich ist es vorteilhaft, das
Produktwasser zu verdampfen, bevor es der Brennstoffzelle 2 und insbesondere dem
Anodengaszuflussabschnitt 7 zugeführt wird. Beispielsweise kann das Produktwasser im Verdichter 18 verdampft werden. Verdichtet der Verdichter 18 nämlich das Anodenabgas, so steigt dessen Temperatur. Wird das Produktwasser zum Verdichter 18 geleitet, kann dieses ohne weitere Vorrichtungen zum Verdampfen des Produktwassers verdampft werden.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer
Brennstoffzellenvorrichtung 1 schematisch als Flussdiagramm. Für Elemente der
Brennstoffzellenvorrichtung 1 , die im Folgenden genannt sind, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.
Das Verfahren 30 zum Betreiben der Brennstoffzellenvorrichtung 1 startet mit einem ersten Verfahrensschritt 31. Beispielsweise wird die Brennstoffzellenvorrichtung 1 im Verfahrensschritt 31 in Betrieb genommen oder gestartet. In einem folgenden Verfahrensschritt 32 kann die Feuchte der Anode der Brennstoffzelle 2 direkt oder indirekt ermittelt werden. Beispielsweise kann die Temperatur der Brennstoffzelle 2 beziehungsweise der Anode und die Feuchte des der Brennstoffzelle 2 zugeführten Anodengases bestimmt und dadurch die Feuchte der Anode ermittelt werden.
Im nun folgenden Verfahrensschritt 33 wird entschieden, ob die Anode zu befeuchten ist. Ist der Wassergehalt der Anode ausreichend, kann auf den Verfahrensschritt 33 der Verfahrensschritt
32 folgen, in dem die Feuchte der Anode bestimmt wird. Ist die Anode zu befeuchten, weil sie auszutrocknen droht oder sogar bereits zu trocken ist, so schließt sich an den Verfahrensschritt
33 der Verfahrensschritt 34 an. Im Verfahrensschritt 34 wird Wasser zum Befeuchten der Anode bereitgestellt. Insbesondere kann hierfür von der Brennstoffzelle 2 abgegebenes
Produktwasser, das beispielsweise durch den Anodengasausgang 12 abgegeben werden kann, bereitgestellt werden.
Soll das Wasser zum Befeuchten der Anode dieser verdampft zugeführt werden, kann es im dem Verfahrensschritt 34 nachgeordneten Verfahrensschritt 35 verdampft werden. Zum
Verdampfen des Wassers kann dieses nach dem Bereitstellen dem Verdichter 18 zugeführt werden. Der optionale Verfahrensschritt 36, in dem das Wasser dem Verdichter zugeführt wird, ist zwischen den Verfahrensschritten 34 und 35 durchgeführt.
Nach dem Verfahrensschritt 34 oder dem Verfahrensschritt 35 wird das Wasser im
Verfahrensschritt 37 zum Anodengaszuflussabschnitt 7 geleitet. Mit dem Anodengas wird das flüssige oder dampfförmige Wasser im nun folgenden Verfahrensschritt 38 zur Brennstoffzelle 2 und insbesondere zu deren Anode geleitet, wo es von der Anode aufgenommen werden kann. Der Wassergehalt des der Brennstoffzelle 2 zugeführten Anodengases ist vorzugsweise hoch genug, um die Anode ausreichend befeuchten zu können, und bevorzugt zu niedrig, um in der Brennstoffzelle 2 zu kondensieren.
Im Verfahrensschritt 39 endet das Verfahren 30. Beispielsweise kann erneut die Feuchte der Anode bestimmt oder die Brennstoffzellenvorrichtung 1 außer Betrieb genommen werden.
Bezugszeichenliste
Brennstoffzellenvorrichtung
2 Brennstoffzelle
3 Anodengaspfad
4 Kathodengaspfad
5 Eingang des Anodengaspfades
6 Anodengasfilter
7 Anodengaszuflussabschnitt
8, 9 Absperrventil
10 Pumpe
1 1 Anodengaseingang der Brennstoffzelle
12 Anodengasausgang der Brennstoffzelle
13 Anodengasabflussabschnitt
14 Wasserabscheider
15 Sperrventil
16 Abwasserleitung
17 Rezirkulationsabschnitt des Anodengaspfades
18 Verdichter
19 Umgehungsabschnitt
20, 21 Ventil
30 Verfahren
31 Start
32 Feuchte der Anode bestimmen
33 Anode befeuchten?
34 Wasser bereitstellen
35 Wasser verdampfen
36 Wasser dem Verdichter zuführen
37 Wasser zum Anodengaszuflussabschnitt leiten
38 Wasser zur Anode leiten
39 Ende
A Abflussrichtung
Z Zuflussrichtung
Claims
1 . Brennstoffzellenvorrichtung ( 1 ) mit einer Brennstoffzelle (2) und einem Anodengaspfad (3), der einen Anodengaszuflussabschnitt (7) und einen Anodengasabflussabschnitt (13) aufweist und sich zwischen dem Anodengaszuflussabschnitt (7) und dem
Anodengasabflussabschnitt (13) anodenseitig durch die Brennstoffzelle (2) erstreckt, und der einen Rezirkulationsabschnitt (17) aufweist, der den Anodengasabflussabschnitt (13) Anodenabgas leitend mit dem Anodengaszuflussabschnitt (7) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodengasabflussabschnitt (13) flüssiges Produktwasser der Brennstoffzelle (2) übertragend mit dem Rezirkulationsabschnitt (17) verbunden ist.
2. Brennstoffzellenvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anodengaszuflussabschnitt (7) Wasserdampf vom Rezirkulationsabschnitt (17)
empfangend mit diesem verbunden ist.
3. Brennstoffzellenvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezirkulationsabschnitt (17) einen Verdichter (18) aufweist, dem eingangsseitig
Anodenabgas und flüssiges Produktwasser zuführbar sind.
4. Brennstoffzellenvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Wasserabscheider (14), durch den sich der Anodengasabflussabschnitt (13) zwischen der Brennstoffzelle (2) und dem Rezirkulationsabschnitt (17) erstreckt.
5. Brennstoffzellenvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserabscheider (14) ausgebildet ist, die Menge an dem Anodengaszuflussabschnitt (7) zugeführtem Produktwasser vorzugeben.
6. Verfahren (30) zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (1 ) mit einer Brennstoffzelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass einem zur Brennstoffzelle (2) geleiteten Anodengas Wasser hinzugefügt wird (37), das als flüssigem Produktwasser dem Anodenabgas der Brennstoffzelle (2) entnommen wird (34).
7. Verfahren (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Produktwasser anodenseitig aus der Brennstoffzelle (2) entnommen wird (34).
Verfahren (30) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser dem Hinzufügen verdampft wird (35).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/322,386 US10403913B2 (en) | 2014-07-02 | 2015-06-18 | Fuel cell device having a water-transferring anode gas path, and method for operating a fuel cell |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014212835.8A DE102014212835A1 (de) | 2014-07-02 | 2014-07-02 | Brennstoffzellenvorrichtung mit Wasser übertragendem Anodengaspfad und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle |
| DE102014212835.8 | 2014-07-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016000978A1 true WO2016000978A1 (de) | 2016-01-07 |
Family
ID=53442790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2015/063773 Ceased WO2016000978A1 (de) | 2014-07-02 | 2015-06-18 | Brennstoffzellenvorrichtung mit wasser übertragendem anodengaspfad und verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10403913B2 (de) |
| DE (1) | DE102014212835A1 (de) |
| WO (1) | WO2016000978A1 (de) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016125165A1 (de) | 2016-12-21 | 2018-06-21 | Proton Motor Fuel Cell Gmbh | Brennstoffzuführanordnung für ein Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellensystem |
| CN113193212B (zh) * | 2021-04-09 | 2022-06-03 | 电子科技大学 | 一种燃料电池阳极排水排杂一体装置及其控制方法 |
| DE102023204565A1 (de) * | 2023-05-16 | 2024-11-21 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betreiben eines Anodensubsystems, Anodensubsystem |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070003809A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-04 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell |
| DE102010024187A1 (de) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Daimler Ag | Vorrichtung zur Befeuchtung |
| CN102437357A (zh) * | 2011-12-19 | 2012-05-02 | 上海尧豫实业有限公司 | 燃料电池的水平衡系统 |
| WO2013020647A1 (de) * | 2011-08-05 | 2013-02-14 | Daimler Ag | Brennstoffzellensystem mit wasserabscheider |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10155217B4 (de) | 2001-11-09 | 2009-04-23 | BDF IP Holdings Ltd., Vancouver | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems |
| US20050014786A1 (en) * | 2003-07-11 | 2005-01-20 | Chongqing Sun | Tetrahydroquinoline derivatives as cannabinoid receptor modulators |
| US7910255B2 (en) * | 2003-08-15 | 2011-03-22 | GM Global Technology Operations LLC | Charge air humidification for fuel cells |
| CA2668039C (en) * | 2006-10-31 | 2012-05-22 | Daimler Ag | Supply system for a fuel cell stack and method for operating the supply system |
| DE102007061959A1 (de) | 2007-12-21 | 2009-06-25 | Daimler Ag | Brennstoffzellensystem mit verbessertem Wärmemanagement |
| US9005830B2 (en) * | 2010-02-16 | 2015-04-14 | GM Global Technology Operations LLC | Freeze start operation in a fuel cell with a blocked anode cell |
| JP5598717B2 (ja) * | 2010-12-20 | 2014-10-01 | アイシン精機株式会社 | 燃料電池システム |
| US8756278B2 (en) * | 2011-07-10 | 2014-06-17 | Facebook, Inc. | Audience management in a social networking system |
| DE102011114719A1 (de) | 2011-10-01 | 2013-04-04 | Daimler Ag | Anodenkreislauf und Verfahren zum Vorbereiten eines Wiederstarts |
| DE102011116856A1 (de) | 2011-10-25 | 2013-04-25 | Daimler Ag | Gasversorgungsvorrichtung |
| US9595725B2 (en) | 2013-05-03 | 2017-03-14 | Ford Global Technologies, Llc | Heated ejector assembly for a fuel cell |
-
2014
- 2014-07-02 DE DE102014212835.8A patent/DE102014212835A1/de not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-06-18 WO PCT/EP2015/063773 patent/WO2016000978A1/de not_active Ceased
- 2015-06-18 US US15/322,386 patent/US10403913B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070003809A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-04 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Liquid-gas separator for direct liquid feed fuel cell |
| DE102010024187A1 (de) * | 2010-06-17 | 2011-12-22 | Daimler Ag | Vorrichtung zur Befeuchtung |
| WO2013020647A1 (de) * | 2011-08-05 | 2013-02-14 | Daimler Ag | Brennstoffzellensystem mit wasserabscheider |
| CN102437357A (zh) * | 2011-12-19 | 2012-05-02 | 上海尧豫实业有限公司 | 燃料电池的水平衡系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102014212835A1 (de) | 2016-01-07 |
| US10403913B2 (en) | 2019-09-03 |
| US20170155159A1 (en) | 2017-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP4150136A1 (de) | Verfahren zum betreiben einer wasserelektrolysevorrichtung | |
| DE102011114797A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems | |
| DE102014201169A1 (de) | Verfahren zum Trockenblasen einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellensystem | |
| EP2502300A1 (de) | Brennstoffzellensystem mit einem flüssigkeitsabscheider im anodenkreislauf | |
| DE102019214711A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem | |
| DE102021202857A1 (de) | Vorrichtung zum Abscheiden und Sammeln von Wasser aus einem Gasstrom, Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems | |
| EP2572036A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur wärmerückgewinnung in einer trockenpartie einer maschine zur herstellung einer faserstoffbahn | |
| DE112006003136B4 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zu seiner Abschaltung | |
| WO2016000978A1 (de) | Brennstoffzellenvorrichtung mit wasser übertragendem anodengaspfad und verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle | |
| DE112006003156B4 (de) | Brennstoffzellensystem | |
| DE102012108992A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines luftgekühlten Kondensationsapparates | |
| WO2015158478A1 (de) | Verfahren zum spülen einer brennstoffzelle sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens | |
| DE102011122306A1 (de) | Brennstoffzellensystem | |
| AT522684B1 (de) | Elektrolysesystem und Verfahren zur Wärmerückgewinnung in einem Elektrolysesystem | |
| DE102018213713A1 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems | |
| DE102016010450A1 (de) | Flüssigkeitsabscheider und seine Verwendung | |
| DE102013226820A1 (de) | Befeuchtung einer Brennstoffzelle | |
| DE102020201912A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem | |
| DE102021213415A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem | |
| EP3841634B1 (de) | Verfahren zur startvorbereitung eines brennstoffzellensystems | |
| WO2015139794A1 (de) | Brennstoffzellenvorrichtung mit spülgaspfad | |
| DE102020113991A1 (de) | Brennstoffzellensystem mit einem kathodenseitigen Flüssigkeitsreservoir und Kraftfahrzeug | |
| DE102011116856A1 (de) | Gasversorgungsvorrichtung | |
| DE102015203953A1 (de) | Brennstoffzellensystem mit Kathodengasrückführleitung und Verfahren zum Betreiben sowie Steuergerät zur Steuerung eines Brennstoffzellensystems | |
| DE102014015867A1 (de) | Verfahren zum Vermindern der Eisbildung |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15730494 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 15322386 Country of ref document: US |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15730494 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |