CH690559A5

CH690559A5 - A fuel cell assembly.

Info

Publication number: CH690559A5
Application number: CH02099/99A
Authority: CH
Inventors: Thomas Hocker Dr
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2000-10-13
Also published as: ATA195298A; AT408043B; DE19956220B4; DE19956220A1

Description

       

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellenanordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. 



  Bei einer solchen Brennstoffzellenanordnung strömt in der Regel mehr Luft an der Kathode vorbei, als benötigt wird, wobei meist ein Luftüberschuss von 50% gegeben ist. Die Wasserstoffatome des an der Anode vorbeiströmenden wasserstoffreichen Brenngases diffundieren durch die Membrane und reagieren mit dem Luftsauerstoff. Dabei wird einerseits elektrischer Strom und Wärme erzeugt. 



  Die überschüssige Luft und das Abgas wird bei den herkömmlichen Lösungen über eine gemeinsame Ableitung in die Umgebung abgeführt. 



  Dadurch ergibt sich der Nachteil, dass energiereiches Gas ohne energetische Nutzung in die Umgebung abgeführt wird. 



  Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die eine sehr weitgehende Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie ermöglicht. 



  Erfindungsgemäss wird dies bei einer Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass einerseits die Brennstoffzelle mit den üblichen Luftüberschüssen betrieben werden kann und die energiereichen Abgase der beiden Kammern der Brennstoffzelle in dem katalytischen Nachbrenner energetisch genutzt werden können. Dabei kann die im Nachbrenner erzeugte Wärme sehr einfach über den nachgeordneten Wärmetauscher ausgekoppelt werden. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil einer besonders weitgehenden Ausnutzung der in den Abgasen der Brennstoffzelle enthaltenen Energie. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemässe Brennstoffzellenanordnung zeigt. 



  Die dargestellte Brennstoffzellenanordnung weist eine Brennstoffzelle 1 auf, die durch eine Membrane 5 in zwei Räume 4, 6 geteilt ist, wobei in dem Raum 4 eine Anode und im Raum 6 eine Kathode angeordnet sind. 



  Dabei ist der Raum 4 über eine Leitung 3 mit wasserstoffreichem Brenngas, wie z.B. eine Mischung aus H2, CO2, N2, H2O, geringe Mengen CmHn, CO und der Raum 6 über eine Leitung 2 mit Luft versorgbar. 



  Weiters sind die Räume 4 und 6 über Ableitungen 8, bzw. 7 mit einem nachgeordneten katalytischen Nachbrenner 9 verbunden, sodass dieser mit den Abgasen dieser Räume 4, 6 beaufschlagt wird. 



  Dieser Nachbrenner 9 ist mit einer Abgasleitung 10 mit einem kondensierenden Wärmetauscher 11 verbunden, sodass dieser mit den heissen Abgasen des Nachbrenners 9 beaufschlagt wird. Mit diesem Wärmetauscher 11 wird mittels eines Heizkreises 12 Wärme ausgekoppelt. Dabei ist der Wärmetauscher 11 mit einer Abgasleitung 13 und einer  Kondensatleitung 14 versehen, über die das weitgehend abgekühlte Abgas und das Kondensat abströmen kann. 



  Beim Betrieb strömt wasserstoffreiches Brenngas über die Leitung 3 und über die Leitung 2 Luft in die Räume 4 und 6 der Brennstoffzelle 1 ein. Dabei kommt es zu einem Durchdiffundieren von Wasserstoffionen H+ durch die Membrane 5, und es kommt zur Reaktion dieser Wasserstoffionen mit dem Luftsauerstoff im Raum 6, in dem sich die Kathode befindet. 



  Dadurch wird elektrischer Strom erzeugt, wobei auch Wärme entsteht. 



  Das entstehende Kathodenabgas gelangt über die Ableitung 7 und das Anodenabgas über die Ableitung 8 in den katalytischen Nachbrenner 9 und verbrennt dort. 



  Die dabei entstehenden heissen Abgase gelangen über die Abgasleitung 10 zum Wärmetauscher 11 und geben dort ihre Wärme an den Heizkreis 12 ab, wobei die Abgase auskondensieren und so auch ihre Kondensationswärme abgeben. 



  Die entsprechend weit abgekühlten Abgase strömen über die Abgasleitung 13 und das anfallende Kondensat über die Kondensatleitung 14 ab. 



  Durch die vorgeschlagene Anordnung kann die eingesetzte Primärenergie sehr weitgehend genutzt werden. 



  
 



  The invention relates to a fuel cell arrangement according to the preamble of claim 1.



  In such a fuel cell arrangement, as a rule, more air flows past the cathode than is required, an air excess of 50% usually being present. The hydrogen atoms of the hydrogen-rich fuel gas flowing past the anode diffuse through the membrane and react with the atmospheric oxygen. On the one hand, electricity and heat are generated.



  In the conventional solutions, the excess air and the exhaust gas are discharged into the environment via a common discharge.



  This has the disadvantage that high-energy gas is discharged into the environment without using energy.



  The aim of the invention is to avoid this disadvantage and to propose a fuel cell arrangement of the type mentioned at the outset which enables very extensive use of the primary energy used.



  According to the invention, this is achieved in a fuel cell arrangement of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.



  The proposed measures ensure that, on the one hand, the fuel cell can be operated with the usual excess air and the high-energy exhaust gases of the two chambers of the fuel cell can be used for energy in the catalytic afterburner. The heat generated in the afterburner can be very easily extracted via the downstream heat exchanger.



  The features of claim 2 result in the advantage of particularly extensive use of the energy contained in the exhaust gases of the fuel cell.



  The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing which schematically shows a fuel cell arrangement according to the invention.



  The fuel cell arrangement shown has a fuel cell 1 which is divided by a membrane 5 into two rooms 4, 6, an anode being arranged in the room 4 and a cathode being arranged in the room 6.



  The room 4 is connected via a line 3 with hydrogen-rich fuel gas, e.g. a mixture of H2, CO2, N2, H2O, small amounts of CmHn, CO and room 6 can be supplied with air via a line 2.



  Furthermore, rooms 4 and 6 are connected to a downstream catalytic afterburner 9 via discharge lines 8 and 7, respectively, so that the exhaust gases from these rooms 4, 6 are applied to them.



  This afterburner 9 is connected to an exhaust pipe 10 with a condensing heat exchanger 11, so that the hot exhaust gases of the afterburner 9 are applied to it. With this heat exchanger 11, heat is coupled out by means of a heating circuit 12. The heat exchanger 11 is provided with an exhaust line 13 and a condensate line 14, through which the largely cooled exhaust gas and the condensate can flow off.



  During operation, hydrogen-rich fuel gas flows via line 3 and line 2 into rooms 4 and 6 of fuel cell 1. This causes hydrogen ions H + to diffuse through the membrane 5, and these hydrogen ions react with the atmospheric oxygen in space 6 in which the cathode is located.



  This generates electrical current, which also generates heat.



  The resulting cathode exhaust gas passes through the discharge line 7 and the anode exhaust gas via the discharge line 8 into the catalytic afterburner 9 and burns there.



  The resulting hot exhaust gases reach the heat exchanger 11 via the exhaust line 10 and give off their heat to the heating circuit 12, the exhaust gases condensing out and thus also giving off their heat of condensation.



  The correspondingly cooled exhaust gases flow out via the exhaust line 13 and the condensate accumulating via the condensate line 14.



  The proposed arrangement allows the primary energy used to be used to a very large extent.

Claims

1. Fuel cell arrangement with a fuel cell (1) provided with an anode and a cathode, the anode and the cathode being arranged in spaces (4, 6) of the fuel cell (1) separated by a membrane (5) and the space having the anode (4) with hydrogen-rich gas and the space (6) containing the cathode can be acted upon by air, characterized in that the two chambers (4, 6) of the fuel cell (1) are provided with separate discharge lines (7, 8) which are provided in a catalytic afterburner (9) open, the afterburner (9) being followed by a heat exchanger (11).

2. Fuel cell arrangement according to claim 1, characterized in that the catalytic afterburner (9) downstream heat exchanger is designed as a condensation heat exchanger (11).