CN108474126B - 动态清扫腔 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冲扫布置系统(100)，用于在燃料电池单元的阳极侧(200A)冲扫(清扫)燃料电池单元(200)和/或在电解单元的阴极侧(300K)冲扫电解单元(300)。所述冲扫布置系统(100)具有冲扫通道(20、21)，所述冲扫通道具有第一冲扫通道部段(20)和第二冲扫通道部段(21)，所述第一冲扫通道部段和第二冲扫通道部段能通过冲扫布置系统(100)的放气阀(10)相互流体连通，并且所述冲扫布置系统还具有与冲扫通道(20、21)流体连通并且设置在放气阀(10)下游的缓冲存储器(30)，所述缓冲存储器具有存储腔(31)，所述存储腔设定为用于临时存储脉冲式地利用冲扫质量流(M1)从燃料电池单元(200)和/或电解单元(300)中冲扫出来的流体物质，而所述流体物质能随小于冲扫质量流(M1)的排放质量流(M2)从与第二冲扫通道部段(21)流体连通的流出元件(40)中排出。

Description

动态清扫腔
本发明涉及一种冲扫布置系统，用于在燃料电池单元的阳极侧冲扫(清扫)燃料电池单元和/或在电解单元的阴极的冲扫电解单元。本发明还涉及一种家用能源中心以及一种用于运行家用能源中心的方法。
用于在燃料电池单元的阳极侧冲扫燃料电池单元和/或在电解单元的阴极的冲扫电解单元的布置系统原理上是由现有技术已知的。为了将可能影响燃料电池和/或电解池的工作能力和使用寿命的不希望的外来气体成分以及局部地在电池结构中积聚的液态水导出，进行冲扫是必要的。
本发明的目的是，给出一种在H2安全性、运行特性和相关物料流的设计方面有所改进的冲扫布置系统、一种具有冲扫布置系统的家用能源中心以及一种用于运行家用能源中心的方法。
在冲扫布置系统方面，所述目的通过一种冲扫布置系统来实现，所述冲扫布置系统用于在燃料电池单元的阳极侧冲扫(清扫)燃料电池单元和/或在电解单元的阴极侧冲扫(清扫)电解单元，所述冲扫布置系统具有冲扫通道，所述冲扫通道具有第一冲扫通道部段和第二冲扫通道部段，所述第一冲扫通道部段和第二冲扫通道部段能通过冲扫布置系统的放气阀相互流体连通，并且所述冲扫布置系统还具有与冲扫通道流体连通并且设置在放气阀下游的缓冲存储器，所述缓冲存储器具有存储腔，所述存储腔设定为用于临时存储要脉冲式地利用冲扫质量流从燃料电池单元和/或电解单元中冲扫出来的流体物质，使得所述流体物质能够以小于冲扫质量流的排放质量流从与第二冲扫通道部段流体连通的流出元件中排出。通常大部分由H2组成的排放质量流可以混合到空气质量流中，从而所形成的气体混合物的H2浓度在所有运行状态下都明显低于H2在空气中的点燃下限。通过这种稀释效应可以实现设备更为安全的运行。
流出元件可以构造成孔板、节流阀、喷嘴、喷射泵、文杜里喷嘴或复合器。缓冲存储器可以由第二冲扫通道部段分支出来。第二冲扫通道部段可以至少局部地延伸通过缓冲存储器。
本发明包含这样的认知，即在根据现有技术进行冲扫时，所述冲扫脉冲式地用冲扫质量流来进行，通常在几分之一秒内就将较大量的氢气从燃料电池单元和/或电解单元中冲扫出。紧接着这种脉冲式的冲扫之后，有较长时间不再释放氢气。由此可以在混入排风时，可能局部以及暂时地出现危险的高氢气浓度、特别是还可能出现高于点燃下限的浓度，这种浓度可能导致危险的爆鸣气反应。因此，至少在具有高冲扫质量流(量)的所述脉冲期间要提高排风质量流(量)，以便确保充分的稀释效应。
由于根据本发明在放气阀的下游设置了带有存储腔的缓冲存储器，脉冲式地随冲扫质量流排出的流体物质可以与小于所述冲扫质量流的排放质量流一起排出。由此，可以有利地得到对脉冲式冲扫质量流的平缓作用，这有利地在排风质量流较小的同时实现了避免出现临界的氢气浓度。
在一个优选的设计方案中，存储腔是可膨胀的。存储腔能由于要脉冲式地利用冲扫质量流从燃料电池单元和/或电解单元中冲扫出来的流体物质而发生膨胀。存储腔有利地构造成波纹膜盒，所述波纹膜盒能够容纳相应的冲扫体积，就是说冲扫质量流量乘以一次冲扫的脉冲时长，而不会建立或只略微地建立反压力。构造成波纹膜盒的存储腔可以构造成，通过重力、特别是仅通过波纹膜盒能自由运动的端板重力返回其未膨胀的状态。为了有目的地对使波纹膜盒运动返回其未膨胀状态的力并且由此还有波纹膜盒缓冲器的卸载时间和关于时间的压力曲线进行适配，所述重力也可以通过安装弹簧装置来增强或部分地抵消。
为了避免出现功率损失提高以及老化效应，有利的是，对于每个冲扫过程，每kW标称功率分别在阳极侧从燃料电池单元冲扫出约0.75Nl(标准公升)富含H2的气体。优选一个脉冲式的冲扫过程持续少于0.5s，优选最长持续0.2s。同样有利的是，每kW标称功率分别从电解单元冲扫出约0.75Nl(标准公升)富含H2的气体。
在下面，如果没有另行说明，则应有以下假定，即针对燃料电池单元的要求设计的冲扫行程对于电解单元也是足够的。但在整个系统中功率大小和运行条件有明显改变时，所述设计方案也可以类似地通过电解单元的具体冲扫要求来实现。
阳极侧的压力以及由此还有冲扫过程的预压力对于在空气侧在环境压力下工作的燃料电池单元通常约为300毫巴。
在通常固定设置阳极压力时，用于燃料电池单元的冲扫质量流和冲扫体积在冲扫布置系统方面可以通过燃料电池放气阀(例如是电磁阀)上的流动阻力和/或在脉冲期间的开启时间来调整。
用于电解单元的冲扫质量流和冲扫体积可以通过冲扫过程开始时阴极压力的选择、电解池放气阀(例如是电磁阀)的流动阻力和/或在脉冲期间的开启时间来调整。
排风质量流和排放质量流的比例以及两个质量流混合的效率决定了废气中的可燃气体、特别是H2的浓度。所述浓度出于安全性原因应明显低于空气中的H2的点燃下限(H2在空气中的UZG(点燃下限)为4％)、优选低于约2％。在给定排风质量流时，这可以成为仍允许的最大排放质量流的限制性参量，并且整个冲扫布置系统据此进行规格设计。
可以通过以下参数来设计加载/卸载特性，特别是排放质量流的关于时间的走势：波纹膜盒的横截面积、波纹膜盒的长度-直径比例、波纹膜盒材料的弹簧刚度、能自由运动的端板的重量并且特别是流出元件的流动阻力的设计。下面说明的波纹膜盒和流出元件的设计数据可以适用于标称功率为1kW的燃料电池单元的冲扫装置。
特别优选的是，流出元件的流量系数大于或等于放气阀的流量系数。
波纹膜盒的横截面积优选为100至150cm2。特别优选的是，波纹膜盒的有效容积的长度-直径比例在偏移最大时为1.5:1至1:1。波纹膜盒的弹簧刚度优选在50至100N/m之间。波纹膜盒的弹性部件的材料优选可以由化学上稳定的并且永久弹性的弹性体或者由与水接触不会变脆的金属制成。
流出元件优选具有与放气阀基本上相同大小的流量系数。这例如可以通过具有约1mm的自由直径的孔板来实现。能自由移动的端板的重量优选在0.3至0.5kg之间。优选所述构造成波纹膜盒的存储腔在膨胀状态下具有小于3L的容积，优选是小于2.6L的容积。
优选将波纹膜盒设计成，使波纹膜盒中相对于环境的过压在运行中最大相当于阳极标称压力，例如为300毫巴。特别优选的是，波纹膜盒设计成，使得在存在最大偏移时所述过压小于100毫巴和/或在正常运行时，即在最高约为其最大偏移的50％时最高为20毫巴。
构造成波纹膜盒的存储腔的死点容积出于安全性原因优选设计成最小的。特别优选的是，构造成波纹膜盒的存储腔的死点容积设计成小于250ml。
存储腔可以构造成气囊式存储器或活塞式存储器(见图5)。备选于存储腔可膨胀的设计方案，也可以将存储腔构造成刚性的压力容器，在所述压力容器中，存储腔这样构造而成，使得要脉冲式地利用冲扫质量流从燃料电池单元和/或电解单元中冲扫出来的流体物质会导致在存储腔中发生压力升高。
在一个优选的实施形式中，缓冲存储器具有出口节流阀作为流出元件，所述出口节流阀可以构造成孔板。出口节流阀的尺寸可以设计成，使得例如在膨胀状态下具有2.6L容积的构造成波纹膜盒的存储容器能在至少30秒内卸载。
流出元件优选可以是烧结金属缸或烧结陶瓷缸或者金属绒，通过所述金属绒能将排放质量流均匀地分配到排风中。由此，流出的含水气体与稀释氢气浓度的排风的混合得到改善。在这个装置上的有利的标称压力损失可以类似于上面说明的出口节流阀来设计。
流出元件优选可以是催化活性的复合器或具有这种复合器。优选在存在氧化催化剂、优选是含贵金属的由铂系金属制成的催化剂时，给所述复合器供应含氢的排放体积流和高过量的空气，从而在空气中的氢气约为0.5％至8％、优选为1％至5％时氢气与空气中的氧的复合有控制且无火焰地在释放热量的情况下进行，从而形成水。
已经证实有利的是，所述复合器配设有用于给所述复合器供应空气的压缩机，对所述压缩机的操控与对放气阀的操控在时间上相关联。备选或附加地可以使对压缩机的操控与家用能源中心的通风设备时间上的预运行和/或惯性运行相关联。备选或附加地，可以使对压缩机的操控与排放质量流和/或通过家用能源中心的通风设备引起的排风流/废气流的出口温度相关联。
本发明的优点是，可以通过利用缓冲存储器使排放质量流均匀化来良好地调整所出现的浓度并且由此首次能够以较少的调节耗费可靠地控制复合(反应)。由此，包含在排放质量流中的氢气的化学能作为热量在处理过程中得到利用并且系统的排风不会受到来自冲扫过程的氢气的污染。
已经证实有利的是，流出元件设计成分别在正常运行时(缓冲存储器无故障的运行)每kW燃料电池标称功率有最高2.5Nl/min、优选最高2.0Nl/min的排放质量流。
冲扫布置系统可以构造成，将冲扫体积流降低到使排放体积流小于冲扫体积流的10％、优选小于3％。排放体积流向环境的排出优选通过至少50Nm3/h的大排风流/废气流进行。优选存储腔的标称运行压力以小于50毫巴，优选以小于20毫巴高于排风流/废气流的运行压力。
在冲扫过程中通常会有液态水被一同排出。在一个优选的方案中，首先将水从气流中分离出来并且此后将其有利地回输到燃料电池和/或电解池的处理过程中。这种水分离可以有利地在缓冲存储器中实现，因为在这里运载气体的流动速度对于通过重力分离液体来说有利地较小。
优选缓冲容器至少分别具有用于冲扫气体的一个入口和/或一个出口，连同含水的冲扫气体一起经由入口以高流动速度进入缓冲容器的液体在这里可以在重力作用下和/或通过导流的和/或分离液滴的内置件和/或在相应地切向导入时通过离心力或通过其他按现有技术常见的方法从气流中分离出来。所述液体优选可以汇集在缓冲存储器的底部上并且完整地经由液体出口导出，并且优选重新供应给处理过程。
冲扫布置系统可以连接在气体-液体分离器上、优选连接在存在于电解单元中的氧气分离器或在同样存在于这里的补充加水容器和/或补偿容器上，和/或具有气体-液体分离器、优选具有存在于电解单元中的氧气分离器或在同样存在于这里的补充加水容器和/或补偿容器。
所述气体-液体分离器和/或补偿容器可以设置在从第二冲扫通道部段中分支出来的辅助通道中。优选补偿容器设置在气体-液体分离器的下游。已经证实有利的是，辅助通道构造成虹吸管式的。构造成虹吸管式的辅助通道可以用作用于缓冲存储器的过压保护装置，在存在过高的氢气过压时，其水柱能够被压入气体-液体分离器中。此时通过辅助通道流出的氢气使得缓冲存储器发生压力卸载。在一个优选方案中，也可以将气体-液体分离功能集成到构造成虹吸管式的辅助通道中。通过这种设计方案，所述冲扫布置系统也可以将来自冲扫过程的水回输到电解模块中，以便重新利用。
所述冲扫布置系统可以具有填充高度传感器、特别是配设给缓冲存储器的填充高度传感器。所述填充高度传感器优选可以构造和设置成用于检测存储器的膨胀状态。填充高度传感器优选可以构造成光学传感器或磁性传感器或者构造成超声波传感器，并且优选允许在可能含水的环境中运行。优选填充高度传感器布置和设置成，使得所述填充高度传感器在优选最大为最大容积的80％的膨胀状态时触发安全链并防止氢气继续流出，所述膨胀状态可能在电磁阀由于故障不再能闭合的情况下出现。在一个优选的方法中，通过所述填充高度传感器还可以监视冲扫过程的质量和/或通过检测实际冲扫的体积使冲扫过程从开环控制过程转换到闭环控制过程。
在另一个优选的实施形式中，所述冲扫布置系统可以包括另一个或另外多个分别带有能膨胀的存储腔的缓冲存储器。至少两个所述存储腔可以关于冲扫质量流的通流这样流体连通，使得实现并联或串联地流动通过存储腔。这种布置形式的优点是，可以通过这种设计来调整不同的参数，这种设计方案例如使得可以实现两级的、改进的水分离，这种水分离特别是能在串联的流体连通中实现；和/或可以实现冗余结构或储备结构；和/或可以例如通过监视所述另外(冗余)的缓冲存储器的响应来检测故障情况。对于两级或多级缓冲，所述缓冲存储器例如可以通过电磁阀单独地接入或断开，或者所述缓冲存储器可以通过不同的设计在不同的压力下才作出响应。
在家用能源中心方面，所述目的通过一种家用能源中心来实现，所述家用能源中心具有至少一个燃料电池单元和/或电解单元，其中，所述家用能源中心具有前面描述的冲扫布置系统，所述冲扫布置系统连接成，用于在燃料电池单元的阳极侧冲扫燃料电池单元和/或在电解单元的阴极侧冲扫电解单元。
在所述家用能源中心的一个优选的设计方案中，所述家用能源中心具有居室(Aufenthaltsraum)通风系统，所述居室通风系统可以具有送风通道，经由送风通道能将供风导入居室通风系统。所述居室通风系统可以具有房间送风通道，经由所述房间送风通道能将空气从居室通风系统导入居室，例如起居室。所述居室通风系统还可以具有排风通道，经由所述排风通道能将排风从居室通风系统向周围环境引导。优选冲扫布置系统的所述流出元件设置成，使得从流出元件流出的流体物质能经由排风通道排出到周围环境中。
备选地，通过流出元件，流出的流体物质也可以混合到燃料电池单元的阴极空气中。此时在过流动通过阴极时，使得氢组分的大部分在位于此处的催化器/剂上与氧发生催化转化。此时形成水蒸气和热，所述热能提高空气温度并由此可供用于加热室内空气。
所述家用能源中心优选构造成和/或能这样运行，使得存储腔的标称运行压力以小于50毫巴、优选以小于20毫巴、更为优选地以小于10毫巴高于通过排风通道引导的排风流的运行压力。燃料电池单元的阳极侧优选设计成有最高300毫巴的运行压力。
具有冲扫布置系统的所述家用能源中心可以对应于前面描述的冲扫布置系统来进一步设计。
在用于运行家用能源中心的方法方面，所述目的利用以下步骤来实现：与排风一起经由排风通道排出所述流体物质。优选根据本发明的方法利用前面描述的家用能源中心来执行。另一个优选的布置形式这样构成，即，冲扫布置系统在尺寸和配置上设计成，所述冲扫布置系统可以同时用于燃料电池单元和电解单元，如果这两个部件同时存在于系统中。虽然通常燃料电池单元和电解单元不是同时运行，这两个部件对于冲扫布置系统提出的要求通常可能是不同的，但可以通过调节这里描述的参数有目的地满足所述要求。
已经证实有利的是，所述流体物质以每kW燃料电池标称功率最高2.5Nl/min的排出质量流排出和/或所述排风以至少100m3/h的体积流排出。所述方法可以设置间隔进行的冲扫，其中，对于每次冲扫优选每kW燃料电池单元标称功率最大有0.8Nl作为流体物质从燃料电池单元和/或电解单元随冲扫质量流流出。优选在所述间隔之间存在至少20秒的冲扫间歇，优选多于30秒的冲扫间歇。
所述方法优选设定，对于每次冲扫，每kW燃料电池单元标称功率最大有0.8Nl容纳在缓冲存储器中，并且通过流出元件以每kW燃料电池单元标称功率约2Nl/min的质量流排出。
下面参考附图来举例说明本发明的实施例。其中：
图1示出带有冲扫布置系统的家用能源中心的第一实施例的示意图；
图2示出带有冲扫布置系统的家用能源中心的第二实施例的示意图；
图3示出家用能源中心的带有作为流出元件的复合器的第三实施例的示意图；
图4示出冲扫质量流和排放质量流的时间曲线的示意图；
图5示出缓冲存储器的不同状态的示意图；以及
图6示出带有能膨胀的存储器的缓冲存储器的示意图。
图1中根据本发明的家用能源中心500具有燃料电池单元200。家用能源中心500可以具有居室通风系统，在所述居室通风系统中当前仅示出了送风通道551和排风通道555。此外家用能源中心500还具有用于在燃料电池单元的阳极侧200A冲扫燃料电池单元200的冲扫布置系统100。
所述冲扫布置系统100具有冲扫通道，所述冲扫通道在当前情况下通过第一冲扫通道部段20和第二冲扫通道部段21形成。第一冲扫通道部段20和第二冲扫通道部段21能通过冲扫布置系统100的放气阀10相互流体连通。第一冲扫通道部段20一方面与燃料电池单元200、在该实施例中是具有1kW标称功率的燃料电池单元的阳极侧200A流体连通，另一方面与放气阀10流体连通。在放气阀10的下游并且经由第二冲扫通道部段21与放气阀10流体连通地设有带有存储腔31的缓冲存储器30。所述缓冲存储器30从第二冲扫通道部段21中分支出来。
在当前情况下，存储腔31构造成波纹膜盒。所述构造成波纹膜盒的存储腔31用于临时存储要脉冲式地利用冲扫质量流M1从燃料电池单元200冲扫出来的流体物质。所述脉冲式地利用例如100Nl/min的冲扫质量流M1在约500毫秒的时长内冲扫出来的流体物质可以在放气阀10打开时进入构造成波纹膜盒的存储腔31中，此时存储腔发生膨胀。构造成波纹膜盒的存储腔31在膨胀状态E1下具有2.6L的容积。
冲扫布置系统100此外具有流出元件40，所述流出元件与第二冲扫通道部段21连体连通。流出元件40设计成在正常运行中有最高2.5Nl/min的排放质量流M2并且使流体物质与排放质量流M2一起流出，所述排放质量流M2在数值上明显小于冲扫质量流M1。
从第二冲扫通道部段21分支出辅助通道45，所述辅助通道在当前情况下构造成虹吸管式的。在辅助通道45中设置气体-液体分离器50和补偿容器60。
缓冲存储器30配设有填充高度传感器35，所述填充高度传感器在当前情况下构造并设置成用于检测存储腔31的膨胀状态。在当前情况下，存储腔31示出为膨胀小于50％，从而在当前情况下构造成光栅的填充高度传感器35没有被触发。
通过送风通道551送风ZL可以流入家用能源中心500的壳体部段510中，在当前情况下冲扫布置系统100和燃料电池单元200设置在家用能源中心500的壳体部段510的内部。通过排风通道555能够将排风AL从居室通风系统(未示出)导向周围环境。冲扫布置系统100的流出元件40设置成，使得从流出元件40流出的流体物质能经由排风通道555排出到周围环境中。
在图2中，家用能源中心500具有带有所连接的冲扫布置系统100的电解单元300。此外，在图2中还示出了没有示出的居室通风系统的送风通道551，所述送风通道伸入家用能源中心500的壳体部段510中。此外还可以看到没有示出的居室通风系统的排风通道555，排风AL可以由所述排风通道从配设给电解单元300的壳体部段510由家用能源中心500流出。
图2中的家用能源中心500具有用于在电解单元的阴极侧300K对电解单元300进行冲扫的冲扫布置系统100。冲扫布置系统100具有第一冲扫通道部段20和第二冲扫通道部段21。第一冲扫通道部段20和第二冲扫通道部段21能通过冲扫布置系统100的放气阀10相互流体连通。该冲扫布置系统100也具有设置在放气阀10的下游的带有存储腔31的缓冲存储器30，所述存储腔在当前情况下构造成波纹膜盒并且设定为用于临时存储要脉冲式地利用冲扫质量流M1从电解池300中冲扫出来的流体物质。第二冲扫通道部段21至少局部地延伸通过缓冲存储器30。
这种流体物质可以经由与第二冲扫通道部段21流体连通的流出元件40与小于冲扫质量流M1的排放质量流M2一起排出。
在当前情况下，冲扫布置系统100的流出元件40设置成，使得从流出元件40流出的流体物质能经由排风通道555向周围环境排出。
存储腔31具有内置的水分离器32，从而能够将分离出来的水回输给家用能源中心，以便继续使用。这在当前情况下通过辅助通道45来进行。
图3示出图1的布置系统，其中，流出元件40作为复合器提供。排放质量流M2流入这个作为复合器提供的流出元件40中并通过单独的风机41使空气流M3流入该流出元件。在复合器的内部，这两种物料流发生混合并且包含在排放质量流中的氢气与来自空气流M3的氧气催化转化成水和热量。这种现在不含氢的、经加热的产品气体混入排风AL。
图4用于参考时间上的质量流走势图说明根据本发明的冲扫布置系统的功能。
未示出的燃料电池单元在时刻T1、T2和T3分别用脉冲式的冲扫质量流M1、M1’、M1”冲扫。在各次冲扫之间分别存在24秒的间歇。如由图3可以看到的那样，这些脉冲式冲扫的冲扫质量流M1、M1’、M1”分别具有5个示例性的96Nl/min的冲扫质量流量，例如，当一次冲扫最大为0.8Nl时并且在500毫秒以内在燃料电池单元的阳极侧排出时，就是这种情况。相应的排放质量流M2、M2’、M3”在该图的下部示出。这些冲扫质量流分别包括低于2Nl/min的冲扫质量流量。在两次冲扫之间的间隔的一半处冲扫质量流M2、M2’、M3”例如达到0L/min的质量流，就是说，缓冲存储器相应地卸载并且对于下一个要脉冲式地进行排出的冲扫质量流做好准备。
图5示出根据本发明的冲扫布置系统100的缓冲存储器30的构造成波纹膜盒的存储腔31的三个膨胀状态E1、E2、E3。同样还示出配设给缓冲存储器30的填充高度传感器35，所述填充高度传感器用于检测存储腔31的相应膨胀状态，在当前情况下特别是用于对构造成波纹膜盒的存储腔31进行故障检测，在当前情况下所述填充高度传感器是光栅形式的。
图5a)示出膨胀状态E1，该膨胀状态在无故障的正常运行中直接存在于在接纳了脉冲式地随冲扫质量流输出的0.8Nl的冲扫之后，就是说处于在图3中在时刻T1、T2和T3示出的状态中。未膨胀的状态E0在图5a)中通过相应标注的轴来表示并且在构造成波纹膜盒的存储腔31中在流体物质为0至0.25Nl(死点体积)时存在所述状态。
如图5b)所示，构造成波纹膜盒的存储腔31膨胀到其最大膨胀状态的一半。例如在存在可能影响冲扫速率的软件出错时会出现这种状态。填充高度传感器35检测到在构造成波纹膜盒的存储腔31在图5B中示出的膨胀状态E2，由此使得不再触发其他的冲扫。
图5c)中示出构造成波纹膜盒的“悬停”在其膨胀最大的膨胀状态E3中的存储腔31的故障状态。这个膨胀状态E3也通过填充高度传感器35检测到。由于构造成波纹膜盒的存储腔31现在不能用作脉冲式冲扫出的冲扫物的阻尼缓冲器，排放质量流M2升高到不希望的高水平，例如为4Nl/min。为了防止出现这种不希望的状态，从第二冲扫通道部段21分支出辅助通道45，所述辅助通道具有气体-液体分离器50。由于辅助通道45在当前情况下构造成虹吸管式的，所述辅助通道用作用于构造成波纹膜盒的存储腔31的过压保护装置。
在图6中示出具有能膨胀的构造成活塞存储器的存储腔31的缓冲存储器30。冲扫质量流M1被导入用液体填充的存储腔31，所述存储腔在所示实施例中由同心设置的并能相对于彼此沿轴向运动的缸元件31’、31”限定并在此时排挤液体FL。内部的缸元件31’类似于活塞地向上运动并由此实现了存储腔31的膨胀。如在采用波纹膜盒(见图5)时那样，可以通过端板、这里是内部缸元件31’的顶板32以及可选地通过弹簧装置(未示出)在冲扫气容积中产生确定的压力，所述冲扫气容积可以通过流出元件40按希望的时间间隔排空。在图6所示的实施例中，也实现了气体-液体分离的功能。

Claims (19)

1.冲扫布置系统(100)，用于在燃料电池单元的阳极侧(200A)冲扫(清扫)燃料电池单元(200)和/或在电解单元的阴极侧(300K)冲扫电解单元(300)，所述冲扫布置系统(100)具有冲扫通道(20、21)，所述冲扫通道具有第一冲扫通道部段(20)和第二冲扫通道部段(21)，所述第一冲扫通道部段和第二冲扫通道部段能通过冲扫布置系统(100)的放气阀(10)相互流体连通，并且所述冲扫布置系统还具有与所述冲扫通道(20、21)流体连通并且设置在所述放气阀(10)下游的缓冲存储器(30)，所述缓冲存储器具有存储腔(31)，所述存储腔设定为用于临时存储要脉冲式地利用冲扫质量流(M1)从燃料电池单元(200)和/或电解单元(300)中冲扫出来的流体物质，使得所述流体物质能够以小于所述冲扫质量流(M1)的排放质量流(M2)从与所述第二冲扫通道部段(21)流体连通的流出元件(40)中排出，其中所述存储腔(31)能由于要脉冲式地利用冲扫质量流(M1)从所述燃料电池单元(200)和/或所述电解单元(300)中冲扫出来的流体物质而发生膨胀，并且设有配设给所述缓冲存储器(30)的填充高度传感器(35)，所述填充高度传感器特别是构造成和设置成用于检测所述存储腔(31)的膨胀状态，构造成波纹膜盒的所述存储腔(31)通过重力返回其未膨胀的状态(E0)。
2.根据权利要求1所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述存储腔(31)构造成活塞存储器或气囊式存储器或滚动薄膜存储器。
3.根据权利要求1或2所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，构造成波纹膜盒的存储腔(31)在膨胀状态(E1)下具有小于3升的容积。
4.根据权利要求1所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述存储腔(31)构造成刚性的压力容器，从而要脉冲式地利用冲扫质量流从所述燃料电池单元和/或所述电解单元中冲扫出来的流体物质会导致在所述存储腔中发生压力升高。
5.根据权利要求1所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述存储腔具有内置的水分离器，从而能够将分离出来的水回输给家用能源中心，以便进一步利用。
6.根据权利要求1所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述流出元件(40)设计成每kW燃料电池标称功率有最高2.5Nl/min的排放质量流(M2)。
7.根据权利要求1所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，设有气体-液体分离器(50)和/或补偿容器(60)，所述气体-液体分离器和/或补偿容器设置在所述冲扫布置系统(100)的从所述第二冲扫通道部段(21)中分支出来的辅助通道(45)中。
8.根据权利要求7所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述辅助通道(45)构造成虹吸管式的。
9.根据权利要求1所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述流出元件(40)是催化活性的复合器或具有这种复合器。
10.根据权利要求9所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述复合器配设有用于给所述复合器供应空气的压缩机，对所述压缩机的操控与对放气阀(10)的操控在时间上相关联。
11.根据权利要求1所述的冲扫布置系统(100)，其特征在于，所述流出元件(40)的流量系数大于或等于所述放气阀(10)的流量系数。
12.家用能源中心(500)，具有至少一个燃料电池单元(200)和/或电解单元(300)，其特征在于，所述家用能源中心(500)具有根据前述权利要求中任一项所述的冲扫布置系统(100)，所述冲扫布置系统连接成，用于在所述燃料电池单元的阳极侧(200A)冲扫所述燃料电池单元(200)和/或在所述电解单元的阴极侧(300K)冲扫所述电解单元(300)。
13.根据权利要求12所述的家用能源中心(500)，其特征在于，设有居室通风系统(550)，所述居室通风系统具有外送风通道(551、551‘)、房间送风通道(553)和排风通道(555)，经由所述外送风通道能将供风导入所述居室通风系统(550)，经由所述房间送风通道能将空气从居室通风系统(550)导入居室，经由所述排风通道能将排风从所述居室通风系统(550)向周围环境引导，其中，所述冲扫布置系统(100)的所述流出元件(40)设置成，使得从所述流出元件(40)流出的流体物质能经由所述排风通道(555)排出到周围环境中。
14.根据权利要求12或13所述的家用能源中心(500)，其特征在于，所述存储腔(31)的标称运行压力以小于50毫巴高于通过所述排风通道(555)引导的排风流的运行压力。
15.根据权利要求12或13所述的家用能源中心(500)，其特征在于，所述燃料电池单元(200)的所述阳极侧(200A)设计成有最高300毫巴的运行压力。
16.根据权利要求14所述的家用能源中心(500)，其特征在于，所述存储腔(31)的标称运行压力以小于20毫巴高于通过所述排风通道(555)引导的排风流的运行压力。
17.根据权利要求14所述的家用能源中心(500)，其特征在于，所述存储腔(31)的标称运行压力以小于10毫巴高于通过所述排风通道(555)引导的排风流的运行压力。
18.用于运行根据权利要求12至17中任一项所述的家用能源中心(500)的方法，具有以下步骤：与排风一起经由排风通道(555)排出所述流体物质。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述流体物质以每kW燃料电池标称功率最高2.5Nl/min的排放质量流排出和/或所述排风以至少500m3/h的体积流排出。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018133203A1 (de) 2018-12-20 2020-06-25 Hps Home Power Solutions Gmbh Spülsystem und Verfahren zu dessen Überwachung
DE102018133201A1 (de) 2018-12-20 2020-06-25 Hps Home Power Solutions Gmbh Spülsystem und dessen Verwendung in einem Energiesystem
AT522522B1 (de) 2019-05-09 2021-06-15 Avl List Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Entfernen von Wasser aus dem Brennstoffzellensystem
JP7298541B2 (ja) * 2020-05-19 2023-06-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
EP4317761A1 (de) 2022-08-03 2024-02-07 HPS Home Power Solutions AG Speichervorrichtung zum speichern von gas
DE102022130105A1 (de) 2022-08-03 2024-02-08 Hps Home Power Solutions Ag Speichervorrichtung zum Speichern von Gas

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012113932A2 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Heliocentris Energiesysteme Gmbh Lüftungs- und heizsystem
DE102014103724A1 (de) * 2014-03-19 2015-09-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001130901A (ja) * 1999-11-02 2001-05-15 Mitsubishi Corp 水素エネルギ供給装置
JP4470346B2 (ja) * 2001-01-18 2010-06-02 トヨタ自動車株式会社 車載用燃料電池システムおよび水素オフガス排出方法
US20060105244A1 (en) * 2002-06-08 2006-05-18 Kejha Joseph B Lithium based electrochemical devices having a ceramic separator glued therein by an ion conductive adhesive
JP4649861B2 (ja) * 2003-09-09 2011-03-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7651806B2 (en) * 2004-03-26 2010-01-26 Gm Global Technology Operations, Inc. Non-flammable exhaust enabler for hydrogen powered fuel cells
DE102004055158B4 (de) 2004-11-16 2015-07-16 Volkswagen Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
US9269973B2 (en) 2010-10-21 2016-02-23 Nissan Motor Co., Ltd. Operating method of fuel cell system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012113932A2 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Heliocentris Energiesysteme Gmbh Lüftungs- und heizsystem
DE102014103724A1 (de) * 2014-03-19 2015-09-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung

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Publication number Publication date
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US10886546B2 (en) 2021-01-05
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