DE10007902A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

Brennstoffzellensystem

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DE10007902A1
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem weist folgendes auf: DOLLAR A eine Brennstoffzellenanordnung 2, die elektrische Energie unter Verwendung eines Brennstoffgases und eines Oxidationsmittelgases erzeugt, eine Verbrennungsvorrichtung 3, die ein Austrittsgas des Brennstoffgases, das von der Brennstoffzellenanordnung 2 ausgegeben wird, verbrennt, eine Oxidationsmittelgasliefervorrichtung 4, die eine Turbine 41 und einen Kompressor 43 aufweist, wobei die Turbine 41 durch die Verbrennungsenergie eines abgegebenen Gases gedreht wird, das von der Verbrennungsvorrichtung 3 abgegeben wird, wobei der Kompressor 43 an die Turbine 41 gekuppelt ist, um das Oxidationsmittelgas mit Druck zu beaufschlagen, wobei die Oxidationsmittelgasliefervorrichtung 4 mit der Brennstoffzellenanordnung 2 für ein Liefern des mit Druck beaufschlagten Oxidationsmittelgases verbunden ist, eine Reformervorrichtung 1, die einen Brennstoff der Kohlenwasserstoff-Familie zu dem Brennstoffgas reformiert, und eine Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung 51 für ein erneutes Druckbeaufschlagen des mit Druck beaufschlagten Oxidationsmittelgases, wobei die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung 51 zwischen der Reformervorrichtung 1 und der Brennstoffzellenanordnung 2 angeschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und insbesondere auf ein Brennstoffzellensystem, das an Kraftfahrzeugen montiert ist.
Im Allgemeinen beträgt der Verbrauch an in einem zu einer Brennstoffzellenanordnung gelieferten Brennstoffgas enthaltenen Wasserstoff nicht 100% sondern ungefähr 80%. Somit enthält ein Austrittsgas des Brennstoffgases eine erhebliche Menge an Wasserstoff. Bei der anhängigen US-Patentanmeldung, die am ersten Juni 1999 angemeldet wurde und die die laufende Nummer 09/323 551 hat, wird ein derartige Austrittsgas in einer Verbrennungsvorrichtung verbrannt und die Energie die sich ergebenden Abgases wird zum Antreiben einer Turbine verwendet. Die Turbine ist mit einem Kompressor verbunden und wenn der Kompressor eingeschaltet wird, wird ein Oxidationsmittelgas zu einer Brennstoffzellenanordnung geliefert. Somit kann die zum Antreiben eines Elektromotors, der die Turbine antreibt, erforderliche elektrische Energie verringert werden.
Bei dem vorstehend erwähnten Brennstoffzellensystem wird die Lieferung des Oxidationsmittelgases zu der Reformervorrichtung durch eine andere Kombination aus einer Turbine und einem Elektromotor verwirklicht. Somit besteht ein Bedarf an einem Verringern der durch diesen Elektromotor verbrauchten elektrischen Energie.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem zu schaffen, das einen derartigen Bedarf deckt.
Um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt ein Brennstoffzellensystem, das folgendes aufweist: eine Brennstoffzellenanordnung, die elektrische Energie unter Verwendung eines Brennstoffgases und eines Oxidationsmittelgases erzeugt, eine Verbrennungsvorrichtung, die ein Austrittsgas des Brennstoffgases, das von der Brennstoffzellenanordnung ausgegeben wird, verbrennt, eine Oxidationsmittelgasliefervorrichtung, die eine Turbine und einen Kompressor aufweist, wobei die Turbine durch eine Verbrennungsenergie eines Abgases gedreht wird, das von der Verbrennungsvorrichtung abgegeben wird, wobei der Kompressor an die Turbine gekuppelt ist, um das Oxidationsmittelgas mit Druck zu beaufschlagen, wobei die Oxidationsmittelgasliefervorrichtung mit der Brennstoffzellenanordnung verbunden ist, um das mit Druck beaufschlagte Oxidationsmittelgas zuzuführen, eine Reformervorrichtung, die einen Brennstoff der Kohlenwasserstoff- Familie zu einem Brennstoffgas reformiert, und eine Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung für eine erneute Druckbeaufschlagung des mit Druck beaufschlagten Oxidationsmittelgases, wobei die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung zwischen der Reformervorrichtung und der Brennstoffzellenanordnung angeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung schafft in einem zweiten Aspekt eine Abwandlung eines Brennstoffzellensystems gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer derartigen Weise, dass die Reformervorrichtung einen Reformerabschnitt, der den Brennstoff der Kohlenwasserstoff-Familie zu einem Brennstoffgas reformiert, und eine CO-Reduziervorrichtung, die den CO-Bestandteil in dem Brennstoffgas reduziert, aufweist, wobei der Reformerabschnitt und der CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung mit der Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung über eine Strömungsratensteuereinrichtung verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem dritten Aspekt eine Abwandlung eines Brennstoffzellensystems gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer derartigen Weise, dass die Strömungsratensteuereinrichtung die Form eines Dreiwegeventils hat.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem vierten Aspekt eine Abwandlung eines Brennstoffzellensystems gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer derartigen Weise, dass die Strömungsratensteuereinrichtung die Form von zwei in üblicher Weise aufgebauten Strömungsratensteuerventilen hat.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem fünften Aspekt eine Abwandlung eines Brennstoffzellensystems gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer derartigen Weise, dass die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung die Form von zwei Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtungen hat, wobei die Reformervorrichtung einen Reformerabschnitt, der den Brennstoff der Kohlenwasserstoff-Familie zu dem Brennstoffgas reformiert, und eine CO-Reduziervorrichtung, die den CO- Bestandteil in dem Brennstoffgas reduziert, aufweist, wobei der Reformerabschnitt und der CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung jeweils mit den Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtungen verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem sechsten Aspekt eine Abwandlung eines Brennstoffzellensystems gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer derartigen Weise, dass das Brennstoffzellensystem des weiteren eine Messeinrichtung aufweist, die eine Druckdifferenz zwischen dem Oxidationsmittelgas und dem Brennstoffgas bestimmt, die zu der Brennstoffzellenanordnung zu liefern sind.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das zu der Reformervorrichtung von der Oxidationsgasliefervorrichtung zu liefernde Oxidationsmittelgas so eingestellt, dass sein Druck erneut zunimmt, wobei ein Gleichgewichtszustand in Bezug auf den Druck zwischen dem Brennstoffgas und dem Oxidationsmittelgas verwirklicht werden kann, die zu der Brennstoffzellenanordnung zu liefern sind, was die Probleme in Bezug auf die Haltbarkeit einer Festpolymerelektrolytmembran und in Bezug auf die Unmöglichkeit eines Lieferns des Oxidationsmittelgases zu der Verbrennungsvorrichtung mit dem Ergebnis löst, dass die Lieferung des Oxidationsmittelgases zu sowohl der Brennstoffzellenanordnung als auch der Reformervorrichtung von der Oxidationsmittelgasliefervorrichtung möglich wird, wodurch die bei dem Brennstoffzellensystem verbrauchte elektrische Energie verringert wird.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Strömungsrate des zu dem Reformerabschnitt der Reformervorrichtung gelieferten Oxidationsmittelgases und die Strömungsrate des zu dem CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung gelieferten Oxidationsmittelgases unabhängig variiert oder eingestellt werden, was ein geeignetes Einstellen der Strömungsrate des Oxidationsmittelgases ermöglicht, das jeweils zu dem Reformerabschnitt und dem CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung geliefert wird.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Dreiwegeventil als Strömungssteuereinrichtung angewendet. Das Dreiwegeventil ist im Handel erhältlich und hat einen einfachen Aufbau, was ein Verwirklichen der unabhängigen Strömungsratensteuerungen in einer leicht ausführbaren Weise ermöglicht.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden zwei in üblicher Weise aufgebaute Strömungsratensteuerventile als Strömungssteuereinrichtung angewendet. Derartige Ventile sind im Handel erhältlich und haben einen einfachen Aufbau, was ein Verwirklichen der unabhängigen Strömungsratensteuerung in einer leicht ausführbaren Weise ermöglicht.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Strömungsrate des zu dem Reformerabschnitt der Reformervorrichtung gelieferten Oxidationsmittelgases und die Strömungsrate des zu dem CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung gelieferten Oxidationsmittelgases unabhängig durch die beiden Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtungen variiert oder eingestellt werden, was ein geeignetes Einstellen der Strömungsrate des Oxidationsmittelgases ermöglicht, das jeweils zu dem Reformerabschnitt und dem CO-Reduzieabschnitt der Reformervorrichtung geliefert wird.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt die Druckdifferenzmesseinrichtung den Druckunterschied zwischen dem Oxidationsmittelgas und dem Brennstoffgas, was ein geeignetes Verwirklichen oder ein angemessenes Steuern von jeweils der Oxidationsmittelgasliefervorrichtung, der Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtung und der Strömungsratensteuereinrichtung ermöglicht.
Das Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass derartige Probleme gelöst werden können, die dann auftreten, wenn das Oxidationsmittelgas von der Gemeinschaftsoxidationsmittelgaslieferquelle zu sowohl der Reformervorrichtung als auch der Brennstoffzellenanordnung geliefert wird. Genauer gesagt tritt auf Grund des Umstandes, dass der Druck des bei der Reformervorrichtung erzeugten Brennstoffgases von dem Druck des zu der Reformervorrichtung gelieferten Oxidationsmittelgases bei der Anwendung der vorstehend erwähnten Gemeinschaftsoxidationsmittelgasliefervorrichtung abhängt, ein Druckunterschied zwischen dem direkt von der Oxidationsmittelgasliefervorrichtung zu der Brennstoffzellenanordnung gelieferten Oxidationsmittelgas und dem indirekt über die Reformervorrichtung von der Oxidationsmittelgasliefervorrichtung zu der Brennstoffzellenanordnung gelieferten Oxidationsmittelgas auf.
Fast gänzlich ergibt sich ein derartiger Druckunterschied von dem Druckverlust des Oxidationsmittelgases in der Reformervorrichtung. Wenn der vorstehend erwähnte Druckunterschied zu groß ist, wird auf die Festpolymerelektrolytmembran eine übermäßige Belastung aufgebracht, was ein ernsthaftes Problem in Bezug auf seine Haltbarkeit bewirkt. Wenn darüber hinaus die Oxidationsmittelgasliefervorrichtung durch die Turbine angetrieben wird, werden die Austrittsgase sowohl des Oxidationsmittelgases als auch des Brennstoffgases in der Verbrennungsvorrichtung verbrannt. Wenn das Oxidationsmittelgas von der Oxidationsmittelgasliefervorrichtung zu der Brennstoffzellenanordnung geliefert wird, während der Druck unverändert gestaltet wird und das Austrittsgas des Oxidationsmittelgases unverändert zu der Verbrennungsvorrichtung geliefert wird, wird das sich ergebende Verbrennen oder der Verbrennungsdruck hoch, wobei die Menge an durch die Turbine rückgewonnener Energie zunimmt.
Jedoch wird, wie dies vorstehend erläutert ist, auf Grund des Druckverlustes in der Reformervorrichtung der Druck des Abgases des Brennstoffgases entsprechend gering, wenn dieses zu der Brennstoffzellenanordnung geliefert wird, was dazu führt, dass ein Eintreten des Austrittsgases von dem Brennstoffgas in die Verbrennungsvorrichtung unmöglich wird, in der der Druck des Oxidationsmittelgases höher als der Druck des eintretenden Austrittsgases des Brennstoffgases ist. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass das Oxidationsmittelgas sich zu der Seite der Brennstoffelektrode von der Brennstoffzellenanordnung aufgrund einer Umkehr durch die Leitung bewegt, die für die Lieferung des Austrittsgases des Brennstoffgases zu der Brennstoffzellenanordnung verwendet wird.
Im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Umstände ist es für ein Verwirklichen eines Druckgleichgewichtszustandes, bei dem ein Liefern des Austrittsgases des Brennstoffgases zu der Verbrennungsvorrichtung möglich ist, erforderlich, den Druck des Oxidationsmittelgases und den Druck des Brennstoffgases auszugleichen, die zu der Verbrennungsvorrichtung geliefert werden, indem ein Drosselventil in der Leitung vorgesehen wird, durch die das Oxidationsmittelgas sich zu der Verbrennungsvorrichtung bewegt. Jedoch bewirkt eine derartige Gestaltung eine Zunahme des Widerstandes in der Leitung, wodurch die Ausstoßmenge an Oxidationsmittelgas von der Oxidationsmittelgasliefervorrichtung abnimmt.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wird eine Druckbeaufschlagung des Brennstoffgases vorgeschlagen, die durch eine Zunahme des Drucks des Oxidationsmittelgases beim Einleiten in die Reformervorrichtung verwirklicht werden kann. Das heißt das zu der Reformervorrichtung gelieferte Oxidationsmittelgas wird erhalten, indem die Leitung verwendet wird, die von der Oxidationsmittelgasliefervorrichtung für die Kraftstoffzellenanordnung abzweigt, und die sich ergebende Leitung wird darin mit der Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtung vorgesehen, wodurch das Oxidationsmittelgas um einen erwünschten Betrag zunimmt, bevor es zu der Reformervorrichtung geliefert wird.
Somit wird der Druckausgleich bei dem zur Debatte stehenden Gasliefersystem gleichzeitig gelöst und die Strömungsratensteuerung oder Einstellung des Oxidationsmittelgases, das in die Reformervorrichtung strömt, wird leichter. Außerdem beaufschlagt die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtung das Oxidationsmittelgas oder die Luft bei Umgebungsdruck nicht mit Druck, sondern sie beaufschlagt das Oxidationsmittel bei einem Vordruckbeaufschlagungswert von ungefähr 49050 Pa (0,5 kgf/cm2) mit Druck, wodurch nicht viel elektrische Energie erforderlich ist.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehend erörterte detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
Fig. 1 zeigt eine schematische Abbildung eines Brennstoffzellensystems der Festzustandpolymerelektrolytart gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Abbildung eines Brennstoffzellensystems der Festzustandpolymerelektrolytart gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Abbildung eines Brennstoffzellensystems der Festzustandpolymerelektrolytart gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In den Zeichnungen sind mit gleichen Bezugszeichen identische, gleichwertige oder entsprechende Abschnitte in sämtlichen Ansichten bezeichnet und deren Erläuterung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung und nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein dort abgebildetes Brennstoffzellensystem der Festzustandpolymerelektrolytart gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei diesem Brennstoffzellensystem der Festzustandpolymerelektrolytart werden Luft und ein aus Methanol reformiertes Brennstoffgas als ein Oxidationsmittelgas beziehungsweise ein Brennstoffgas verwendet.
Das Brennstoffzellensystem der Festzustandpolymerelektrolytart hat eine Reformervorrichtung 1, eine Brennstoffzellenanordnung 2, eine Verbrennungsvorrichtung 3, einen turbounterstützten Kompressor oder Turbokompressor 4 als eine Vorrichtung zum Liefern eines Oxidationsmittelgases und einen Kompressor 51 als eine Vorrichtung für ein erneutes Druckbeaufschlagen des Oxidationsmittelgases. Das Brennstoffzellensystem der Festzustandpolymerelektrolytart ist ebenfalls mit einem Wasserbehälter 5, in dem eine Menge an Wasser aufbewahrt wird, einem Methanolbehälter 6, in dem eine bestimmte Menge an Methanol aufbewahrt wird, einem Strömungsratensteuerventil V1 als eine Strömungsratensteuereinrichtung, einem Strömungsratensteuerventil V2 als eine andere Strömungsratensteuereinrichtung, einem Differenzdrucksensor oder einer Messeinrichtung 7 als eine Druckunterschiedsanzeigeeinrichtung und mit anderen verschiedenen Elementen wie beispielsweise Leitungen und Pumpen versehen.
Die Reformervorrichtung 1 ist eine Vorrichtung für ein Umwandeln des Wassers und des Methanols als Brennstoff jeweils durch ein Reformieren zu einem Brennstoffgas, das eine bestimmte Menge an Wasserstoff als sein Hauptbestandteil oder Hauptelement enthält. Die Reformervorrichtung 1 ist aus einem Verbrennungsabschnitt 101, einem Verdampfungsabschnitt 102, einem Reformerabschnitt 103 und einem CO-Reduzierabschnitt 104 gebildet. Der Verbrennungsabschnitt 101 der Reformervorrichtung 1 ist mit dem Methanolbehälter 6 und einem Luftkompressor C1 über die Methanolpumpe P3 beziehungsweise eine Luftleitung 13 jeweils verbunden. Der Verdampfungsabschnitt 102 der Reformervorrichtung 1 ist mit dem Wasserbehälter 5 und dem Methanolbehälter 6 über eine Wasserpumpe P1 und einer Methanolpumpe P2 jeweils verbunden.
Der Turbokompressor 4 wird durch eine Turbine 41, einen elektrisch betriebenen Motor 42 und einem Kompressor 43 gebildet. Während die Verbrennungsvorrichtung 3 sich in Betrieb befindet, wird das sich ergebende Abgas benutzt, um die Turbine 41 anzutreiben oder zu drehen, was dazu führt, dass der Kompressor 43 angetrieben wird. Der Motor 42 ist so eingestellt, dass er den Kompressor 43 nur dann elektrisch antreibt, wenn das Abgas wenig oder unzureichend Energie hat, wie beispielsweise in dem Fall eines Startens des Brennstoffzellensystems.
Der Kompressor 43 ist so gestaltet, dass er Luft verdichtet, die als ein Oxidationsmittelgas angewendet wird, und die sich ergebende Luft oder die unter Druck stehende Luft wird zu einer Lufteinlassöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert. Der Kompressor 43 ist ebenfalls mit dem Kompressor 51 über eine Leitung 16a verbunden, die von einer Leitung 16 abzweigt.
Der Kompressor 51 ist mit dem Strömungsratensteuerventil V1 über die Luftleitung 16b verbunden. Das Strömungsratensteuerventil V1 ist mit dem Reformerabschnitt 103 der Reformervorrichtung 1 über die Luftleitung 16c verbunden. Außerdem ist der Kompressor 51 mit dem Fluidsteuerventil V2 über die Luftleitung 16d verbunden, die von der Luftleitung 16b abzweigt. Das Strömungsratensteuerventil V2 ist mit dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 über eine Luftleitung 16e verbunden. Der CO-Reduzierabschnitt 104 ist mit einer Brennstoffgaseinlassöffnung 21 der Brennstoffzellenanordnung 2 verbunden.
Die Differenzdruckmesseinrichtung 7 ist zum Bestimmen eines Druckunterschiedes zwischen dem Brennstoffgas und der Luft angeordnet oder vorgesehen, die jeweils zu der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert werden. Die Differenzdruckmesseinrichtung 7 ist zwischen einem Abschnitt der Brennstoffleitung 14, der sich nahe zu der Brennstoffgaseinlassöffnung 21 der Brennstoffzellenanordnung 2 befindet, und einem Abschnitt der Luftleitung 16, der sich nahe zu der Lufteinlassöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 befindet, angeschlossen. Es sollte beachtet werden, dass außerdem eine andere Vorrichtung anwendbar ist, die Druckerfassungssensoren aufweist, die in der Brennstoffleitung 14 und der Luftleitung 16 jeweils vorgesehen sind, wobei ein Gerät einen Unterschied zwischen den durch die jeweiligen Sensoren gemessenen oder gelesenen Drücken berechnet.
Die Brennstoffzellenanordnung 2 ist mit einer Austrittsgasauslassöffnung 23 versehen, aus der ein Austrittsgas abgegeben wird. Die Austrittsgasauslassöffnung 23 ist mit einer Austrittsgaslieferöffnung 31 der Verbrennungsvorrichtung 3 über eine Brennstoffaustrittsgasleitung 19 verbunden. Eine Luftaustrittsgasauslassöffnung 24 der Brennstoffzelle 2 ist mit einer Luftaustrittsgaslieferöffnung 33 der Verbrennungsvorrichtung 3 verbunden.
Die Verbrennungsvorrichtung 3 ist eine Vorrichtung, die das Brennstoffgas unter Anwendung des Luftaustrittsgases als sein Verbrennungshilfsmittel verbrennt. Die Verbrennungsvorrichtung 3 ist mit einer Abgasöffnung 35 versehen, von der ein Abgas abgegeben wird. Die Abgasöffnung 35 ist mit der Turbine 41 des Turbokompressors 4 über eine Abgasleitung 27 verbunden.
Im Betrieb wird unmittelbar dann, wenn das Brennstoffzellensystem zum Starten eingeschaltet wird, die Methanolpumpe P3 angetrieben, um Methanol von dem Methanolbehälter 6 zu dem Verbrennungsabschnitt 101 der Reformervorrichtung 1 zu liefern. Der Motor 42 des Turbokompressors 4 wird ebenfalls eingeschaltet, um den Kompressor 43 anzutreiben. Gleichzeitig wird der Luftkompressor C1 eingeschaltet. Das zu dem Verbrennungsabschnitt 101 der Reformervorrichtung 1 gelieferte Methanol wird unter Zuhilfenahme der Luft, die als das Brennhilfsmittel wirkt, mit dem Ergebnis verbrannt, dass der Verdampfungsabschnitt 102 des Reformers auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird.
Die Wasserpumpe P1 liefert das Wasser von dem Wasserbehälter 5 zu dem Verdampfungsabschnitt 102 der Reformervorrichtung 1, während die Methanolpumpe 2 Methanol von dem Methanolbehälter 6 zu dem Verdampfungsabschnitt 102 der Reformervorrichtung 1 liefert. Das Wasser und das Methanol werden zu dem Reformerabschnitt 103 nach dem Verdampfen in dem Verdampferabschnitt 102 zugeführt.
Der Kompressor 43 des Turbokompressors 4 liefert die Luft zu der Lufteinlassöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 über die Luftleitung 16. Gleichzeitig liefert der Kompressor 43 Luft zu dem Kompressor 51 über die Luftleitung 16a. Diese Luft wird in dem Kompressor 51 mit Druck beaufschlagt. Die unter Druck stehende Luft wird von dem Kompressor 51 zu dem Reformerabschnitt 103 der Reformervorrichtung 101 über die Luftleitung 16b, das Strömungsratensteuerventil V1 und die Luftleitung 16c geliefert. Parallel dazu wird die unter Druck stehende Luft von dem Kompressor 51 zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 über die Luftleitung 16b, die Luftleitung 16d, das Strömungsratensteuerventil V2 und die Luftleitung 16e geliefert.
In dem Reformerabschnitt 103 der Reformervorrichtung 1 werden das Wasser und das Methanol, die sich im gasförmigen Zustand oder im verdampften Zustand befinden, mit der von dem Kompressor 51 gelieferten Luft vermischt, wodurch sie zu einem Brennstoffgas, das Wasserstoff als Hauptbestandteil enthält, gemäß der nachstehend aufgeführten chemischen Reaktion umgewandelt werden, die durch einen Reformerkatalysator wie beispielsweise ein Pd-Katalysator oder ein Cu-Zn-Katalysator unterstützt wird.
CH3OH + 0.13 O2 + 0.47 N2 + 0.75 H2O
→ 2.75 H2 + CO2 + 0.47 N2
Das sich ergebende Brennstoffgas, das CO bei einer von 0,5 bis 1% reichende Rate enthält, wird zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 zugeführt. In dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 wird derartiges CO zu CO2 durch die von dem Kompressor 51 gelieferte Luft in einer derartigen Weise oxidiert, dass eine derartige Oxidationsreaktion durch einen CO- Reduzierkatalysator wie beispielsweise ein Pt-Katalysator veranlasst wird, wodurch die CO-Konzentration auf einen Wert abnimmt, der gleich oder niedriger einem Wert 10 ppm ist. Das sich ergebende oder CO-reduzierte Brennstoffgas wird zu der Brennstoffgaslieferöffnung 21 der Brennstoffzellenanordnung 2 zugeführt.
Die Brennstoffzellenanordnung 2 hat eine Vielzahl an (nicht gezeigten) aufeinanderfolgend angeordneten Zellen, wobei dieser Aufbau bekannt ist. Jede Zelle ist so aufgebaut, dass sie eine Festpolymerelektrolytmembran zwischen einer Brennstoffelektrode und einer Oxidationselektrode sandwichartig angeordnet (wobei diese sämtlich nicht gezeigt sind). An der Brennstoffelektrode bewirkt der Kontakt zwischen dem Wasserstoffgas in dem Brennstoffgas mit dem Katalysator die nachstehend aufgeführte chemische Reaktion.
2 H2 → 4 H+ + 4e-
Das H+ oder Plusion des Wasserstoffs tritt durch die Festpolymerelektrolytmembran, erreicht den Oxidationskatalysator und reagiert mit dem Sauerstoff in der Umgebungsluft, was zur Erzeugung von Wasser führt, wodurch elektrische Energie erzeugt wird. Eine derartige Reaktion wird durch die folgende Formel ausgedrückt.
4 H+ + 4 e- + 2 H2 → 2 H2O
In der Brennstoffzellenanordnung 2 wird der in dem Brennstoffgas enthaltene Wasserstoff nicht bei einer Rate von 100% sondern von ungefähr 80% verwendet. Der verbleibende Wasserstoff oder der Wasserstoff, der nicht genutzt oder verbraucht worden ist, wird zu der Brennstoffgaslieferöffnung 31 der Verbrennungsvorrichtung 3 über die Brennstoffgasauslassleitung 19 zugeführt.
Andererseits wird die Brennstoffzellenanordnung 2 mit einem Luftüberschuss beliefert, was dazu führt, dass derartige Luft oder das Luftaustrittsgas von der Luftaustrittsgasauslassöffnung 24 abgegeben wird. Das Luftabgas wird dann zu der Luftlieferöffnung 33 der Verbrennungsvorrichtung 3 geliefert.
In der Verbrennungsvorrichtung 3 werden die Austrittsgase jeweils des Brennstoffgases und der Luft verbrannt. Das sich ergebende von der Verbrennungsvorrichtung 3 abgegebene Abgas wird zu der Turbine 41 des Turbokompressors 4 zugeführt, wodurch die Turbine 41 angetrieben wird. Dadurch wird eine Betätigung des Kompressors 43 bewirkt, was dazu führt, dass die Last des Motors 42 verringert wird, wodurch für ein Antreiben des Motors 42 erforderliche elektrische Energie gespart wird. Während das Brennstoffzellensystem sich in stetigen Betrieb befindet, hat das Austrittsgas des Brennstoffgases, das verbrannt wird, eine ausreichende Energie, was dazu führt, dass ein Betätigen des Motors 42 nicht erforderlich ist, wodurch der Motor 42 nicht gebraucht wird. Ein derartiger Vorteil ist für ein an einem Kraftfahrzeug montiertes Brennstoffzellensystem wertvoll und von hoher Bedeutung, dessen elektrische Hilfsenergiequelle eine begrenzte Leistungsfähigkeit hat.
Bei dem vorliegenden oder ersten Ausführungsbeispiel wird der Druck von der Luft, die von dem Kompressor 43 abgegeben wird, auf 3 ata eingestellt. Luft mit annähernd 3 ata wird zu der Luftlieferöffnung 22 der Brennstoffzelle 2 zugeführt. Die sich ergebende Luft wird auf 343 230 Pa (3,5 ata) durch den Kompressor 51 mit Druck beaufschlagt. Die sich ergebende Luft, deren Druck erhöht wurde, wird zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 geliefert und wird von dieser als Brennstoffgas ausgegeben. Der Druck des von der Reformervorrichtung 1 abgegebenen Brennstoffgases hängt von dem Druck der Luft ab, die zu dem Reformerabschnitt 103 und dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1c geliefert wurde. Auf Grund des Druckverlustes in der Reformervorrichtung 1 wird der Druck des Brennstoffgases zu 3,2 ata, wobei dieser geringfügig kleiner als der Druck der Luft ist, die zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 geliefert wird.
Somit wird der Druck des Brennstoffgases, das zu der Brennstoffgaslieferöffnung 21 der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert wird, zu 3,2 ata, wobei dieser Druck geringfügig höher als der Druck der Luft ist, die zu der Luftlieferöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert wird. Auf Grund des Umstandes, dass in der Brennstoffzellenanordnung 2 der Druckverlust des Brennstoffgases annähernd der gleiche wie der Druckverlust der Luft ist, werden das Brennstoffgas und die Luft zu der Verbrennungsvorrichtung 3 in einer derartigen Weise zugeführt, dass der Druckunterschied zwischen dem Brennstoffgas und der Luft unverändert bleibt. Somit kann das Brennstoffgas zu der Verbrennungsvorrichtung 3 geliefert werden, ohne dass eine rückwärtige Bewegung der Luft in dem Austrittsgas der Brennstoffgasleitung 19 zu befürchten ist.
Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffgas und der Luft sehr hoch wird, wobei beide zu der Brennstoffzelle 2 geliefert werden, wird die auf jede der Festpolymerelektrolytmembranen aufgebrachte Belastung groß, wodurch ein ernsthaftes Problem in Bezug auf ihre Haltbarkeit oder in Bezug auf die anhaltende Qualität bewirkt wird. Wenn im Gegensatz dazu ein derartiger Druck klein oder außerordentlich gering ist, steht zu befürchten, dass das Brennstoffgas nicht zu der Verbrennungsvorrichtung 3 geliefert wird. Um eine derartige Druckdifferenz angemessen oder geeignet zu gestalten, wird die Druckbeaufschlagungswirkung auf der Grundlage des Lesens des Differenzdrucksensors 2 eingestellt.
Wie dies vorstehend erläutert ist, wird, während das Festpolymerelektrolytbrennstoffsystem sich im stetigen Zustand befindet, der Turbokompressor 4 lediglich durch die Verbrennungsenergie angetrieben, die von der Verbrennungsvorrichtung 3 abgegeben wird, wodurch keine elektrische Energie zum Betätigen des Turbokompressors 4 erforderlich ist. Außerdem muss der Kompressor 51 die Luft von dem Turbokompressor 4 um einen sehr geringfügigen Betrag wie beispielsweise 49050 Pa (0,5 kgf/cm2) bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Druck beaufschlagen. Unter der Annahme, dass ein einzelner oder separater Kompressor, der durch seine eigene Elektroenergiequelle angetrieben wird, für die Luftlieferung zu der Reformervorrichtung 1 angewendet wird, muss ein derartiger einzelner Kompressor die Luft von dem Umgebungsdruck auf 343 230 Pa (3,5 ata) mit Druck beaufschlagen. Somit wurde herausgefunden, dass der Kompressor 51 sehr viel weniger elektrische Energie verbraucht als der einzelne Kompressor.
Es sollte beachtet werden, dass die erforderlichen Mengen an Luft zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO- Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 über die jeweiligen Strömungsratensteuerventile V1 und V2 zu liefern sind.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein Brennstoffzellensystem der Festpolymerelektrolytart gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel und das erste Ausführungsbeispiel sind mit Ausnahme dessen identisch, dass bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Reformerabschnitt und der CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung mit Luft von zwei unabhängigen Kompressoren anstelle des Gemeinschaftskompressors bei dem ersten Ausführungsbeispiel jeweils beliefert wird. Diejenigen Elemente, die den in Fig. 1 gezeigten Elementen entsprechen, haben die entsprechenden Bezugszeichen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind als Oxidationsmitteldruckbeaufschlagungseinrichtung zwei unabhängige Kompressoren 52 und 53 vorgesehen. Der Kompressor 53 des Turbokompressors 4 ist mit dem Kompressor 52 über eine Luftleitung 16f verbunden, die von der Luftleitung 16 abzweigt. Der Kompressor 52 ist außerdem mit dem Reformerabschnitt 103 der Reformervorrichtung 1 über eine Luftleitung 16g verbunden. Der Kompressor 43 des Turbokompressors 4 ist mit dem Kompressor 53 über eine Luftleitung 16h verbunden, die von der Luftleitung 16 abzweigt. Der Kompressor 53 ist außerdem mit dem CO- Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 über eine Luftleitung 16j verbunden.
Bei dem vorliegenden oder zweiten Ausführungsbeispiel wird der Druck von der Luft, die von dem Kompressor 43 abgegeben wird, auf 3 ata eingestellt. Die Luft mit einem Druck von ungefähr 3 ata wird zu der Luftlieferöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 über die Luftleitung 14 geliefert. Die von dem Kompressor 43 zu den jeweiligen Kompressoren 52 und 53 gelieferte Luft wird auf ungefähr 343 230 Pa (3,5 ata) mit Druck beaufschlagt.
Diese druckbeaufschlagte Luft wird zu dem Reformerabschnitt 103 und zu den CO-Reduzierabschnitten 104 der Reformervorrichtung 1 jeweils geliefert und das Brennstoffgas wird von dieser abgegeben. Der Druck des von der Reformervorrichtung 1 abgegebenen Brennstoffgases hängt von dem Druck der Luft ab, die zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 geliefert wird. Auf Grund des Druckverlustes in der Reformervorrichtung 1 wird der Druck des Brennstoffgases zu 3,2 ata, wobei dieser Druck geringfügig kleiner als der Druck der Luft ist, die zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 geliefert wird.
Somit wird der Druck des Brennstoffgases, das zu der Brennstoffgaslieferöffnung 21 der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert wird, zu 3,2 ata, wobei dieser Druck geringfügig höher als der Druck der Luft ist, die zu der Luftlieferöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert wird. Aufgrund des Umstandes, dass in der Brennstoffzellenanordnung 2 der Druckverlust des Brennstoffgases annähernd der gleiche wie der Druckverlust der Luft ist, werden das Brennstoffgas und die Luft zu der Verbrennungsvorrichtung 3 in einer derartigen Weise zugeführt, dass der Druckunterschied zwischen dem Brennstoffgas und der Luft unverändert bleibt. Somit kann das Brennstoffgas zu der Verbrennungsvorrichtung 3 geliefert werden, ohne dass eine Rückwärtsbewegung der Luft in dem Austrittsgas der Brennstoffgasleitung 19 zu befürchten ist.
Wenn der Druckunterschied zwischen dem Brennstoffgas und der Luft, die jeweils zu der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert werden, sehr hoch ist, wird die auf jede der Festpolymerelektrolytmembranen aufgebrachte Belastung hoch, wodurch ein ernsthaftes Problem in Bezug auf deren Haltbarkeit oder deren dauerhafte Qualität bewirkt wird. Wenn im Gegensatz dazu ein derartiger Druck klein oder außerordentlich gering ist, steht zu befürchten, dass das Brennstoffgas nicht zu der Verbrennungsvorrichtung 3 geliefert wird. Um eine derartige Druckdifferenz angemessen oder geeignet einzustellen, wird die Druckbeaufschlagungsfunktion auf der Grundlage des Lesens der Differenzdruckmesseinrichtung 7 eingestellt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird, während das Brennstoffsystem sich im stetigen Betrieb befindet, der Turbokompressor 4 nur durch die Verbrennungsenergie angetrieben, die von der Verbrennungsvorrichtung 3 abgegeben wird, wodurch keine elektrische Energie für ein Betätigen des Turbokompressors 4 erforderlich ist. Außerdem ist es erforderlich, dass jeder Kompressor 52 und 53 die Luft von dem Turbokompressor 4 um einen geringfügigen Betrag wie beispielsweise 49050 Pa (0,5 kgf/cm2) bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Druck beaufschlagt. Unter der Annahme, dass ein einzelner oder separater Kompressor, der durch seine eigene Elektroenergiequelle angetrieben wird, für die Luftzufuhr zu der Reformervorrichtung 1 angewendet wird, muss ein derartiger einzelner Kompressor die Luft von dem Umgebungsdruck auf bis 343 230 Pa (3,5 ata) mit Druck beaufschlagen. Somit wurde herausgefunden, dass die Kompressoren 42 und 53 weniger elektrische Energie verbrauchen als der einzelne Kompressor. Die Kompressoren 52 und 53 können die Menge an Luft einstellen, die zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 jeweils geliefert wird, was ermöglicht, dass die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erforderliche Strömungsratensteuerventile weggelassen werden.
Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein Brennstoffzellensystem der Festpolymerelektrolytart gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Das dritte Ausführungsbeispiel und das erste Ausführungsbeispiel haben einen identischen Aufbau mit Ausnahme dessen, dass bei dem dritten Ausführungsbeispiel ein Dreiwegeventil als Strömungsratensteuereinrichtung anstelle der Strömungsratensteuerventile V1 und V2 bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Diejenigen Elemente, die den in Fig. 1 gezeigten Elementen entsprechen, sind mit den entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
Im vorliegenden oder dritten Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 51 als eine Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung mit einer Einlassöffnung des Dreiwegeventils V3 über eine Luftleitung 16k verbunden. Auslassöffnungen des Dreiwegeventils V3 sind mit dem Reformerabschnitt 103 und dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 über die Luftleitungen 16m und 16n jeweils verbunden.
Bei den vorliegenden oder dritten Ausführungsbeispiel wird der Druck der Luft, die von dem Kompressor 43 ausgegeben wird, auf 3 ata eingestellt. Die Luft mit einem Druck von ungefähr 3 ata wird zu der Luftlieferöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 über die Luftleitung 14 geliefert. Die Luft, die von dem Kompressor 43 zu den jeweiligen Kompressoren 52 und 53 geliefert wird, wird auf ungefähr 343 230 Pa (3,5 ata) mit Druck beaufschlagt.
Die Luft, deren Druck zugenommen hat, wird zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 jeweils geliefert, und das Brennstoffgas wird von dort abgegeben. Der Druck des von der Reformervorrichtung 1 abgegebenen Brennstoffgases hängt von dem Druck der Luft ab, die zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 geliefert wird. Aufgrund des Druckverlustes in der Reformervorrichtung 1 wird der Druck des Brennstoffgases zu 3,2 ata, wobei dieser Druck geringfügig kleiner als der Druck der Luft ist, die von dem Reformerabschnitt 103 und dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 geliefert wird.
Somit wird der Druck des Brennstoffgases, das zu der Brennstoffgaslieferöffnung 21 der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert wird, zu 3,2 ata, wobei dieser Druck geringfügig höher als der Druck der Luft ist, die zu der Luftlieferöffnung 22 der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert wird. Aufgrund des Umstandes, dass in der Brennstoffzellenanordnung 2 der Druckverlust des Brennstoffgases annähernd der gleiche wie der Druckverlust der Luft ist, werden das Brennstoffgas und die Luft zu der Verbrennungsvorrichtung 3 in einer derartigen Weise zugeführt, dass der Druckunterschied zwischen dem Brennstoffgas und der Luft unverändert bleibt. Somit kann das Brennstoffgas zu der Verbrennungsvorrichtung 3 geliefert werden, ohne dass eine Rückwärtsbewegung der Luft in dem Austrittsgas der Brennstoffgasleitung 19 zu befürchten ist.
Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffgas und der Luft, die jeweils zu der Brennstoffzellenanordnung 2 geliefert werden, sehr groß wird, wird die auf jede der Festpolymerelektrolytmembranen aufgebrachte Belastung hoch, wodurch ein ernsthaftes Problem in Bezug auf ihre Haltbarkeit oder ihre anhaltende Qualität bewirkt wird. Wenn im Gegensatz dazu ein derartiger Druck klein oder außerordentlich gering ist, steht zu befürchten, dass das Brennstoffgas nicht zu der Verbrennungsvorrichtung 3 geliefert wird. Um einen derartigen Druckunterschied angemessen oder geeignet einzustellen, wird die Druckbeaufschlagungswirkungsweise auf der Grundlage des Lesens der Differenzdruckmesseinrichtung 7 eingestellt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird, während das Brennstoffsystem sich im stetigen Betrieb befindet, der Turbokompressor 4 lediglich durch die Verbrennungsenergie angetrieben, die von der Verbrennungsvorrichtung 3 abgegeben wird, wodurch keine elektrische Energie für ein Betätigen des Turbokompressors 4 erforderlich ist. Außerdem müssen die Kompressoren 51 die Luft von dem Turbokompressor 4 um einen sehr geringen Betrag von beispielsweise 49050 Pa (0,5 kgf/cm2) bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Druck beaufschlagen. Unter der Annahme, dass ein einzelner Kompressor, der durch seine eigene Elektroenergiequelle angetrieben wird, für die Luftversorgung der Reformervorrichtung 1 angewendet wird, muss ein derartiger einzelner Kompressor die Luft von dem Umgebungsdruck bis auf 343 230 Pa (3,5 ata) mit Druck beaufschlagen. Somit wurde herausgefunden, dass jeder Kompressor 51 sehr viel weniger elektrische Energie verbraucht als der einzelne oder separate Kompressor. Das Dreiwegeventil V3 dient dem unabhängigen Einstellen der Menge an zu dem Reformerabschnitt 103 und zu dem CO-Reduzierabschnitt 104 der Reformervorrichtung 1 zu liefernden Luft.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsbeispiel beschrieben, jedoch sollte verständlich sein, dass die Erfindung keineswegs auf die Einzelheiten der dargestellten Aufbauarten beschränkt ist, sondern dass Veränderungen und Abwandlungen in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Das Brennstoffzellensystem weist folgendes auf: die Brennstoffzellenanordnung 2, die elektrische Energie unter Verwendung des Brennstoffgases und des Oxidationsmittelgases erzeugt, die Verbrennungsvorrichtung 3, die das Austrittsgas des Brennstoffgases, das von der Brennstoffzellenanordnung 2 ausgegeben wird, verbrennt, die Oxidationsmittelgasliefervorrichtung 4, die die Turbine 41 und den Kompressor 43 aufweist, wobei die Turbine 41 durch die Verbrennungsenergie des abgegebenen Gases gedreht wird, das von der Verbrennungsvorrichtung 3 abgegeben wird, wobei der Kompressor 43 an die Turbine 41 gekuppelt ist, um das Oxidationsmittelgas mit Druck zu beaufschlagen, wobei die Oxidationsmittelgasliefervorrichtung 4 mit der Brennstoffzellenanordnung 2 für ein Liefern des mit Druck beaufschlagten Oxidationsmittelgases verbunden ist, die Reformervorrichtung 1, die den Brennstoff der Kohlenwasserstoff- Familie zu dem Brennstoffgas reformiert, und die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung 51 für ein erneutes Druckbeaufschlagen des mit Druck beaufschlagten Oxidationsmittelgases, wobei die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung 51 zwischen der Reformervorrichtung 1 und der Brennstoffzellenanordnung 2 angeschlossen ist.

Claims (6)

1. Brennstoffzellensystem mit:
einer Brennstoffzellenanordnung, die elektrische Energie unter Verwendung eines Brennstoffgases und eines Oxidationsmittelgases erzeugt,
einer Verbrennungsvorrichtung, die ein Austrittsgas des Brennstoffgases, das von der Brennstoffzellenanordnung ausgegeben wird, verbrennt,
einer Oxidationsmittelgasliefervorrichtung, die eine Turbine und einen Kompressor aufweist, wobei die Turbine durch eine Verbrennungsenergie eines Abgases gedreht wird, das von der Verbrennungsvorrichtung abgegeben wird, wobei der Kompressor an die Turbine gekuppelt ist, um das Oxidationsmittelgas mit Druck zu beaufschlagen, wobei die Oxidationsmittelgasliefervorrichtung mit der Brennstoffzellenanordnung verbunden ist, um das mit Druck beaufschlagte Oxidationsmittelgas zuzuführen,
einer Reformervorrichtung, die einen Brennstoff der Kohlenwasserstoff-Familie zu einem Brennstoffgas reformiert, und
einer Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung für eine erneute Druckbeaufschlagung des mit Druck beaufschlagten Oxidationsmittelgases, wobei die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung zwischen der Reformervorrichtung und der Brennstoffzellenanordnung angeschlossen ist.
2. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Reformervorrichtung einen Reformerabschnitt, der den Brennstoff der Kohlenwasserstoff-Familie zu einem Brennstoffgas reformiert, und eine CO-Reduziervorrichtung, die den CO- Bestandteil in dem Brennstoffgas reduziert, aufweist, wobei der Reformerabschnitt und der CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung mit der Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung über eine Strömungsratensteuereinrichtung verbunden sind.
3. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2, wobei die Strömungsratensteuereinrichtung die Form eines Dreiwegeventils hat.
4. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 2, wobei die Strömungsratensteuereinrichtung die Form von zwei in üblicher Weise aufgebauten Strömungsratensteuerventilen hat.
5. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungseinrichtung die Form von zwei Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtungen hat, wobei die Reformervorrichtung einen Reformerabschnitt, der den Brennstoff der Kohlenwasserstoff-Familie zu dem Brennstoffgas reformiert, und eine CO-Reduziervorrichtung, die den CO-Bestandteil in dem Brennstoffgas reduziert, aufweist, wobei der Reformerabschnitt und der CO-Reduzierabschnitt der Reformervorrichtung jeweils mit den Oxidationsmittelgasdruckbeaufschlagungsvorrichtungen verbunden sind.
6. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, dass des weiteren eine Differenzdruckmesseinrichtung aufweist, die eine Druckdifferenz zwischen dem Oxidationsmittelgas und dem Brennstoffgas, die zu der Brennstoffzelleneinordnung geliefert werden, bestimmt.
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