DE10013602A1 - Brennstoffzellensystem mit CO-Adsorber und Betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem mit einem CO-Adsorber, der ganz oder bereichsweise alternierend im Adsorptionsmodus und im Desorptionsmodus betrieben wird, und über dessen jeweiligen Adsorberbereich ein CO-haltiger Brennstoffstrom vor Zuführung in einen Anodenteil einer oder mehrerer Brennstoffzellen geführt wird, sowie auf ein hierfür geeignetes Betriebsverfahren. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht der Desorptionsstrom aus einem Gasstrom, welcher vom dem Brennstoffzellen-Kathodenteil zugeführten Kathodenzufuhrgasstrom abgezweigt wird, und/oder aus wenigstens einem Teil des vom Kathodenteil abgegebenen Kathodenabgasstroms. Dazu kann der CO-Adsorber als Rotationsadsorber mit segmentförmig unterteiltem Trommelkörper ausgelegt sein, dem stirnseitig geeignete Desorptionsstrom-Anschlußstrukturen zugeordnet sind. DOLLAR A Verwendung z. B. in Brennstoffzellenfahrzeugen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein derart betreibbares Brennstoffzellensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Ein derartiges Brennstoffzellensystem und ein Betriebsverfahren hierfür sind in der Patentschrift EP 0 750 361 B1 beschrieben. Beim dortigen System sind der Brennstoffzellen-Anodenseite in der zugehörigen Brennstoffzuführung ein oder zwei parallele CO- Adsorberkörper vorgeschaltet. Der Brennstoffstrom kann insbe­ sondere ein wasserstoffreicher Reformatgasstrom aus einer Methanolreformierungsreaktion sein. Die Adsorberkörper werden zeitlich alternierend im Adsorptionsmodus und Desorptionsmodus betrieben. In der Realisierung mit zwei parallelen Adsorberkör­ pern wird jeweils der eine im Adsorptionsmodus und der andere im Desorptionsmodus gefahren. Im Desorptionsmodus wird der be­ treffende Adsorberkörper mit einem Desorptionsstrom beauf­ schlagt, für den Wasserdampf, ein Kohlenwasserstoffgasstrom, das Abgas aus einer Verbrennung oder ein Gemisch dieser Be­ standteile vorgeschlagen wird, wobei auch die Möglichkeit der Verwendung eines sauerstoffhaltigen Gasstroms erwähnt, ein nicht-oxidierender Desorptionsstrom jedoch bevorzugt wird.

Die Verwendung eines sauerstoffhaltigen Desorptionsstroms zur Desorption je eines von zwei parallelen CO-Adsorberkörpern ist auch aus der Offenlegungsschrift JP 03-208801 (A) bekannt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Brennstoffzellensystems der eingangs genannten Art und eines Betriebsverfahrens hierfür zugrunde, die eine ausreichen­ de Entfernung von Kohlenmonoxid aus dem Brennstoffstrom für die eine oder mehreren Brennstoffzellen mit einem oder mehreren CO- Adsorbern ermöglichen, aus denen sich das adsorbierte Kohlen­ monoxid vergleichsweise gut und ökonomisch desorbieren lässt.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei­ nes Brennstoffzellensystem-Betriebsverfahrens mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 sowie eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des Anspruchs 5 oder 6.

Gemäß dem Betriebsverfahren nach Anspruch 1 besteht der sauer­ stoffhaltige Desorptionsstrom charakteristischerweise aus einem vom Kathodenzufuhrgasstrom der einen oder mehreren Brennstoff­ zellen abgezweigten Gasstrom und/oder aus wenigstens einem Teil des von der oder den Brennstoffzellen abgegebenen Kathodenabga­ ses. Durch diese Maßnahme wird der im Kathodenzufuhrgasstrom, z. B. einem Luftstrom, enthaltene Sauerstoff bzw. der im Katho­ denabgas noch enthaltene Restsauerstoff zur Desorption des Koh­ lenmonoxids im CO-Adsorber genutzt, der je nach Systemauslegung aus einem einzigen oder aus mehreren parallelen Adsorberkörpern bestehen kann. Eine separate Bereitstellung eines sauerstoff­ haltigen Gasstroms als Desorptionsstrom kann dadurch entfallen. Das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5 weist die für eine solche Betriebsweise erforderlichen Mittel auf.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Betriebsverfahren wird der Desorptionsstrom an einer Stelle zwischen dem Brenn­ stoffzellen-Kathodenteil und einem stromaufwärts davon angeord­ neten Kompressor abgezweigt. Der Kompressor sorgt für die Be­ reitstellung eines verdichteten Kathodenzufuhrgasstroms. Auf­ grund der damit einhergehenden Kompressionswärme kann ein rela­ tiv heißer Desorptionsstrom abgezweigt werden, was den Desorp­ tionsvorgang fördert, ohne dass eine separate Beheizung zwin­ gend erforderlich ist.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Betriebsverfahren wird nach einem jeweiligen Desorptionsvorgang und vor dem näch­ sten Adsorptionsvorgang ein Kühlschritt durchgeführt, mit dem der CO-Adsorber von einer höheren Desorptionstemperatur ausrei­ chend heruntergekühlt wird, bevor der eigentliche Adsorptions­ vorgang beginnt. Damit kann einerseits eine zur Erzielung einer hohen Adsorptionseffektivität genügend niedrige Adsorptionstem­ peratur während des Adsorptionsmodus und andererseits eine zur Erzielung einer hohen Desorptioneffektivität genügend hohe Desorptionstemperatur während des Desorptionsmodus eingestellt werden.

Bei einem nach Anspruch 4 weitergebildeten Verfahren ist vor einem jeweiligen Desorptionsvorgang nach Beendigung eines vor­ angegangenen Adsorptionsvorgangs und/oder vor einem jeweiligen Adsorptionsvorgang nach Beendigung eines vorangegangenen Desorptionsvorgangs ein Spülschritt vorgesehen, in welchem der betreffende CO-Adsorberbereich mit einem Spülgasstrom gespült wird. Auf diese Weise lässt sich zuverlässig vermeiden, dass sich der im Brennstoffstrom enthaltene Brennstoff, z. B. Wasser­ stoff, mit dem im Desorptionsstrom enthaltenen Sauerstoff mischt.

Das Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6 zeichnet sich durch eine vorteilhafte Gestaltung des CO-Adsorbers aus. Der CO- Adsorber ist als trommelförmiger Rotoradsorber ausgelegt, dem an den beiden Stirnseiten je ein von entsprechenden Anschluß­ strukturen definierter Verteiler- bzw. Sammelraum für den Desorptionsstrom zugeordnet ist, während die Adsorbertrommel durch Trennwände in Segmente geeigneter Größe unterteilt ist und/oder aus einer Struktur mit durchgehenden Längskanälen auf­ gebaut ist. Durch Rotation der Adsorbertrommel werden deren einzelne Segmente kontinuierlich oder getaktet vom Adsorptions­ bereich in den Desorptionsbereich und von diesem wieder in den Adsorptionsbereich gedreht. Dadurch ist trotz Verwendung nur eines CO-Adsorberkörpers ein im wesentlichen kontinuierlicher, unterbrechungsfreier Betrieb des CO-Adsorbers und somit des Brennstoffzellensystems insgesamt möglich.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Brennstoffzel­ lensystems mit CO-Adsorber und kathodenzufuhrseitigen Desorptionsmitteln,

Fig. 2 eine schematische Blockdarstellung eines Brennstoffzel­ lensystems mit CO-Adsorber und kathodenabgasseitigen Desorptionsmitteln,

Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht eines in den Syste­ men der Fig. 1 und 2 verwendbaren CO-Rotationsadsorbers mit zugeordneten Desorptionsmitteln und

Fig. 4 eine ausschnittweise Querschnittansicht einer möglichen Realisierung des Trommelkörpers des CO-Rotationsadsor­ bers von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt schematisch die vorliegend interessierenden Kompo­ nenten eines Brennstoffzellensystems. Das System umfasst eine Brennstoffzelle 1, die in üblicher Weise einen Anodenteil 1a und einen Kathodenteil 1b aufweist. Alternativ kann ein Satz mehrerer Brennstoffzellen vorgesehen sein. Dem Kathodenteil 1b wird über eine Kathodengaszufuhrleitung 2 ein sauer­ stoffhaltiger Kathodenzufuhrgasstrom zugeführt, der in verdich­ teter Form durch einen Kompressor 3 bereitgestellt wird. Hier­ bei kann es sich insbesondere um verdichtete Luft handeln, die der Kompressor 3 aus der Umgebungsluft entnimmt. Über eine Ka­ thodenabgasleitung 4 wird das Kathodenabgas aus dem Kathoden­ teil 1b abgeführt. Dem Anodenteil 1a wird über eine Brennstoff­ zufuhrleitung 5 ein Brennstoffstrom zugeführt, bei dem es sich insbesondere um einen wasserstoffreichen Reformatgasstrom einer vorgeschalteten Methanol- oder Kohlenwasserstoffreformierungs­ anlage handeln kann, wobei dann Wasserstoff als Brennstoff dient. Zur besseren Brennstoffnutzung kann das aus dem Anoden­ teil 1a über eine Anodenabgasleitung 6 abgeführte Anodenabgas wenigstens teilweise zur Eintrittsseite rückgeführt werden, wo­ zu eine entsprechende Rückführleitung 7 vorgesehen ist.

Bekanntlich wirkt Kohlenmonoxid in Brennstoffzellen häufig ver­ giftend, z. B. in PEM-Brennstoffzellen, wie sie unter anderem in Brennstoffzellenfahrzeugen eingesetzt werden. Andererseits ent­ hält der von einer Reformierungsanlage, in welcher ein Kohlen­ wasserstoff oder Kohlenwasserstoffderivat z. B. unter Beteili­ gung von Wasserdampf reformiert wird, häufig noch einen für Brennstoffzellenanwendungen zu hohen CO-Gehalt. Dem wird vor­ liegend mit einem CO-Adsorber 8 entgegengewirkt, über den der CO-haltige Brennstoffstrom vor Eintritt in den Anodenteil 1a geführt wird.

Der CO-Adsorberkörper 8 ist zwecks Erzielung eines quasi unter­ brechungsfreien Systembetriebs variabel in einen Adsorptionsbe­ reich 8a und einen Desorptionsbereich 8b unterteilt. Der Brenn­ stoffstrom wird über den Adsorptionsbereich 8a geführt, der im Adsorptionsmodus gefahren wird, in welchem er dem Brenn­ stoffstrom Kohlenmonoxid durch Adsorption entzieht. Solcherma­ ßen adsorbiertes CO wird dann im Desorptionsbereich 8b desor­ biert und somit aus dem CO-Adsorber 8 wieder entfernt. Dazu wird der Desorptionsbereich 8b in einem geeigneten Desorptions­ modus gefahren. Dieser beinhaltet die Beaufschlagung mit einem sauerstoffhaltigen Desorptionsstrom 9, vorzugsweise kombiniert mit der Einstellung einer gegenüber der Adsorptionstemperatur für den Adsorptionsmodus erhöhten Desorptionstemperatur. Durch die Wirkung des sauerstoffhaltigen Desorptionsstroms wird das zuvor adsorbierte Kohlenmonoxid aus dem betreffenden Adsorber­ bereich verdrängt und oxidiert und somit desorbiert.

Wie in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil P symbolisiert, werden der Adsorptionsbereich 8a und der Desorptionsbereich 8b in ih­ rer Funktionalität alternierend getauscht, d. h. der CO-Adsorber 8 ist in zwei Bereiche aufgeteilt, von denen jeweils der eine im Adsorptionsmodus gefahren wird und folglich den Adsorptions­ bereich 8a darstellt, bis er kein weiteres CO mehr aufnehmen kann, während der jeweils andere Bereich durch Betrieb im Desorptionsmodus vom zuvor adsorbierten CO befreit wird und so­ mit den Desorptionsbereich 8b darstellt. Der Wechsel zwischen Adsorptions- und Desorptionsfunktion erfolgt vorzugsweise kon­ tinuierlich oder in getakteter Form quasi-kontinuierlich, indem die beiden Bereiche des CO-Adsorbers 8 kontinuierlich oder ge­ taktet durch entsprechende adsorptionsaktive bzw. desorptions­ aktive Funktionsbereiche hindurchgeführt werden.

Eine solche kontinuierliche bzw. quasi-kontinuierliche Arbeits­ weise lässt sich z. B. unter Verwendung eines weiter unten er­ läuterten CO-Rotationsadsorbers gemäß Fig. 3 realisieren. Al­ ternativ zu einer solchen funktionellen Zweiteilung eines ein­ zelnen Adsorberkörpers kann der CO-Adsorber 8 aus zwei oder mehr separaten Adsorberkörpern bestehen, von denen umschaltbar jeweils einer oder einige der Adsorberkörper im Adsorptionsbe­ trieb und der andere im Desorptionsbetrieb gefahren wird, wozu durch entsprechende Strömungssteuermittel das eine Mal der eine Adsorberkörper mit dem Brennstoffstrom und der andere mit dem Desorptionsstrom und das andere Mal umgekehrt der eine Adsor­ berkörper mit dem Desorptionsstrom und der andere mit dem Brennstoffstrom beaufschlagt werden.

Beim System von Fig. 1 besteht der Desorptionsstrom 9 aus einem Teil des vom Kompressor 3 verdichteten, sauerstoffhaltigen Gasstroms, d. h. der Desorptionsstrom 9 wird vom Kathodenzufuhr­ gasstrom an einer Stelle zwischen dem Kompressor 3 und dem Ka­ thodeneintritt von der Kathodenzufuhrleitung 2 abgezweigt. Durch die Kompressionswärme besitzt dieser sauerstoffhaltige Desorptionsstrom 9 bereits eine gegenüber Umgebungstemperatur erhöhte Temperatur und trägt dadurch zur Erzielung der ge­ wünschten erhöhten Desorptionstemperatur bei. Bei Bedarf kann eine zusätzliche Beheizung des Desorptionsbereichs 8b vorgese­ hen sein, z. B. durch eine elektrische Heizeinrichtung oder durch einen zugeordneten Brenner. In letzterem Fall wird der Brenner vorzugsweise von Restwasserstoff oder Restreformat der Brennstoffzelle 1 bzw. der anodenseitig vorgeschalteten Refor­ mierungsanlage gespeist, so dass hierfür kein eigener Brenn­ stoff bereitgestellt werden braucht.

Fig. 2 zeigt ein demjenigen von Fig. 1 ähnliches Brennstoffzel­ lensystem, wobei für funktionell gleiche Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet sind und insoweit auf die obige Be­ schreibung zu Fig. 1 verwiesen werden kann. Im Unterschied zum System von Fig. 1 ist beim System von Fig. 2 der Desorptionsbe­ reich 8b des CO-Adsorbers 8 in der Kathodenabgasleitung 4 ange­ ordnet und wird folglich von dem noch Restsauerstoff enthalten­ den Kathodenabgas oder einen Teilstrom hiervon als Desorptions­ strom beaufschlagt. Zwischen dem Desorptionsbereich 8b und dem Brennstoffzellen-Kathodenteil 1b ist in der Kathodenabgaslei­ tung 4 eine elektrische Heizeinrichtung 10 vorgesehen, um das als Desorptionsstrom verwendete Kathodenabgas auf eine erhöhte Temperatur aufzuheizen und so für die gewünschte erhöhte Desorptionstemperatur im Desorptionsbereich 8b zu sorgen. Auch hier kann alternativ ein Restwasserstoff- oder Restreformat- Brenner oder ein anderes Heizmittel eingesetzt werden. Alterna­ tiv kann vorgesehen sein, statt des gesamten Kathodenabgases nur einen Teil desselben als Desorptionsstrom zu nutzen. In diesem Fall wird das restliche Kathodenabgas vor Erreichen des Desorptionsbereichs 8b über einen separaten, in Fig. 2 gestri­ chelt angedeuteten Kathodenabgaszweig 11 abgeleitet.

Fig. 3 zeigt schematisch und perspektivisch einen trommelförmi­ gen CO-Rotationsadsorber, der sich zur Verwendung in den Syste­ men der Fig. 1 und 2 eignet. Dieser CO-Rotationsadsorber bein­ haltet einen trommelförmigen, um seine Längsachse drehbaren Ad­ sorberkörper 12, der durch entsprechende Trennwände 13 in Um­ fangsrichtung in eine Mehrzahl gleich großer Adsorbersegmente 14 unterteilt ist. Den beiden Stirnseiten der Adsorbertrommel 12 ist je eine Desorptionsstrom-Anschlussstruktur 15a, 15b mit korrespondierender segmentförmiger Gestalt zugeordnet, von denen die in Fig. 3 hintere Anschlussstruktur 15a einen Zufuhr­ raum definiert, dem der Desorptionsstrom 16 zugeführt wird und der dafür sorgt, dass dieser in den angrenzenden Stirnbereich der Adsorbertrommel 12 eingespeist wird. Der zugeführte Desorp­ tionsstrom 16 wird im Fall der Verwendung des Rotationsadsor­ bers im System von Fig. 2 optional durch die elektrische Hei­ zeinrichtung 10 beheizt. Auf der in Fig. 3 vorderen Stirnseite der Adsorbertrommel 12 gelangt der durch den entsprechenden Ad­ sorbertrommel-Segmentbereich hindurchgeführte Desorptionsstrom in die dortige Anschlussstruktur 15b und wird von dort als CO- haltiger Desorptionsstrom 17 abgeführt.

Die Adsorbertrommel 12 wird, wie mit dem Drehpfeil D angedeu­ tet, im Betrieb getaktet um jeweils den Drehwinkel eines Seg­ ments 14 gedreht, so dass jeweils ein Segment 14b in Fluidver­ bindung mit den Desorptionsstrom-Anschlussstrukturen 15a, 15b steht und auf diese Weise den im Desorptionsmodus arbeitenden Desorptionsbereich des CO-Adsorbers bildet. Wenigstens ein Teil der übrigen Adsorbertrommelsegmente 14 wird durch entsprechen­ de, geeignete Anschlussstrukturen mit dem CO-haltigen Brenn­ stoffstrom 18 beaufschlagt und bildet so den im Adsorptionsmo­ dus betriebenen Adsorptionsbereich des CO-Adsorbers. Auf der gegenüberliegenden Adsorbertrommel-Stirnseite tritt dann ein von Kohlenmonoxid gereinigter Brennstoffstrom 19 aus, der in den Brennstoffzellen-Anodenteil eingespeist werden kann.

Die Adsorbertrommel 12 weist in einer Realisierungsmöglichkeit einen geordneten Aufbau 21 aus durchgehenden, voneinander durch dünne Wände getrennten Längskanälen 20 auf, der durch lagenwei­ ses Aneinanderfügen je einer wellenförmigen Trägerschicht 22 und einer unprofilierten, ebenen Trägerschicht 23 gebildet ist, wie in Fig. 4 gezeigt. Dieser Aufbau kann z. B. durch Wickeln einer wellenförmigen Trägerbahn zusammen mit einer ebenen Trä­ gerbahn gefertigt werden. Bei diesem Aufbau gewährleisten die in Trommellängsrichtung durchgehenden, voneinander getrennten Längskanäle 20 automatisch eine saubere Trennung zwischen dem Desorptionsstrom einerseits und dem Brennstoffstrom andererseits, indem der Desorptionsstrom genau in den Längskanälen strömt, die gerade im Bereich der Desorptionsstrom-Anschluß­ strukturen 15a, 15b liegen, während der Brennstoffstrom 18 nur in davon getrennte Luftkanäle eingespeist wird. Bei diesem in­ neren Längskanal-Trommelaufbau sind folglich die Segmenttrenn­ wände 13 optional. Letztere sind jedoch zur Trennung von Desorptionsstrom und. Brennstoffstrom in einer alternativen Ad­ sorbertrommelrealisierung nötig, bei welcher die Trommelsegmen­ te 14 eine ungeordnete, in Trommelumfangsrichtung nicht ge­ schlossene Struktur aufweisen, z. B. in Form eines Trägermetall­ gewebes oder einer Schüttung aus einem Metall- oder Keramikträ­ germaterial oder einer porösen Trägerschwammstruktur.

Als wirksames Adsorbens kann für den CO-Adsorber 8 z. B. Platin, Ruthenium, Palladium, Osmium, Rhenium oder ein ähnliches Neben­ gruppenelement oder eine Legierung oder Mischung dieser Stoffe verwendet werden. Auch ein geeignetes Zeolithmaterial oder vor­ behandelte Aktivkohle eignen sich als CO-Adsorbens. Das CO- Adsorbens wird vorzugsweise in einer dünnen Schicht auf ein zu­ gehöriges Trägermaterial aufgebracht, z. B. auf die erwähnten Trägermaterialien, wie Metallgewebe, geordnete Metall- oder Ke­ ramikstrukturen mit durchgehenden Längskanälen oder Metall- oder Keramikträgerschüttungen, oder wird in Form einer porösen Schwammstruktur oder als Schüttung eingebracht.

Als weitere Maßnahme kann in nicht näher gezeigter Weise ein Kühlschritt beim Übergang vom Desorptionsmodus auf den Adsorp­ tionsmodus für den jeweiligen CO-Adsorberbereich vorgesehen sein. Dieser Kühlschritt dient dazu, den betreffenden Adsorber­ bereich von der Desorptionstemperatur in Richtung der niedrige­ ren Adsorptionstemperatur zu kühlen, so dass der Adsorptionsbe­ trieb schon bei einer gegenüber der Desorptionstemperatur er­ niedrigten Temperatur des Adsorberbereichs beginnen kann. Der Kühlschritt kann z. B. darin bestehen, dass eine während des Desorptionsmodus aktivierte Heizeinrichtung abgeschaltet und dem betreffenden Adsorberbereich etwas Zeit gegeben wird, sich von allein abzukühlen, bevor er wieder im Adsorptionsbetrieb gefahren wird. Im Fall des CO-Rotationsadsorbers von Fig. 3 kann dies in einfacher Weise dadurch realisiert sein, dass der Brennstoffstrom 18 nicht in alle Segmente 14 außerhalb der Desorptionsstrom-Anschlußstrukturen 15a, 15b eingespeist wird, sondern dass in Drehrichtung D dasjenige Segment 14a vom Brenn­ stoffstrom 18 freigehalten wird, welches sich in Drehrichtung D der Trommel 12 an das momentan im Desorptionsmodus gefahrene, den Desorptionsstrom-Anschlußstrukturen 15a, 15b gegenüberlie­ gende Segment 14b anschließt. Alternativ können mehrere aufein­ anderfolgende, in Drehrichtung D vor dem momentan desorbierten Segment 14b liegende Segmente vom Brennstoffstrom 18 freigehal­ ten werden. Je mehr Segmente auf diese Weise nach ihrer Desorp­ tion vom Brennstoffstrom freigehalten werden, um so länger ha­ ben sie Zeit, sich abzukühlen. In einer alternativen Realisie­ rung kann der CO-Adsorber aus wenigstens drei separaten Adsor­ berkörpern bestehen, von denen dann jeweils einer im Adsorpti­ onsmodus, einer im Desorptionsmodus und einer im Kühlmodus be­ trieben wird.

Als weitere optionale Maßnahme kann ein Spülschritt zwischen einem jeweiligen Adsorptionsvorgang und einem jeweiligen Desorptionsvorgang vorgesehen sein, d. h. nach einem Adsorpti­ onsvorgang und vor einem anschließenden Desorptionsvorgang und/oder nach einem Desorptionsvorgang und vor einem anschlie­ ßenden Adsorptionsvorgang. Bei diesem Spülschritt wird der be­ treffende Adsorberbereich mit einem geeigneten Spülgasstrom durchgespült, um zu verhindern, dass im Brennstoffstrom enthal­ tener Brennstoff, z. B. Wasserstoff, mit im Desorptionsstrom, z. B. Luft, enthaltenem Sauerstoff in Berührung kommt bzw. sich mit diesem mischt. Als Spülgas kann z. B. ein Inertgas oder auch Luft dienen. Der Spülschritt kann bei Bedarf mit dem obigen Kühlschritt kombiniert sein.

Beim CO-Rotationsadsorber der Fig. 3 kann der Spülschritt in analoger Weise implementiert sein, wie dies oben für den Kühl­ schritt erläutert wurde. Dazu werden in Trommeldrehrichtung D vor und/oder hinter den Desorptionsstrom-Anschlußstrukturen 15a, 15b entsprechende Spülgasstrom-Anschlußstrukturen angeord­ net, über die der Spülgasstrom durch das oder die ihnen gerade gegenüberliegenden Trommelsegmente hindurchgeleitet werden kann.

Es versteht sich, dass die in Fig. 1 und 2 gezeigten Brenn­ stoffzellensysteme in nicht gezeigter Weise übliche System­ steuereinheiten umfassen, um die explizit gezeigten ebenso wie die übrigen, herkömmlichen und daher nicht näher gezeigten Sy­ stemkomponenten geeignet zur Durchführung der beschriebenen Be­ triebsweise zu steuern. Des weiteren versteht sich, dass der Kompressor 3 bei den Systemen der Fig. 1 und 2 optional entfal­ len oder durch ein Gebläse ersetzt werden kann. Weiter kann in einem modifizierten System in Kombination der beiden Maßnah­ men von Fig. 1 und 2 als Desorptionsstrom ein sauerstoffhalti­ ger Gasstrom gewählt werden, der sowohl einen Anteil aus dem Kathodenzufuhrgasstrom als auch einen Kathodenabgasanteil auf­ weist.

Es versteht sich, dass sich die Desorptionsstrom-Anschluß­ strukturen 15a, 15b bei Bedarf auch über mehrere aufeinander­ folgende Trommelsegmente erstrecken können, die dann gleichzei­ tig desorbiert werden. Im Fall eines Trommelaufbaus aus durch­ gehenden Längskanälen kann der Anteil der jeweils gleichzeitig desorbierten Längskanäle und damit der Anteil des jeweils im Desorptionsmodus betriebenen Adsorberbereich am Gesamtvolumen der Adsorbertrommel 12 durch die Gestaltung der Desorptions­ strom-Anschlußstrukturen festgelegt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, bei dem

• - ein CO-haltiger Brennstoffstrom vor Zufuhr zu einem Brenn­ stoffzellen-Anodenteil (1a) über einen CO-Adsorber (8) geführt wird, um ihm Kohlenmonoxid durch Adsorption zu entziehen, und
• - der CO-Adsorber ganz oder bereichsweise alternierend im Adsorptionsmodus, in welchem der entsprechende Adsorberbereich (8a) Kohlenmonoxid aus dem hindurchgeführten Brennstoffstrom adsorbiert, und im Desorptionsmodus betrieben wird, in welchem adsorbiertes Kohlenmonoxid aus dem entsprechenden Adsorberbe­ reich (8b) unter Verwendung eines sauerstoffhaltigen Desorpti­ onsstroms desorbiert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

• - der Desorptionsstrom aus einem Gasstrom (9), welcher vom dem Brennstoffzellen-Kathodenteil zugeführten Kathodenzufuhr­ gasstrom (2) abgezweigt wird, und/oder aus wenigstens einem Teil des vom Brennstoffzellen-Kathodenteil abgegebenen Katho­ denabgasstroms (4) besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Desorptionsstrom vom Kathodenzufuhrgasstrom zwischen dem Brennstoffzellen-Kathodenteil (1b) und einem stromaufwärtigen Kompressor (3) abgezweigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass

- für den Desorptionsmodus der betreffende Adsorberbereich (8b) auf eine gegenüber dem Adsorptionsmodus höhere Temperatur gebracht wird und/oder

• - der betreffende Adsorberbereich nach einem jeweiligen Desorptionsvorgang vor dem nächsten Adsorptionsvorgang einem Kühlschritt unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem jeweiligen Adsorptionsvorgang und Desorptions­ vorgang ein Spülschritt vorgesehen ist, in welchem der betref­ fende Adsorberbereich mit einem Spülgasstrom gespült wird.

5. Brennstoffzellensystem mit

• - wenigstens einer Brennstoffzelle (1) mit einem Anodenteil (1a) und einem Kathodenteil (1b) und
• - einem CO-Adsorber (8), von dem variabel ein Adsorberbe­ reich (8a) einer Brennstoffzufuhrseite des Brennstoffzellen- Anodenteils und ein Desorptionsbereich (8b) entsprechenden Desorptionsmitteln zugeordnet ist, die Mittel zur Zuführung ei­ nes sauerstoffhaltigen Desorptionsstroms umfassen,

dadurch gekennzeichnet, dass

• - die Desorptionsmittel eine mit der Desorptionsstrom- Eintrittsseite des Desorptionsbereichs (8b) verbundene Desorp­ tionsstrom-Zuführung umfassen, die von einer Kathodengas- Zufuhrleitung (2) abzweigt und/oder mit einem Kathodenabgas­ auslaß des Brennstoffzellen-Kathodenteils (16) verbunden ist.

6. Brennstoffzellensystem, insbesondere nach Anspruch 5, mit

• - wenigstens einer Brennstoffzelle (1) mit einem Anodenteil (1a) und einem Kathodenteil (1b) und
• - einem CO-Adsorber (8), von dem variabel ein Adsorberbe­ reich (8a) einer Brennstoffzufuhrseite des Brennstoffzellen- Anodenteils und ein Desorptionsbereich (8b) entsprechenden Desorptionsmitteln zugeordnet ist, die Mittel zur Zuführung ei­ nes sauerstoffhaltigen Desorptionsstroms umfassen,

dadurch gekennzeichnet, dass

• - der CO-Adsorber einen trommelförmigen Rotationsadsorber­ körper (12) beinhaltet, der durch Trennwände (13) in einzelne Trommelsegmente (14) unterteilt ist oder aus einer Struktur mit getrennten, durchgehenden Längskanälen (20) besteht und dem stirnseitig sich über einen Teil der Trommelstirnfläche er­ streckende Desorptionsstrom-Anschlußstrukturen (15a, 15b) zuge­ ordnet sind.