DE10015651B4 - Verfahren zur Wasserversorgung von Brennstoffzellensystemen an Bord von Fahrzeugen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Wasserversorgung von Brennstoffzellensystemen an Bord eines Fahrzeuges, wobei das bei der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes (1) mittels der Fahrzeugklimaanlage (2) anfallende Wasser dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird, wobei es zur Befeuchtung der Arbeitsgase des Brennstoffzellensystems eingesetzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wasserversorgung von Brennstoffzellensystemen an Bord von Fahrzeugen.
  • Beim Einsatz von Brennstoffzellensystemen, insbesondere solchen mit Reformierungsreaktoren bzw. Reaktoren zur Erzeugung von Wasserstoff, ist die Sicherstellung einer ausreichenden Menge von Wasser von entscheidender Bedeutung. Bei der Reformierung von Kohlenwasserstoffen für die Herstellung von wasserstoffreichem Synthesegas wird den Reformierungsreaktoren zusätzliches Wasser zudosiert. Dadurch wird für den Prozeß der Reformierung ein hoher Gesamtwirkungsgrad gewährleistet.
  • Bei einem PEM-Brennstoffzellensystem macht die Verhinderung eines Austrocknens des Festelektrolyten der Brennstoffzellen-Membranen die Befeuchtung der zugeführten Arbeitsgase erforderlich.
  • Um ein zusätzliches Tanken von Wasser zu umgehen, also einen geregelten Wasserkreislauf ohne erforderliches Nachtanken sicherzustellen, kann das in Form von Wasserdampf in den Abgasen des Brennstoffzellensystems vorhandene Wasser genutzt werden. Allgemein üblich und aus dem Stand der Technik bekannt ist es hierbei, eine Auskondensation des Wassers anzuwenden. Dabei wird Wasser aus den flüssigkeitsdampfhaltigen Abgasen der Brennstoffzellensysteme mittels allgemein bekannten und üblichen Kondensatabscheidern gewonnen. Dadurch kommt es zu einer teilweisen Auskondensation des Flüssigkeitsinhalts der Gasströme des Brennstoffzellensystems. Dieses gewonnene Wasser würde für den Prozeß der Reformierung von Kohlenwasserstoffen im Gaserzeugungssystem des Brennstoffzellensystems ausreichen, als besonderer Nachteil hat sich hierbei jedoch erwiesen, dass diese Form der Wasserrückgewinnung in mobilen Brennstoffzellensystemen technisch schwer realisierbar ist. Dazu werden für eine hinreichende Wasserrückgewinnung Temperaturen des Abgases unterhalb 60°C benötigt. Der zusätzliche Einsatz von großen Wärmetauscherflächen ist hinsichtlich Kosten und Bauraum im Fahrzeug problematisch.
  • Aus der DE 198 21 952 A1 ist die grundsätzliche Verwendung einer PEM-Brennstoffzelle zur Erzeugung von Strom in einem Flugzeug bekannt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit dem an Bord des Fahrzeugs kostengünstig und mit geringem baulichen Aufwand Wasser für das Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Wasserversorgung des Brennstoffzellensystems an Bord eines Fahrzeuges mittels des bei der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes gewonnenen Wassers. Das Wasser wird zur Befeuchtung der Arbeitsgase des Brennstoffzellensystems genutzt. Dadurch kann die Wasserbilanz des Brennstoffzellensystems verbessert werden, bzw. es kann u.U. sogar ganz auf das Nachtanken von Wasser verzichtet werden (positive Wasserbilanz).
  • Gemäß der Erfindung können somit ohnehin im Fahrzeug vorhandene Einrichtungen zur Wasserversorgung des Brennstoffzellensystems genutzt werden. Dadurch kann auf zusätzliche, große Wärmetauscherflächen verzichtet werden, wodurch sich Vorteile hinsichtlich Einsparung von Kosten und Bauraum im Fahrzeug ergeben. Gegenüber dem Stand der Technik werden geringere Wärmetauscherflächen benötigt.
  • Das gewonnene Wasser kann ferner insbesondere zur
    • – Wasserversorgung des Gaserzeugungssystems des Brennstoffzellensystems für die wasserstoffreiche Synthesegaserzeugung,
    • – Kühlung des Brennstoffzellensystems eingesetzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann generell in mobilen Brennstoffzellensystemen eingesetzt werden, insbesondere in Kraftfahrzeugen, Bahnsystemen oder Luftfahrzeugen. Es eignet sich insbesondere für die Wasserversorgung von PEM-Brennstoffzellen.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand einer Zeichnung, die den prinzipiellen Verfahrensaufbau zur erfindungsgemäßen Wasserversorgung von Brennstoffzellensystemen an Bord von Fahrzeugen zeigt, näher beschrieben.
  • Bezugsziffer 1 bezeichnet den Innenraum 1 eines Kraftfahrzeugs, der mit der nachgeschalteten Fahrzeugklimaanlage 2 klimatisiert wird. Bei der Klimatisierung wird reines Wasser aus dem flüssigkeitsdampfhaltigen Fahrzeuginnenraum 1 gewonnen und in einem Wasserbehälter 3 gesammelt, von wo aus es dem Brennstoffzellensystem zugeführt werden kann. Das Brennstoffzellensystem umfasst hier neben dem eigentlichen Brennstoffzellenmodul 11 einen Gasbefeuchter 8 für die Arbeitsgase (Zuluft 9, Brenngas 10) des Brennstoffzellensystems sowie ein Gaserzeugungssystem 7 zur Erzeugung wasserstoffreicher Synthesegase. Das Gaserzeugungs system umfasst in dieser beispielhaften Ausführung einen Reformierungskatalysator zur Reformierung von Kohlenwasserstoffen.
  • Das bei der Klimatisierung im Innenraum anfallende Wasser gelangt über die Leitung 4 zum Gaserzeugungssystem, wo es für die Gewinnung von wasserstoffreichem Brenngas eingesetzt wird. Über die Leitung 5 wird es zum Gasbefeuchter 8 geführt. Dort wird das Wasser zur Befeuchtung der Arbeitsgase, nämlich Zuluft 9 und Brenngas 10, verwendet. Über die Leitung 6 kann das bei der Klimatisierung anfallende Wasser zum Brennstoffzellenmodul 11 geführt werden, wo es zur Kühlung eingesetzt wird.
  • Somit kann dem Gaserzeugungssystem bzw. Reformer 7, dem Gasbefeuchter 8 sowie dem Brennstoffzellenmodul 11 unabhängig voneinander, je nach Betriebsbedingung, die erforderliche Menge an Wasser zur Verfügung gestellt werden.
  • Selbstverständlich sind auch Ausführungen möglich, bei denen das gewonnene Wasser nur einem der genannten Einheiten, z.B. nur dem Gaserzeugungssystem 7, zugeführt wird.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Wasserversorgung von Brennstoffzellensystemen an Bord eines Fahrzeuges, wobei das bei der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraumes (1) mittels der Fahrzeugklimaanlage (2) anfallende Wasser dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird, wobei es zur Befeuchtung der Arbeitsgase des Brennstoffzellensystems eingesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Klimatisierung anfallende Wasser ferner im Gaserzeugungssystem (7) des Brennstoffzellensystems zur Synthesegaserzeugung eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Klimatisierung anfallende Wasser ferner zur Kühlung des Brennstoffzellensystems eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrzeug ein Kraftfahrzeug, ein spurgebundenes Fahrzeug oder ein Luftfahrzeug eingesetzt wird.
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