DE102005033821A1

DE102005033821A1 - Direktoxidations-Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts eines Direktoxidations-Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE102005033821A1
Application number: DE102005033821A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Schirmer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: DE102005033821B4

Abstract

Um ein Direktoxidations-Brennstoffzellensystem, umfassend einen Brennstoffzellenblock mit mindestens einer Brennstoffzelle und mit einer Anodeneinrichtung und einer Kathodeneinrichtung, wobei eine anodenseitige Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung und eine kathodenseitige Wasserabführungseinrichtung vorgesehen sind, bereitzustellen, wird vorgeschlagen, daß die Wasserabführungseinrichtung einen Wasseraufnahmeraum aufweist, daß die Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung einen Flüssigkeitsaufnahmeraum aufweist und daß der Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung und der Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung derart fluidwirksam miteinander verbunden sind, daß gesteuert über eine Füllstandsdifferenz Wasser von dem Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung zu dem Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung führbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Direktoxidations-Brennstoffzellensystem, umfassend einen Brennstoffzellenblock mit mindestens einer Brennstoffzelle und mit einer Anodeneinrichtung und einer Kathodeneinrichtung, wobei eine anodenseitige Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung und eine kathodenseitige Wasserabführungseinrichtung vorgesehen sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts eines Direktoxidations-Brennstoffzellensystems mit mindestens einer Brennstoffzelle und mit einer Anodeneinrichtung und einer Kathodeneinrichtung.

Direktoxidations-Brennstoffzellensysteme sind beispielsweise mittels Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) oder Direktethanol-Brennstoffzellen (DEFC) gebildet. Sie bieten den Vorteil, daß sie mit einem flüssigen Brennstoff betrieben werden können, der drucklos und mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand gelagert und bereitgestellt werden kann. Dadurch sind solche Systeme insbesondere für einen mobilen Einsatz, zum Beispiel in Kraftfahrzeugen, sehr attraktiv.

Beim Betrieb wird der Anodeneinrichtung ein Brennstoff-Lösungsmittel-Gemisch zugeführt, wobei das Lösungsmittel üblicherweise Wasser ist. Der Anodeneinrichtung wird Wasser zugeführt und von dieser muß Wasser abgeführt werden. An der Kathodeneinrichtung entsteht Wasser. Es ist vorteilhaft, bei der Reaktion gebildetes Wasser durch Rückführung im System zu halten. Dadurch läßt sich auf einen Wasser-Vorratstank verzichten, wodurch das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem kleiner im Volumen und kleiner im Gewicht ausgebildet werden kann.

Aus der WO 2004/004042 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Fluidhaushalts in einem Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems bekannt, bei dem die kathodenseitig abgegebenen Gase in einer Kondensationseinrichtung gekühlt werden, um Flüssigkeit auszukondensieren, und die auskondensierte Flüssigkeit dem Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystems zugeführt wird.

Aus der WO 2004/004043 A1 ist eine Fluidtrennvorrichtung bekannt, umfassend einen unteren Abschnitt mit einer Fluidzufuhreinrichtung und einer Flüssigkeitsabfuhreinrichtung, einen oberen Abschnitt mit einer Fluidzufuhreinrichtung an einer Gasabfuhreinrichtung, eine Kontaktiereinrichtung, die so vorgesehen ist, daß Gas, das aus dem unteren Abschnitt in den oberen Abschnitt steigt, mit Flüssigkeit kontaktiert wird, die aus dem oberen Abschnitt in den unteren Abschnitt sinkt, und eine Meßeinrichtung zur Ermittlung der Flüssigkeitsmenge im unteren Abschnitt und/oder zur Ermittlung von Änderungen in der Flüssigkeitsmenge.

Aus der DE 199 45 715 A1 ist eine Direkt-Methanol-Brennstoffzellenanlage mit zumindest einem Brennstoffzellen-Stack, Prozessmediumsversorgungsleitungen, elektrischen Leitungen und vorgeschaltetem Verdampfer bekannt, bei der zumindest eine Leitung vorgesehen ist, durch die die Wärme von zumindest einem Teil des Stacks in zumindest einem anderen Gerät nutzbar ist.

Aus der DE 100 40 088 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellen-Systems bekannt, bei dem aus einzelnen Brennstoffzelleneinheiten ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel gebildet sind, dem ein Brennstoff zugeführt wird und nach Verbrennung in den Brennstoffeinheiten als Anodenflüssigkeit einschließlich von Abgasen, wie Kohlendioxid oder dergleichen, weggeführt wird, mit den Verfahrensschritten: Abtrennung des Kohlendioxids, das an der Anode entsteht, heiß von der Anodenflüssigkeit direkt nach Austritt aus der Anode des Brennstoffzellenstapels, Abreicherung des mit dem Kohlendioxid zusammen abgetrennten dampfförmigen Brennstoffs im Gegenstrom mit kaltem Wasser, das in einem Kondensator für das Kathodengas gewonnen wird, für einen Brennstoff, und Beimischung des angewärmten Wassers der Anodenflüssigkeit.

Aus der US 2003/0157395 A1 ist ein Direktoxidations-Brennstoffzellensystem bekannt, welches getrennte Behälter für Methanol und Wasser umfaßt.

Weitere Ausführungsbeispiele von Direktmethanol-Brennstoffzellensystemen sind in dem Artikel "Engineering aspects of the direct methanol fuel cell system" von K. Scott et al., Journal of Power Sources 79 (1999), Seiten 43 bis 59 und in dem Artikel "The development of a 1 KW direct methanol fuel cell system" von A. Kindler et al., Electrochemical Society Proceedings Volume

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Direktoxidations-Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem eine Wasserrückführung auf einfache Weise realisiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wasserabführungseinrichtung einen Wasseraufnahmeraum aufweist, daß die Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung einen Flüssigkeitsaufnahmeraum aufweist, und daß der Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung und der Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung derart fluidwirksam miteinander verbunden sind, daß gesteuert über eine Füllstandsdifferenz Wasser von dem Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung in den Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung führbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung mit der Wasserrückführung über den kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum muß keine große Menge an Wasser vorgehalten werden, so daß sich das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem mit entsprechend geringerem Volumen und Gewicht realisieren läßt.

Durch die Steuerung des Wasserübertritts von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum über die Füllstandsdifferenz läßt sich eine einfache automatische Steuerung bzw. Regelung für den Wasserhaushalt im Direktoxidations-Brennstoffzellensystem erreichen. Beispielsweise läßt sich diese Steuerung/Regelung über die Füllstandsdifferenz auf einfache Weise mittels eines Rückschlagventils erreichen. Es muß dann der Füllstand jeweils im Wasseraufnahmeraum und im Flüssigkeitsaufnahmeraum nicht absolut erfaßt werden, das heißt es müssen insbesondere keine Füllstandssensoren vorgesehen werden. Weiterhin ist es nicht notwendig, ein geregeltes Ventil oder eine Pumpe für den Wassertransport zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum vorzusehen. Unterschiedliche Füllstände werden über die Steuerung durch die Füllstandsdifferenz sehr schnell ausgeglichen. Dadurch läßt sich der Füllstand im Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung mit geringer Schwankungsbreite konstant halten. Dadurch wiederum läßt sich der Anodeneinrichtung ein Wasser-Brennstoff-Gemisch bereitstellen, bei dem die Konzentrationsschwankungen für den Brennstoff gering gehalten sind. Dies wiederum ermöglicht den Betrieb des Brennstoffzellenblocks in einem optimierten Arbeitspunkt.

Durch die automatische Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts über die Verbindung zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum läßt sich das Gesamtvolumen des Wassers, welches im System gehalten werden muß, gering halten. Dadurch lassen sich wiederum entsprechende Behälter für den Wasseraufnahmeraum und den Flüssigkeitsaufnahmeraum mit geringem Volumen ausbilden.

Es ist keine externe Steuerungs-/Regelungseinrichtung zur Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts notwendig; dieser steuert/regelt sich selbständig über die Füllstandsdifferenz. Dadurch tritt kein Leistungsverbrauch für die Steuerung/Regelung ein, so daß das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist. Weiterhin läßt sich die Anzahl der bewegten Teile für die Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts gering halten. Es genügt grundsätzlich, ein Ventil und insbesondere Rückschlagventil vorzusehen.

Da sich die Wasserübertrittsmenge von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum über die Füllstandsdifferenz steuern läßt, läßt sich überschüssiges Wasser aus dem System auf einfache Weise austragen, beispielsweise über einen Überlauf. Es ist deshalb keine externe Steuerung bzw. Regelung für den Austrag von überschüssigem Wasser notwendig. Insbesondere muß kein Füllstandsmesser, geregeltes Ventil oder Pumpe für den Austrag von überschüssigem Wasser vorgesehen werden. Dadurch ist ein schneller Austrag ohne Leistungsverbrauch und ohne daß bewegte Teile vorgesehen werden müssen realisiert. Dies wiederum trägt dazu bei, daß Konzentrationsschwankungen für das Wasser-Brennstoff-Gemisch zur Zuführung zu der Anodeneinrichtung gering gehalten werden können. Außerdem läßt sich reines Wasser austragen, so daß Entsorgungsprobleme vermieden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich der Wasserhaushalt auf einfache Weise steuern bzw. regeln. Die ist insbesondere vorteilhaft für kleine und transportable Direktoxidations-Brennstoffzellensysteme bzw. bei Systemen, die aufgrund einer niedrigen Leistungsklasse nicht genügend thermische Energie erzeugen, um überschüssiges Wasser gasförmig austragen zu können oder auch für Systeme, bei denen die Abgabemenge an gasförmigem Wasser begrenzt ist wie bei Indoor-Anwendungen.

Insbesondere ist der Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung an einen kathodenseitigen Wasserseparator gekoppelt. Ein Ausgang dieses kathodenseitigen Wasserseparators ist mit einem Eingang des Wasseraufnahmeraums verbunden. Es läßt sich dadurch reines Wasser in flüssiger Form in den Wasseraufnahmeraum einführen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn dem Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung ein Überlauf zugeordnet ist. Über den Überlauf läßt sich eine Füllstandsschwelle definieren. Wenn diese überschritten wird, dann enthält das System eine zu große Menge an Wasser und eine entsprechende Menge an Wasser muß ausgetragen werden. Durch den Überlauf erfolgt ein automatischer Austrag dieser überschüssigen Wassermenge. Es ist dabei keine Füllstandsmessung notwendig, sondern es erfolgt ein automatischer Austrag. Es ist keine externe Steuerung bzw. Regelung für den Austrag von überschüssigem Wasser notwendig.

Insbesondere ist über den Überlauf überschüssiges Wasser aus dem Direktoxidations-Brennstoffzellensystem entfernbar, ohne daß eine Steuerung/Regelung über eine externe Steuerungs-/Regelungseinrichtung notwendig ist.

Es ist vorgesehen, daß der Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung eingangsseitig an eine Brennstoffquelle gekoppelt ist. Dadurch läßt sich Brennstoff in den Flüssigkeitsaufnahmeraum einkoppeln und mit Wasser vermischen, um ein Wasser-Brennstoff-Gemisch zur Zuführung zu der Anodeneinrichtung bereitzustellen.

Günstigerweise ist eine Dosierungseinrichtung zur dosierten Brennstoffzuführung zu dem Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung vorgesehen. Über die Dosierungseinrichtung läßt sich die Konzentration von Brennstoff im Wasser-Brennstoff-Gemisch, welches der Anodeneinrichtung zugeführt wird, einstellen. Dadurch läßt sich der Brennstoffzellenblock in einem optimierten Arbeitspunkt betreiben. Insbesondere läßt sich er sich so betreiben, daß der Brennstoff-Crossover von der Anodeneinrichtung zur Kathodeneinrichtung gering gehalten ist.

Es kann vorgesehen sein, daß der Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung eingangsseitig an einen anodenseitigen Wasserseparator gekoppelt ist. Über einen Ausgang des Wasserseparators läßt sich dann flüssiges Wasser (welches von der Anodeneinrichtung in Dampfform abgeführt wurde) abtrennen und in den Flüssigkeitsaufnahmeraum einkoppeln.

Vorteilhaft ist es, wenn der Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung ausgangsseitig an die Anodeneinrichtung gekoppelt ist. Dadurch läßt sich der Flüssigkeitsaufnahmeraum als Mischungsraum ausbilden, in dem das Wasser-Brennstoff-Gemisch mit definierter Brennstoffkonzentration hergestellt werden kann, welches dann dem Brennstoffzellenblock zugeführt wird.

Es ist günstig, wenn der Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung und der Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung so miteinander verbunden sind, daß kein Fluid vom Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung in den Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung übertreten kann. Dadurch wird sichergestellt, daß in dem Wasseraufnahmeraum nur reines Wasser vorhanden ist. Es läßt sich dadurch auf einfache Weise, beispielsweise über einen Überlauf, über den Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung reines Wasser aus dem Brennstoffzellensystem austragen. Ferner läßt sich auf einfache Weise eine Füllstandsdifferenzsteuerung für den Wasserübertritt von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum realisieren.

Der Wasserübertritt läßt sich auf einfache Weise ausbilden, wenn der Wasseraufnahmeraum der Wasserabführungseinrichtung und der Flüssigkeitsaufnahmeraum der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung über ein oder mehrere Ventile fluidwirksam verbunden sind. Durch das oder die Ventile lassen sich die beiden Aufnahmeräume trennen und dabei fluidwirksam verbinden, um einen mengenmäßig definierten Wasserübertritt von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum zu ermöglichen. Über die entsprechende Einstellung des oder der Ventile läßt sich gesteuert über die Füllstandsdifferenz der Wasserübertritt steuern, um insbesondere eine Selbststeuerung bzw. Selbstregelung des Wasserhaushalts im Direktoxidations-Brennstoffzellensystem zu ermöglichen.

Insbesondere ist das mindestens eine Ventil ein Rückschlagventil. Es läßt sich dadurch auf einfache Weise ein Wasserübergang von dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum in den kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum verhindern.

Beispielsweise ist das mindestens eine Ventil an oder in der Nähe eines Bodens des Wasseraufnahmeraums der Wasserabführungseinrichtung angeordnet. An dem Ventil steht dann an einer Seite der statische Druck des Wassers im kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und an der anderen Seite der statische Druck des Wasser-Brennstoff-Gemisches im anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum an und über das Ventil liegt die Druckdifferenz an. Es läßt sich eine bestimmte (vorzugsweise geringe) Differenzdruckschwelle einstellen, bei der das Ventil öffnet, um einen Wasserübertritt von dem Wasseraufnahmeraum zu dem Flüssigkeitsaufnahmeraum zu ermöglichen. Der Differenzdruck, welcher an dem Ventil ansteht, entspricht einer Füllstandsdifferenz, so daß auf einfache Weise eine automatische Steuerung/Regelung für den Wasserübertritt und damit für den Wasserhaushalt im Direktoxidations-Brennstoffzellensystem realisiert ist.

Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn das mindestens eine Ventil an oder in der Nähe eines Bodens des Flüssigkeitsaufnahmeraums der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung angeordnet ist.

Günstigerweise ist das mindestens eine Ventil so eingestellt, daß es bei Erreichen einer bestimmten Differenzdruckschwelle auf Durchlaß schaltet. Diese Differenzdruckschwelle ist vorzugsweise so eingestellt, daß das Ventil bei einem geringen Differenzdruck öffnet. Dadurch läßt sich ein schneller Füllstandsausgleich erreichen. Dadurch wird eine selbständige Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts im Direktoxidations-Brennstoffzellensystem mit geringer Zeitverzögerung erreicht. Dies wiederum bewirkt, daß die Konzentration des Brennstoffs bei der Zuführung zur Anodeneinrichtung nur eine gering Schwankungsbreite aufweist.

Bei dem Direktoxidations-Brennstoffzellensystem kann es beispielsweise um ein Direktmethanol-Brennstoffzellensystem oder um ein Direktethanol-Brennstoffzellensystem handeln.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches auf einfache Weise durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Kathodeneinrichtung abgeführtes Wasser in flüssiger Form in einen kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum geführt wird, der Anodeneinrichtung Brennstoff und Wasser aus einem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum zugeführt wird, wobei der kathodenseitige Wasseraufnahmeraum und der anodenseitige Flüssigkeitsaufnahmeraum miteinander verbunden werden, und der Wasserübergang von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum in den anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum durch eine Füllstandsdifferenz gesteuert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Direktoxidations-Brennstoffzellensystem erläuterten Vorteile auf.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Direktoxidations-Brennstoffzellensystem erläutert.

Insbesondere ist es günstig, wenn der kathodenseitige Wasseraufnahmeraum und der anodenseitige Flüssigkeitsaufnahmeraum über ein oder mehrere Rückschlagventile verbunden werden. Dadurch läßt sich auf einfache Weise eine selbständige Steuerung/Regelung des unidirektionalen Wasserübertritts von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum realisieren. Weiterhin läßt sich auf einfache Weise überschüssiges Wasser aus dem Brennstoffzellensystem über den kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum abführen, wobei dieses abgeführte Wasser rein ist.

Insbesondere erfolgt zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum ein Füllstandsausgleich, das heißt der Wasserübergang ist von der Füllstandsdifferenz derart gesteuert, daß ein Wasserübergang so lange erfolgt, bis die Füllstände ausgeglichen sind, das heißt die Füllstandsdifferenz unterhalb einem Schwellenwert liegt. (Der Schwellenwert ist bestimmt durch die Differenzdruckschwelle für das Öffnen eines Ventils.)

Insbesondere erfolgt der Füllstandsausgleich automatisch, so daß keine externe Steuerungs-/Regelungseinrichtung vorgesehen werden muß, um den Wasserhaushalt zu steuern/regeln.

Insbesondere erfolgt die Überführung von Wasser von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum in den anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum gemäß einem Differenzdruck zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum. Der Differenzdruck entspricht einer Füllstandsdifferenz. Der Differenzdruck steht beispielsweise an einem entsprechend angeordneten Ventil an. Dieses öffnet sich, wenn eine bestimmte Differenzdruckschwelle erreicht ist, um den Wasserübertritt zu ermöglichen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn kathodenseitig überschüssiges Wasser über einen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zugeordneten Überlauf abgeführt wird. Das kathodenseitig anstehende überschüssige Wasser läßt sich in reiner Form ohne Brennstoffanteile abführen, so daß keine Entsorgungsprobleme bestehen. Über einen Überlauf läßt sich auf einfache Weise selbständig gesteuert eine Überschußmenge abführen. Es ist keine Füllstandsmessung für den Austrag von überschüssigem Wasser notwendig. Eine externe Steuerungs-/Regelungseinrichtung muß nicht eingreifen.

Insbesondere wird dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum Brennstoff zugeführt. Der Flüssigkeitsaufnahmeraum dient als Mischungsraum zur Herstellung eines Wasser-Brennstoff-Gemisches, welches wiederum von dem Flüssigkeitsaufnahmeraum der Anodeneinrichtung zugeführt wird.

Insbesondere wird von der Kathodeneinrichtung zu der Anodeneinrichtung Wasser über die Verbindung zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum rückgeführt. Dadurch läßt sich die für den Betrieb des Direktoxidations-Brennstoffzellensystems notwendige Wassermenge im System halten. Das System läßt sich dadurch mit entsprechendem geringerem Gewicht und Volumen ausbilden.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Direktmethanolbrennstoffzelle mit den relevanten Reaktionen; und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Direktoxidations-Brennstoffzellensystems.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Direktoxidations-Brennstoffzellensystems, welches in 2 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Brennstoffzellenblock 12 (Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellen-Stack), welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 14 (1) umfaßt.
Eine Brennstoffzelle 14 umfaßt eine Anode 16 und eine Kathode 18. Zwischen der Anode 16 und der Kathode 18 ist ein protonenleitender Elektrolyt 20 angeordnet, welcher beispielsweise in Form einer Membran ausgebildet ist.
Die Anode 16 und die Kathode 18 sind elektrisch über einen Stromkollektor kontaktiert.
Die Gesamtheit der Anoden 16 des Brennstoffzellenblocks 12 bildet eine Anodeneinrichtung 22. Die Gesamtheit der Kathoden 18 des Brennstoffzellenblocks 12 bildet eine Kathodeneinrichtung 24.
Bei dem Direktoxidations-Brennstoffzellensystem 10 handelt es sich um ein Brennstoffzellensystem, welchem der Brennstoff in flüssiger Form zugeführt wird. Beispielsweise handelt es sich um ein Direktmethanol-Brennstoffzellensystem (DMFC) oder um ein Direktethanol-Brennstoffzellensystem (DEFC), mit dem der Brennstoff jeweils ein Alkohol, nämlich Methanol oder Ethanol ist. Dieser Brennstoff wird in wässriger Lösung zugeführt.
Der Anode 16 ist zur Zuführung von Brennstoff ein Fluidverteiler 26 zugeordnet.
Der Kathode 18 wird Oxidator insbesondere in der Form von Luftsauerstoff zugeführt. Dazu ist der Kathode 18 ein entsprechender Fluidverteiler 28 zugeordnet.
Im folgenden wird das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem 10 anhand eines Direktmethanol-Brennstoffzellensystems erläutert.
Bei diesem wird Methanol als Brennstoff zugeführt und an einer Brennstoffzelle 14 erfolgt eine kalte Verbrennung gemäß folgender Bruttoreaktionsgleichung: CH₃OH + 3/2 O₂ → 2H₂O + CO₂
Dabei wird elektrischer Strom produziert. Durch die Stromproduktion tritt ein Brennstoffverbrauch auf.
Bei Direktmethanol-Brennstoffzellen kommt es in der Regel zu einem elektroosmotischen Übertritt des Brennstoffs von der Anodenseite zu der Kathodenseite (Brennstoff-Crossover oder Brennstoff-Drag). An der Kathodenseite tritt eine bezüglich der Stromproduktion nicht nutzbare direkte Oxidation des Brennstoffs mit Sauerstoff auf. Der Brennstoff-Crossover ist abhängig von der Brennstoff-Konzentration, wobei bei niedrigerer Brennstoff-Konzentration die Übertrittsmenge an Brennstoff geringer ist. Ein Direktmethanol-Brennstoffzellensystem wird deshalb bevorzugt bei niedrigeren Brennstoffkonzentrationen betrieben. Üblicherweise liegt der Wert bei 0,5 bis 2 molar.
Anodenseitig wird der Brennstoff in wässriger Lösung zugeführt. Das entstehende Reaktionsprodukt CO₂ ist mit Wasser vermischt.
Kathodenseitig entsteht als Reaktionsprodukt Wasser aufgrund der "normalen" Brennstoffzellenreaktion mit Stromerzeugung. Durch den Brennstoff-Crossover, bei dem ein Ionentransport mit Hydrathülle durch den Elektrolyt 20 erfolgt, fällt an der Kathodeneinrichtung 24 Brennstoff an, welcher dort oxidiert wird (ohne Beitrag zur Stromproduktion). Auch dadurch fällt Wasser an. Weiterhin kann Wasser durch den Elektrolyt 20 diffundieren. Es ist auch möglich, daß Wasser durch Permeation von der Anodeneinrichtung 22 zu der Kathodeneinrichtung 24 gelangt.
Auch die Luftfeuchtigkeit kann einen Beitrag zu dem Wasserhaushalt des Direktoxidations-Brennstoffzellensystems 10 liefern.
Das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem 10 umfaßt eine kathodenseitige Wasserabführungseinrichtung 30. Diese weist einen Kondensator 32 auf, welcher an die Kathodeneinrichtung 24 gekoppelt ist. Mit dem Kondensator 32 läßt sich das Abführungsprodukt von der Kathodeneinrichtung 24 abkühlen, wobei insbesondere Wasser verflüssigt wird. Dem Kondensator 32 ist ein Wasserseparator 34 (Wasserabscheider) nachgeschaltet, mittels dem sich Wasser von den übrigen Bestandteilen trennen läßt.
Von dem Wasserseparator 34 führt eine Leitung 36 zu (mindestens einem) ersten Behälter 38 mit einem kathodenseitigen (mindestens einem) Wasseraufnahmeraum 40. In den ersten Behälter 38 kann von dem Wasserseparator 34 abgeschiedenes (reines) flüssiges Wasser eingekoppelt werden.
Dem Wasseraufnahmeraum 40 ist ein Überlauf 42 beispielsweise mit einem Überlaufrohr zugeordnet, welcher insbesondere bezogen auf die Schwerkraftrichtung an oder in der Nähe eines oberen Endes des Wasseraufnahmeraums 40 angeordnet ist bzw. oberhalb des Wasseraufnahmeraums 40 angeordnet ist. Wenn ein Füllstand 44 von Wasser im Wasseraufnahmeraum 40 eine bestimmte Schwelle 46 überschreitet, dann läßt sich über den Überlauf 42 die entsprechende Wassermenge aus dem Direktoxidations-Brennstoffzellensystem abführen, das heißt es läßt sich überschüssiges Wasser in reiner Form aus dem System entfernen.
Es ist ferner eine Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung 48 vorgesehen, über die sich das Wasser-Brennstoff-Gemisch der Anodeneinrichtung 22 des Brennstoffzellenblocks 12 zuführen läßt.
Diese Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung 48 umfaßt (mindestens einen) zweiten Behälter 50 mit einem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52.
Es kann vorgesehen sein, daß ein Boden 54 des Wasseraufnahmeraums 40 und ein Boden 56 des anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraums 52 auf dem gleichen Schwerkraftpotential liegen.
Von dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 führt eine Leitung 58 zu der Anodeneinrichtung 22. Diese Leitung 58 dient als Zuführungsleitung für das Wasser-Brennstoff-Gemisch zu dem Brennstoffzellenblock 12.
An der Leitung 58 ist eine Umwälzpumpe 60 angeordnet.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Brennstoffkonzentration des der Anodeneinrichtung 22 zugeführten Wasser-Brennstoff-Gemisches kann ein Sensor 62 zur Bestimmung der Brennstoffkonzentration vorgesehen sein. (Durch den Brennstoff-Crossover durch den Elektrolyten 20 ist die verbrauchte Brennstoffmenge größer als die Brennstoffmenge, welche zur Stromproduktion beiträgt; andererseits ist eine konstante Brennstoffkonzentration bei der Zuführung zur Anodeneinrichtung 22 wünschenswert, um mit dem Brennstoffzellenblock 12 einem optimierten Arbeitspunkt bezüglich Stromausbeute betreiben zu können. Mit Hilfe des Sensors 62 läßt sich die Brennstoffkonzentration einregeln.)
Es ist grundsätzlich auch möglich, die Brennstoffkonzentration sensorlos einzustellen.
Die Leitung 58 verbindet den Flüssigkeitsaufnahmeraum ausgangsseitig und die Anodeneinrichtung 22 eingangsseitig.
Der Anodeneinrichtung 22 ist ausgangsseitig ein Kondensator 64 nachgeschaltet, über den sich von der Anodeneinrichtung 22 abgeführte Produkte abkühlen lassen. Diesem Kondensator 64 wiederum ist ein Wasserseparator 66 (Wasserabscheider) nachgeschaltet. Mit dem Wasserseparator läßt sich insbesondere Wasser und CO₂ trennen.
Der Wasserseparator 66 ist an einem Wasserausgang über eine Leitung 68 mit dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 verbunden. Über die Leitung 68 läßt sich abgeschiedenes Wasser in den zweiten Behälter 50 einführen. Die Leitung 68 ist eingangsseitig an den Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 gekoppelt.
Das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem 10 umfaßt eine Brennstoffquelle 70, bei der es sich insbesondere um (mindestens) einen Brennstofftank handelt. Diesem ist eine Dosierungseinrichtung 72 wie beispielsweise eine Dosierpumpe zugeordnet. Über diese Dosierungseinrichtung läßt sich eine definierte Brennstoffmenge (wie beispielsweise Methanolmenge) in den Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 einkoppeln, um die Brennstoffkonzentration des der Anodeneinrichtung 22 zugeführten Wasser-Brennstoff-Gemisches definiert einstellen zu können. Der Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 ist ein Mischungsraum für die Mischung von Brennstoff und Wasser, das heißt zur Herstellung der Wasser-Brennstoff-Lösung zur Zuführung zu der Anodeneinrichtung 22.
Zur Zuführung von Luftsauerstoff als Oxidator ist der Kathodeneinrichtung 24 ein Luftverdichter 74 zugeordnet.
Das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem 10 umfaßt eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 76 zur Steuerung/Regelung des Brennstoffzellensystems. Insbesondere läßt sich über die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 76 die Brennstoffkonzentration bei der Zuführung zur Anodeneinrichtung 22 steuern bzw. regeln.
Wie unten stehend noch erläutert, kann eine Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts für das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem 10 ohne Eingriff der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 76 durchgeführt werden, das heißt über die erfindungsgemäße Lösung läßt sich eine "Selbststeuerung/Selbstregelung" realisieren.
Der von dem Brennstoffzellenblock 12 erzeugte Strom wird an einen Verbraucher 78 abgegeben, wobei eine Formung/Wandlung der elektrischen Energie vor Abgabe vorgesehen sein kann.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind der kathodenseitige Wasseraufnahmeraum 40 und der anodenseitige Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 derart miteinander verbunden, daß Wasser aus dem Wasseraufnahmeraum 40 in den Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 übertreten kann. Dadurch kann ein Ausgleich des Füllstands 44 des Wasseraufnahmeraums 40 mit einem Füllstand 80 des Flüssigkeitsaufnahmeraums 52 erfolgen.
Die Verbindung zwischen dem Wasseraufnahmeraum 40 und dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 ist derart, daß der Flüssigkeitsübertritt nur in eine Richtung erlaubt ist, nämlich von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum 40 zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum 52.
Zur fluidwirksamen Verbindung des Wasseraufnahmeraums 40 mit dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 ist (mindestens ein) Ventil 82 vorgesehen, welches insbesondere als Rückschlagventil ausgebildet ist mit einer Rückschlagrichtung für den Flüssigkeitstransport von dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 zu dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum 40.
Das Ventil 82 ist vorzugsweise an oder in der Nähe der Böden 54 und 56 angeordnet. Es ist so eingestellt, daß, wenn eine bestimmte Schwelle für den Differenzdruck zwischen dem statischen Druck im Wasseraufnahmeraum 40 und dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 erreicht ist, durchschaltet. Dadurch kann dann Wasser von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum 40 in den anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 strömen und es kann ein Ausgleich der Füllstände 44 und 80 erfolgen, indem der Füllstand 44 abnimmt und der Füllstand 80 zunimmt. Wenn die Druckdifferenz unter die Schwelle fällt, dann schließt das Ventil 82. Die Schwelle ist bevorzugterweise niedrig eingestellt.
Über die fluidwirksame Verbindung zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum 40 und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 läßt sich eine Wasserrückführung für das Direktoxidations-Brennstoffzellensystem realisieren. Über das (mindestens eine) Ventil 82 sind die kathodenseitige Wasserabführungseinrichtung 30 und die anodenseitige Wasser-/Brennstoff-Zuführungseinrichtung 48 miteinander verbunden.
Wenn in dem Wasseraufnahmeraum 40 der definierte Füllstand 46 erreicht wird, dann wird das entsprechende überschüssige Wasser automatisch aus dem Brennstoffzellensystem ausgetragen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Wasser von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum 40, welcher als Pufferspeicher für flüssiges Wasser dient, zu dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 geführt. Diese Wasserführung ist durch die Differenz der Füllstände 44 und 80 gesteuert und über das Ventil 82 eingestellt. Dadurch ist eine (absolute) Erfassung der Füllstände 80 in dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 und 44 in dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum 40 nicht notwendig. Ferner genügt ein Rückschlagventil zum Wassertransport; ein geregeltes Ventil oder eine Pumpe zwischen dem Wasseraufnahmeraum 40 und dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 ist nicht notwendig.
Unterschiedliche Füllstände 80 und 44 lassen sich sehr schnell automatisch ausgleichen. Dadurch wiederum läßt sich der Füllstand 80 im anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 trotz Wasserabfluß in die Leitung 58 und Wasserzufluß über die Leitung 68 gut konstant halten. Dies wiederum bewirkt, daß sich die Konzentrationschwankungen über die Brennstoffzuführung zu der Anodeneinrichtung 22 gering halten lassen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich die Behälter 38 und 50 mit relativ kleinen Volumina bezüglich der entsprechenden Aufnahmeräume 40, 52 realisieren. Dadurch läßt sich das Oxidations-Brennstoffzellensystem 10 kompakt aufbauen und es können kurze Aufheizphasen realisiert werden.
Der Wasserhaushalt des Oxidations-Brennstoffzellensystems 10 regelt sich über die Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 und dem Wasseraufnahmeraum 40 selbständig, das heißt die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 76 muß nicht eingreifen und damit auch nicht angekoppelt werden. Dadurch tritt auch kein Leistungsverbrauch für die Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts auf. Weiterhin sind keine bewegten Teile außerhalb des Ventils 82 mit der entsprechenden Verschleißanfälligkeit notwendig.
Der Überlauf 42 läßt sich aufgrund der automatischen Füllstandsregelung zwischen dem Wasseraufnahmeraum 40 und dem Flüssigkeitsaufnahmeraum 52 realisieren, so daß sich überschüssiges Wasser auf einfache Weise über den Überlauf 42 automatisch abführen läßt. Dadurch sind beispielsweise ein Füllstandsmesser für den Wasseraufnahmeraum 40 oder ein geregeltes Ventil oder eine Pumpe zum Austrag von überschüssigem Wasser nicht mehr notwendig.
Weiterhin läßt sich reines Wasser (welches ja den Wasserseparator 34 durchlaufen hat) austragen und die Entsorgung ist damit unproblematisch.
Ferner läßt sich überschüssiges Wasser mit geringer Zeitverzögerung aus dem Direktoxidations-Brennstoffzellensystem 10 entfernen. Dies trägt dazu bei, daß die Brennstoffkonzentration bei der Zuführung zur Anodeneinrichtung 22 mit geringer Schwankungsbreite konstant gehalten werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich die Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts im Brennstoffzellensystem 10 vereinfachen. Das ist besonders vorteilhaft für kleine bzw. transportable Brennstoffzellensysteme. Auch bei Brennstoffzellensystemen 10, die nicht genügend thermische Energie erzeugen, um überschüssiges Wasser gasförmig austragen zu können, läßt sich die erfindungsgemäße Lösung auf vorteilhafte Weise einsetzen.

Claims

Direktoxidations-Brennstoffzellensystem, umfassend einen Brennstoffzellenblock (12) mit mindestens einer Brennstoffzelle (14) und mit einer Anodeneinrichtung (22) und einer Kathodeneinrichtung (24), wobei eine anodenseitige Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) und eine kathodenseitige Wasserabführungseinrichtung (30) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserabführungseinrichtung (30) einen Wasseraufnahmeraum (40) aufweist, daß die Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) einen Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) aufweist, und daß der Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) und der Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) derart fluidwirksam miteinander verbunden sind, daß gesteuert über eine Füllstandsdifferenz Wasser von dem Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) zu dem Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) führbar ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) an einen kathodenseitigen Wasserseparator (34) gekoppelt ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) ein Überlauf (42) zugeordnet ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Überlauf (42) überschüssiges Wasser aus dem Direktoxidations-Brennstoffzellensystem entfernbar ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) eingangsseitig an eine Brennstoffquelle (70) gekoppelt ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosierungseinrichtung (72) zur dosierten Brennstoffzuführung zu dem Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) vorgesehen ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) eingangsseitig an einen anodenseitigen Wasserseparator (66) gekoppelt ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) ausgangsseitig an die Anodeneinrichtung (22) gekoppelt ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) und der Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) so miteinander verbunden sind, daß kein Fluid vom Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) in den Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) übertreten kann.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) und der Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) über ein oder mehrere Ventile (82) fluidwirksam verbunden sind.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Ventil (82) ein Rückschlagventil ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Ventil (82) an oder in der Nähe eines Bodens (54) des Wasseraufnahmeraums (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) angeordnet ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Ventil (82) an oder in der Nähe eines Bodens (56) des Flüssigkeitsaufnahmeraums (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) angeordnet ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Ventil (82) so eingestellt ist, daß es bei Erreichen einer bestimmten Differenzdruckschwelle auf Durchlaß schaltet.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserrücklauf von der Kathodeneinrichtung (24) zu der Anodeneinrichtung (22) über einen Füllstandsausgleich zwischen dem Wasseraufnahmeraum (40) der Wasserabführungseinrichtung (30) und dem Flüssigkeitsaufnahmeraum (52) der Wasser-Brennstoff-Zuführungseinrichtung (48) gebildet ist.
Direktoxidations-Brennstoffzellensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches ein Direktmethanol-Brennstoffzellensystem oder ein Direktethanol-Brennstoffzellensystem ist.
Verfahren zur Steuerung/Regelung des Wasserhaushalts eines Direktoxidations-Brennstoffzellensystems mit mindestens einer Brennstoffzelle und mit einer Anodeneinrichtung und einer Kathodeneinrichtung, bei dem von der Kathodeneinrichtung abgeführtes Wasser in flüssiger Form in einen kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum geführt wird, der Anodeneinrichtung Brennstoff und Wasser aus einem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum zugeführt wird, wobei der kathodenseitige Wasseraufnahmeraum und der anodenseitige Flüssigkeitsaufnahmeraum miteinander verbunden werden, und bei dem der Wasserübergang von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum in den anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum durch eine Füllstandsdifferenz gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der kathodenseitige Wasseraufnahmeraum und der anodenseitige Flüssigkeitsaufnahmeraum über ein oder mehrere Rückschlagventile verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum ein Füllstandsausgleich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstandsausgleich automatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung von Wasser von dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum in den anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum gemäß einem Differenzdruck zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß kathodenseitig überschüssiges Wasser über einen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum zugeordneten Überlauf abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß reines Wasser ohne Brennstoffanteile abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum Brennstoff zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß von dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum ein Wasser-Brennstoff-Gemisch der Anodeneinrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß von der Kathodeneinrichtung zu der Anodeneinrichtung Wasser über die Verbindung zwischen dem kathodenseitigen Wasseraufnahmeraum und dem anodenseitigen Flüssigkeitsaufnahmeraum rückgeführt wird.