DE102006020393A1 - Fuel cell system for vehicle, has hydrogen storage arranged for releasing hydrogen from hydrogen storage into hot fuel cell exhaust gas flow of fuel cells, where gas flow surrounds inner housing of hydrogen storage from outer side - Google Patents

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Abstract

The system has a hydrogen storage (10, 100) with an inner housing arranged in a storage housing , in which hydrogen is stored, where the hydrogen storage is impinged with fuel cell exhaust gas. The hydrogen storage is arranged for releasing hydrogen from the hydrogen storage into a hot fuel cell exhaust gas flow i.e. a cathode exhaust gas flow, of the fuel cells (52). The fuel cell exhaust gas flow surrounds the inner housing of the hydrogen storage from outer side. An independent claim is also included for a method for cooling a fuel cell of a fuel cell system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Wasserstoffspeicher und ein Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a fuel cell system with a hydrogen storage and a method of cooling A fuel cell according to the preambles of the independent claims.

Zur Lagerung von Wasserstoff ist es bekannt, diesen entweder gasförmig in Drucktanks mit mehreren hundert bar Überdruck oder bei kryogenen Temperaturen flüssig in speziellen Kühltanks zu speichern.to Storage of hydrogen is known to be either gaseous in this Pressure tanks with several hundred bar overpressure or at cryogenic temperatures liquid in special cooling tanks save.

Weiterhin sind Feststoffspeicher bekannt, beispielsweise mit so genannten Metallhydriden, in denen der Wasserstoff im Speichermaterial aufgenommen, in deren atomaren Struktur festgehalten und bei Temperaturerhöhung oder Druckabsenkung wieder abgegeben wird. Da diese Feststoffspeicher weder extreme Temperaturen noch hohe Drücke erfordern, sind Feststoffspeicher vergleichsweise unkompliziert zu handhaben. Solche Feststoffspeicher bieten sich daher für mobile Kleinanwendungen, aber auch für den Einsatz in Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen an. Allerdings können diese Speichermaterialien bei Raumtemperatur lediglich etwa 2 ihres Eigengewichts an Wasserstoff aufnehmen. Das bedeutet, dass beispielsweise rund 100 kg des Materials benötigt werden, um rund 2 kg Wasserstoff zu speichern.Farther Solid storage are known, for example with so-called Metal hydrides in which the hydrogen is taken up in the storage material, held in their atomic structure and temperature increase or Pressure reduction is released again. Since these solid storage neither extreme temperatures still require high pressures are solid storage comparatively uncomplicated to handle. Such solid storage offer therefore for Mobile small applications, but also for use in land, water or air vehicles at. However, you can these storage materials at room temperature only about 2 of their Take up its own weight of hydrogen. That means, for example about 100 kg of the material needed to save about 2 kg of hydrogen.

Ferner benötigen solche Feststoffspeicher für Wasserstoff eine Kühlung beim Betanken und eine Heizung beim Entleeren, da Wasserstoff im Allgemeinen unter Wärmeaufnahme des Speichermaterials abgegeben wird.Further need such solid storage for Hydrogen a cooling when refueling and heating when emptying, since hydrogen in the Generally under heat absorption of the storage material is discharged.

Die Patentschrift DE 697 14 233 T2 offenbart einen Wasserstoff-Feststoffspeicher mit einem offenporigen Metallschaum, der als Trägermatrix für ein pulverförmiges, Wasserstoff absorbierenden Material fungiert. Das Material liegt fein verteilt in den Poren des Metallschaums. Um einen Austrag des Materials aus dem Wasserstoffspeicher zu erschweren, ist die Trägermatrix in Segmente unterteilt, die mit Trennwänden abgeschottet sind. Das Material kann sich zwar innerhalb eines Segments bewegen, wird jedoch im Segment zurückgehalten. Durch die Trägermatrix sind Rohre geführt, in denen wahlweise ein Kühlmedium oder ein Heizmedium geführt werden kann, um den Wasserstoffspeicher beim Befüllen zu kühlen oder zum Entleeren zu erhitzen.The patent DE 697 14 233 T2 discloses a hydrogen solid reservoir having an open celled metal foam which acts as a support matrix for a powdered hydrogen absorbing material. The material is finely distributed in the pores of the metal foam. To make it difficult to discharge the material from the hydrogen storage, the carrier matrix is divided into segments, which are partitioned off with partitions. The material can move within a segment, but is retained in the segment. Through the carrier matrix tubes are guided, in which either a cooling medium or a heating medium can be performed to cool the hydrogen storage during filling or to heat for emptying.

Aus der Offenlegungsschrift US 2005/0074657 A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Feststoffspeicher für Wasserstoff bekannt, der im Abgasstrom der Brennstoffzelle angeordnet ist und mit diesem Abgasstrom im Wärmetausch steht. Durch die Abwärme des Abgasstroms wird Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeicher freigesetzt. Zur besseren Kontrolle der Abgastemperatur ist stromauf des Wasserstoffspeichers ein Wärmetauscher vorgesehen, über den der Abgasstrom auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt werden kann.Out Laid-open publication US 2005/0074657 A1 is a fuel cell system with a solid storage for Hydrogen is known, which is arranged in the exhaust stream of the fuel cell is and is in heat exchange with this exhaust stream. By the waste heat of the exhaust stream, hydrogen is released from the hydrogen storage. For better control of the exhaust gas temperature is upstream of the hydrogen storage a heat exchanger provided over the exhaust gas flow can be set to a predetermined temperature can.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brennstoffzellensystem mit einem Feststoffspeicher für Wasserstoff bereit zu stellen, der möglichst kompakt baut, leicht in der Auslegung zur variieren ist und besonders für einen Fahrzeugeinsatz geeignet ist. Weiterhin soll ein effizientes Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle angegeben werden.task The invention is a fuel cell system with a solid reservoir for hydrogen to provide as much as possible Compact builds, easy to design and varies in design for one Vehicle use is suitable. Furthermore, an efficient procedure for cooling a fuel cell can be specified.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.The The object is achieved by the Characteristics of the independent claims solved.

Günstige Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.Favorable price and further developments of the invention are the further claims remove.

Erfindungsgemäß weist ein Brennstoffzellensystem einen Feststoffspeicher für Wasserstoff mit einem Innengehäuse auf, in dem Speichermaterial, in das Wasserstoff einlagerbar ist und welches gezielt Wasserstoff aufnehmen und abgeben kann, angeordnet ist. Zur Freigabe von Wasserstoff ist der Wasserstoffspeicher erfindungsgemäß in einem Brennstoffzellenabgasstrom der Brennstoffzelle angeordnet, wobei der Brennstoffzellenabgasstrom, insbesondere ein Kathodenabgasstrom, das Innengehäuse von außen umströmt. Dadurch, dass Kathodenabgas verwendet wird, ist eine besonders effektiver Wärmeübertrag durch Kondensation des vor allem im Kathodenabgas enthaltenen Wassers möglich. Das Wasser setzt sich aus dem Produktwasser, das bei der Brennstoffzellenreaktion entsteht, und aus dem Wasser zusammen, das zur Befeuchtung und Kühlung der Brennstoffzellenmembran zugeführt wird. Dadurch, dass das Innengehäuse umströmt wird, können separaten Leitungen für das Brennstoffzellenabgas innerhalb des Innengehäuses vermieden werden.According to the invention a fuel cell system a solid storage for hydrogen with an inner housing in, in the storage material in which hydrogen is storable and which can specifically absorb and release hydrogen arranged is. To release hydrogen, the hydrogen storage is inventively in one Fuel cell exhaust stream of the fuel cell arranged, wherein the fuel cell exhaust stream, in particular a cathode exhaust stream, the inner casing from the outside flows around. The fact that cathode exhaust gas is used is a particularly effective heat transfer by condensation of the water contained mainly in the cathode exhaust gas possible. The Water is made up of the product water that is involved in the fuel cell reaction arises, and out of the water, which is used to moisten and cool the Fuel cell membrane is supplied. Because of the inner case flows around, can separate lines for the fuel cell exhaust within the inner housing can be avoided.

Denkbar ist neben der Verwendung von Kathodenabgas auch die Verwendung von Anodenabgas. Der Brennstoffzellenabgasstrom wird effektiv abgekühlt. Vorteilhaft ist daher auch eine effiziente Wasserrückgewinnung möglich.Conceivable In addition to the use of cathode exhaust gas, the use of Anode exhaust gas. The fuel cell exhaust stream is effectively cooled. Advantageous Therefore, an efficient water recovery is possible.

Als günstiges Speichermaterial für derartige Feststoffspeicher sind prinzipiell ad- oder absorptiv wirkende Materialien wie Kohlenstoffstrukturen, metallorganische, so genannte Frameworks, Materialien mit intrinsischer Porosität, Oxide, wie etwa Titan- oder Silizium-Oxide geeignet. Bevorzugt sind Materialien mit chemischer Bindung des Wasserstoffs, wie etwa modifizierte komplexe Hydride, beispielsweise auf der Basis von Alanaten, Boranaten, weiterhin Amid/Hydrid-Systeme, Magnesium und dessen Legierungen, modifizierte Aluminiumhydride, Aminoborane, Metallhydride, beispielsweise modifizierte AB2-, AB5-Legierungen. Besonders bevorzugt sind Materialien mit endothermer Wasserstoff-Freisetzungsenthalpie im Bereich von 20–30 kJ/(mol H2). Denkbar sind auch organische Materialien, wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder organische Polymere. Die Speichermaterialien können als Pellets, Pulver, Granulat und dergleichen eingesetzt werden. Das Speichermaterial kann jedoch auch unter Betriebsbedingungen von selbst pelletieren, granulieren und dergleichen. Die Befüllung des Feststoffspeichers bzw. der Behälter und die sonstige Handhabung der Speichermaterialien bis zum fertigen Speicher finden vorzugsweise unter Inertgas oder Wasserstoffatmosphäre statt, um eine Degradation der Speichermaterialien an Luft zu vermeiden. Grundsätzlich kann der Wasserstoffspeicher auch mit einem üblichen Druckspeicher für Wasserstoff kombiniert werden.In principle ad- or absorptive-acting materials such as carbon structures, organometallic, so-called frameworks, materials with intrinsic porosity, oxides, such as titanium or silicon oxides are suitable as a favorable storage material for such solid storage. Preference is given to materials with chemical bonding of the hydrogen, such as modified complex hydrides, for example based on alanates, boranates, furthermore amide / hydride systems, magnesium and its alloys, modified aluminum hydrides, aminobo Rane, metal hydrides, such as modified AB2, AB5 alloys. Particularly preferred are materials having endothermic hydrogen release enthalpy in the range of 20-30 kJ / (mol H 2 ). Also conceivable are organic materials, such as carbon nanotubes or organic polymers. The storage materials can be used as pellets, powders, granules and the like. However, the storage material may self-pellet under operating conditions, granulate, and the like. The filling of the solid storage or the container and the other handling of the storage materials to the finished memory preferably take place under an inert gas or hydrogen atmosphere in order to avoid degradation of the storage materials in air. In principle, the hydrogen storage can also be combined with a conventional pressure accumulator for hydrogen.

Als Speichermaterial sind derartige Feststoffe besonders bevorzugt, die Wasserstoff endotherm freisetzen, wobei Speichermaterialien mit einer Enthalpie im Bereich von 10–40 kJ/(mol H2), bevorzugt 20–30 kJ/(mol H2) besonders günstig sind. Günstig ist beispielsweise Metallhydrid oder entsprechende andere Feststoffe, die unter Wärmeaufnahme Wasserstoff abgeben.As storage material, such solids are particularly preferred which release hydrogen endothermically, storage materials having an enthalpy in the range of 10-40 kJ / (mol H 2 ), preferably 20-30 kJ / (mol H 2 ) are particularly favorable. For example, metal hydride or corresponding other solids which release hydrogen while absorbing heat are favorable.

Besonders bevorzugt ist die Brennstoffzelle mit Verdampfungskühlung kühlbar. Bei solchen Brennstoffzellen muss innerhalb von kurzer Zeit eine große Wärmemenge durch Kondensation von Wasserdampf übertragen werden, um die Wasserbilanz des Brennstoffzellensystems zu schließen. Diese Wärmemenge kann der Wasserstoff-Feststoffspeicher aufnehmen, der durch eine endotherme Reaktion Wasserstoff freisetzt. Der Wasserstoff kann in der Brennstoffzelle oder im Brennstoffzellensystem, etwa in einem katalytischen Brenner, verwendet werden. Vorteilhaft kann das Bauvolumen von Brennstoffzellensystemen durch diese Kombination von Wasserstoffspeicher und Kühlaggregat verringert werden. Es können bei einem Brennstoffzellenfahrzeug größere Fahrzeugleistungen erreicht werden, da die notwendige spezifische Kühlerfläche reduziert werden kann, welche einen limitierenden Faktor bei der Auslegung von Brennstoffzellenfahrzeugen darstellt.Especially Preferably, the fuel cell is cooled with evaporative cooling. at such fuel cells must within a short time a large amount of heat be transferred by condensation of water vapor to the water balance of the Close fuel cell system. This amount of heat can absorb the hydrogen solid storage, which by a endothermic reaction releases hydrogen. The hydrogen can in the fuel cell or in the fuel cell system, approximately in one catalytic burner, used. Advantageously, the volume of construction of fuel cell systems through this combination of hydrogen storage and refrigeration unit be reduced. It can achieved in a fuel cell vehicle greater vehicle performance be because the necessary specific radiator area can be reduced, which a limiting factor in the design of fuel cell vehicles represents.

Durch eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Wasserstoffspeichers kann der Wärmeübertrag durch Kondensationskühlung des Brennstoffzellenabgases besonders effektiv durchgeführt werden. Das Gehäuse kann dabei mit einem oder mehreren porösen Körpern ausgefüllt sein, in dem bzw. in denen das Speichermaterial lokal konzentriert angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Speichermaterial in einem gasdurchlässigen Behälter als Schüttung oder verpresst konzentriert. Generell sind solche Feststoffspeicher als schlechte Wärmeleiter bekannt, selbst wenn das Speichermaterial aus Metallhydrid besteht. Der poröse Körper, bevorzugt ein Metallschaum, insbesondere aus einem Leichtmetall wie Aluminium, dient vorteilhaft zur Lagerung des Behälters, als gut wärmeleitfähige Kopplung an das Innengehäuse bzw. den heißen Brennstoffzellenabgasstrom und als offenporiger Transportpfad für das aus dem Speichermaterial freigesetzte Wasserstoffgas. Der Wasserstoffspeicher ist vorzugsweise in der Art eines Speicherrohrs aufgebaut; es können auch mehrere derartige Speicherrohre als Speicher zusammengefasst sein.By a particularly advantageous embodiment of the hydrogen storage can the heat transfer by condensation cooling the fuel cell exhaust gas are carried out particularly effectively. The housing can be filled with one or more porous bodies, in which or in which the memory material is locally concentrated is. Preferably, the storage material is in a gas-permeable container as fill or pressed concentrated. In general, such solid storage as a bad conductor of heat known, even if the storage material consists of metal hydride. The porous one Body, preferably a metal foam, in particular of a light metal such as Aluminum, is advantageous for storage of the container, as good thermally conductive coupling to the inner housing or the hot one Fuel cell exhaust stream and as an open-pored transport path for the hydrogen gas released from the storage material. The hydrogen storage is preferably constructed in the manner of a storage tube; it can also be several such storage tubes be summarized as memory.

Vorteilhaft ist, wenn mindestens der eine Wasserstoffspeicher oder mehrere Wasserstoffspeicher zu einer Einheit mit einem Speichergehäuse zusammengefasst und vom gleichen Brennstoffzellenabgasstrom umspülbar sind. Bevorzugt können mindestens der eine Wasserstoffspeicher oder mehrere zu einer Einheit zusammengefasste Wasserstoffspeicher von einem gemeinsamen Speichergehäuse umgeben und vom gleichen Brennstoffzellenabgasstrom umspülbar sein. Grundsätzlich kann der Wasserstoffspeicher auch mit einem üblichen Druckspeicher für Wasserstoff kombiniert werden.Advantageous is when at least one hydrogen storage or multiple hydrogen storage combined into a unit with a storage enclosure and from the same fuel cell exhaust stream are umspülbar. At least the one hydrogen storage or several combined into one unit Hydrogen storage surrounded by a common storage enclosure and be umspülbar from the same fuel cell exhaust stream. Basically the hydrogen storage also with a common pressure accumulator for hydrogen be combined.

Eine größere Flexibilität beim Betrieb des Wasserstoffspeichers und damit in der Versorgung der Brennstoffzelle mit Wasserstoff kann erreicht werden, wenn im Speichergehäuse eine zusätzliche Kühleinrichtung vorgesehen ist, die mit einem Kühlmittel durchströmbar ist. Zweckmäßig ist dies besonders bei großen Speichervolumina.A greater flexibility in operation the hydrogen storage and thus in the supply of the fuel cell with hydrogen can be achieved if in the storage enclosure a additional cooling device is provided with a coolant flow through is. Is appropriate especially for large ones Storage volumes.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems mit wenigstens einem Wasserstoffspeicher wird das Innengehäuse des Wasserstoffspeichers von einem Brennstoffzellenabgasstrom, vorzugsweise einem Kathodenabgasstrom, umströmt.at a method according to the invention for cooling a fuel cell of a fuel cell system with at least a hydrogen storage is the inner casing of the hydrogen storage of a fuel cell exhaust stream, preferably a cathode exhaust stream, flows around.

Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von Wasserstoffspeichern von demselben Brennstoffzellenabgasstrom umspült. Dabei kann der Brennstoffzellenabgasstrom abgekühlt und Wasser aus dem Brennstoffzellenabgasstrom auskondensiert und zurückgewonnen werden.Preferably becomes a plurality of hydrogen stores from the same fuel cell exhaust stream lapped. In this case, the fuel cell exhaust stream cooled and water from the fuel cell exhaust stream condensed and recovered become.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.Further Advantages and details of the invention are described below a preferred embodiment described in the drawing explained in more detail, without to this embodiment limited to be.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Brennstoffzellensystems mit einem bevorzugten Wasserstoffspeicher, 1 a schematic representation of a preferred fuel cell system with a preferred hydrogen storage,

2a, b; einen bevorzugten Wasserstoffspeicher in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung (a) und einen bevorzugten zweiten Ausgestaltung (b), 2a , b; a preferred hydrogen Memory in a first preferred embodiment (a) and a preferred second embodiment (b),

3 eine Ausgestaltung eines Speichers mit einer Mehrzahl von Wasserstoffspeichern. 3 an embodiment of a memory with a plurality of hydrogen storage.

In den Figuren sind funktionell gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.In The figures are functionally identical elements with the same reference numerals quantified.

Das in 1 skizzierte bevorzugte Brennstoffzellensystem 50 für ein bevorzugtes, nicht näher dargestelltes Fahrzeug ist mit einem, vorzugsweise als Feststoffspeicher ausgebildeten, Wasserstoffspeicher 10, 100 ausgestattet, wobei dessen prinzipieller Aufbau vorzugsweise in der Art eines Speicherrohrs in den 2a und 2b näher erläutert ist.This in 1 outlined preferred fuel cell system 50 for a preferred, not shown in detail vehicle is formed with a, preferably designed as a solid storage, hydrogen storage 10 . 100 equipped, wherein the basic structure preferably in the manner of a storage tube in the 2a and 2 B is explained in more detail.

Das Brennstoffzellensystem 50 umfasst eine Brennstoffzelle 52, die in bekannter Weise aus einer Mehrzahl von Einzelzellen, vorzugsweise mit üblichen ionenleitenden Polymermembranen (PEMFC), aufgebaut ist. Besonders bevorzugt ist die Brennstoffzelle 52 durch Verdampfungskühlung, vorzugsweise durch Verdampfung von Wasser in die Kathode, kühlbar.The fuel cell system 50 includes a fuel cell 52 , which is constructed in a known manner from a plurality of individual cells, preferably with conventional ion-conducting polymer membranes (PEMFC). Particularly preferred is the fuel cell 52 by evaporative cooling, preferably by evaporation of water into the cathode, cooled.

Die Funktion eines derartigen Brennstoffzellensystems 50 ist im Grundsatz bekannt und wird daher hier nicht weiter erläutert. Eingangsseitig ist über einen Verdichter 60 beispielsweise Luft als Oxidationsmittel sowie Wasserstoff als Reduktionsmittel zuführbar, sowie Befeuchtungswasser aus einem Flüssigwasservorrat 54, welches eine ausreichende Feuchte der Brennstoffzellenreaktionsgase Sauerstoff und Wasserstoff sicherstellt. Ausgangsseitig ist anodenseitig eine Wasserstoff-Rückführung 64 mit einem Fördermittel 62 vorgesehen sowie eine Abgasleitung 66 für feuchtes Kathodenabgas, die zu dem Wasserstoffspeicher 10, 100 führt. Ausgangsseitig ist dort ein Kondensator 56 angeschlossen, der aus dem Wasserstoffspeicher 10, 100 austretendes Kathodenabgas weiter entfeuchtet und über eine Abgasleitung 68 in die Umgebung ablässt. Der Kondensator 56 steht mit einem Fahrzeugkühlsystem 58 in Wechselwirkung.The function of such a fuel cell system 50 is known in principle and will therefore not be further explained here. Input side is via a compressor 60 For example, air can be supplied as an oxidizing agent and hydrogen as a reducing agent, as well as dampening water from a liquid water supply 54 , which ensures a sufficient humidity of the fuel cell reaction gases oxygen and hydrogen. On the output side, there is a hydrogen feedback on the anode side 64 with a grant 62 provided as well as an exhaust pipe 66 for wet cathode exhaust leading to the hydrogen storage 10 . 100 leads. On the output side there is a capacitor 56 connected from the hydrogen storage 10 . 100 exiting cathode exhaust further dehumidified and an exhaust pipe 68 discharges into the environment. The capacitor 56 stands with a vehicle cooling system 58 in interaction.

Ein Ausgang 16 des Wasserstoffspeichers 10, 100 ist eingangseitig mit der Brennstoffzelle 52 verbunden und versorgt deren Anode mit Wasserstoff (2a, 2b). Aus einem Ausgang 34 wird Wasser aus dem Wasserstoffspeicher 10 dem Flüssigwasservorrat 54 zugeführt, der auch weiteres, in dem Kondensator 56 aus dem Kathodenabgas zurück gewonnenes Wasser erhält.An exit 16 of the hydrogen storage 10 . 100 is input side with the fuel cell 52 connected and supplies their anode with hydrogen ( 2a . 2 B ). From an exit 34 gets water from the hydrogen storage 10 the liquid water supply 54 fed, which also further, in the capacitor 56 obtained from the cathode exhaust gas recovered water.

Der innere Aufbau eines ersten bevorzugten, speicherrohrartigen Wasserstoffspeichers 10 ist beispielhaft in 2a dargestellt. 2b zeigt eine weitere Ausgestaltung eines zweiten speicherrohrartigen Wasserstoffspeichers 10 mit größerer Speicherkapazität für Wasserstoff und zusätzlicher Temperiermöglichkeit.The internal structure of a first preferred storage tube type hydrogen storage 10 is exemplary in 2a shown. 2 B shows a further embodiment of a second storage tube-like hydrogen storage 10 with larger storage capacity for hydrogen and additional temperature control option.

Der Wasserstoffspeicher 10 weist ein Innengehäuse 12 auf, in dem Einheiten 20 in Richtung einer Speicherachse 18 aneinandergereiht sind. Jede Einheit 20 umfasst einen topfförmig ausgebildeten, aus Metallschaum gebildeten porösen Körper 26 und Speichermaterial 22, das in einem Behälter 24 enthalten und damit lokal konzentriert und im porösen Körper 26 eingebettet ist. Das Speichermaterial 22 ist vorzugsweise ein Metallhydrid, in das Wasserstoff einlagerbar ist und welches gezielt Wasserstoff aufnehmen und abgeben kann. Der Behälter 24 ist vorzugsweise aus einem Sintermetall gebildet, das gasdurchlässig ist, kann jedoch auch aus Kunststoff gebildet sein. Der poröse Körper 26 weist vorzugsweise eine Porosität von 5–90 ppi, vorzugsweise 10–20 ppi (pores per inch), auf. An einem Eingang 14 kann Wasserstoffgas zum Befüllen im Durchflussverfahren zugeführt werden, austretender Wasserstoff verlässt den Wasserstoffspeicher 10 am Ausgang 16.The hydrogen storage 10 has an inner housing 12 on, in the units 20 in the direction of a storage axis 18 strung together. Every unit 20 comprises a cup-shaped, formed of metal foam porous body 26 and storage material 22 that in a container 24 contained and thus locally concentrated and in the porous body 26 is embedded. The storage material 22 is preferably a metal hydride, in which hydrogen is storable and which can absorb and release hydrogen targeted. The container 24 is preferably formed of a sintered metal which is gas-permeable, but may also be formed of plastic. The porous body 26 preferably has a porosity of 5-90 ppi, preferably 10-20 ppi (pores per inch). At an entrance 14 Hydrogen gas can be supplied for filling in the flow process, leaving hydrogen leaves the hydrogen storage 10 at the exit 16 ,

Ein Speichergehäuse 28 umfasst das Innengehäuse 12 des Wasserstoffspeichers 10 bereichsweise und führt heißes Kathodenabgas 30 an das Innengehäuse 12. An einem Ausgang 32 verlässt abgekühltes Kathodenabgas das Speichergehäuse 28, während auskondensiertes Wasser an einem Ausgang 34 aus dem Speichergehäuse 28 abgeführt wird. Das Kathodenabgas 30 wird typischerweise mit einer Temperatur von über 90°C zugeführt und mit einer deutlich abgesenkten Temperatur von T << 90°C abgeführt. Der aus dem Speichermaterial 22 austretende Wasserstoff ist durch aus den Behältern 24 austretende Pfeile angedeutet. Der poröse Körper 26 stellt den Strömungspfad des Wasserstoffs im Innengehäuse 12 außerhalb des Speichermaterials 22 dar.A storage enclosure 28 includes the inner housing 12 of the hydrogen storage 10 partially and leads hot cathode exhaust gas 30 to the inner housing 12 , At an exit 32 cooled cathode exhaust leaves the storage enclosure 28 while condensed water at an outlet 34 from the storage enclosure 28 is dissipated. The cathode exhaust gas 30 is typically supplied with a temperature of over 90 ° C and discharged at a significantly reduced temperature of T << 90 ° C. The from the storage material 22 escaping hydrogen is through out of the containers 24 Arcing arrows indicated. The porous body 26 represents the flow path of the hydrogen in the inner housing 12 outside the storage material 22 represents.

2b zeigt einen bevorzugten Wasserstoffspeicher 10 in der Art eines Speicherrohrs mit einer Vielzahl solcher Einheiten 20, die sich sowohl in Richtung der Speicherachse 18 als auch senkrecht dazu erstrecken und dicht aneinandergepackt sind. Das äußere Speichergehäuse 28 ist nicht explizit dargestellt. Am Eingang 14 ist ein in porösem Material 40 angeordnetes Verteilerelement 36, am Ausgang 16 ist ein Sammelelement 38 angeordnet, damit Wasserstoffgas möglichst homogen im Innengehäuse 12 verteilt werden bzw. strömen kann. Weiterhin kann eine rohrförmige, von einem Temperiermittel durchströmbare Temperiereinrichtung 42 im Innern des Wasserstoffspeichers 10 vorgesehen sein, um eine Entleerung des Wasserstoffspeichers 10 noch besser kontrollieren zu können. Die Temperiereinrichtung 42 ist vorzugsweise eine Kühleinrichtung. 2 B shows a preferred hydrogen storage 10 in the manner of a storage tube having a plurality of such units 20 , pointing both towards the storage axis 18 as well as extend perpendicular thereto and are packed tightly together. The outer storage enclosure 28 is not shown explicitly. At the entrance 14 is one in porous material 40 arranged distribution element 36 , at the exit 16 is a collecting element 38 arranged so that hydrogen gas is as homogeneous as possible in the inner housing 12 can be distributed or flow. Furthermore, a tubular tempering device through which a temperature control medium can flow 42 inside the hydrogen storage 10 be provided to emptying the hydrogen storage 10 even better to control. The tempering device 42 is preferably a cooling device.

3 zeigt eine Ausgestaltung eines Wasserstoffspeichers 100, bei dem vier speicherrohrartige Wasserstoffspeicher 10 entsprechend 2a und/oder 2b mit ihren Innengehäusen 12 parallel zueinander angeordnet sind und zu einer Einheit in einem gemeinsamen äußeren Speichergehäuse 28 zusammengefasst sind. 3 shows an embodiment of a hydrogen storage 100 in which four storage tube arti ge hydrogen storage 10 corresponding 2a and or 2 B with their inner housings 12 are arranged parallel to each other and to a unit in a common outer storage enclosure 28 are summarized.

Alle speicherrohrartigen Wasserstoffspeicher 10 sind vom gleichen Brennstoffzellenabgasstrom bzw. Kathodenabgasstrom 30 umspülbar. Auskondensiertes Wasser ist aus einem Ausgang 34 im unteren Bereich des Gehäuses 28 abführbar.All storage tube-like hydrogen storage 10 are from the same fuel cell exhaust stream or cathode exhaust stream 30 wash around. Condensed water is from an outlet 34 in the lower part of the housing 28 dischargeable.

An einer Seite des äußeren Gehäuses 28 ist Wasserstoff zuführbar (Eingang 14), an der gegenüberliegenden Seite weist das Gehäuse 28 einen Ausgang 16 auf, durch den Wasserstoff austreten kann und an einem Abzweig entweder der Brennstoffzelle oder einem anderen Verbraucher oder einem Vorratstank zugeführt werden kann.On one side of the outer case 28 Hydrogen can be supplied (input 14 ), on the opposite side has the housing 28 an exit 16 through which hydrogen can escape and at a branch either the fuel cell or another consumer or a storage tank can be supplied.

Claims (10)

Brennstoffzellensystem mit einem Wasserstoffspeicher (10, 100) mit einem Innengehäuse (12), in dem Speichermaterial (28) angeordnet ist, in das Wasserstoff einlagerbar ist und welches gezielt Wasserstoff aufnehmen und abgeben kann, wobei der Wasserstoffspeicher (10, 100) mit Brennstoffzellenabgas (30) beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher (10) zur Freigabe von Wasserstoff aus dem Wasserstoffspeicher (10, 100) in einem heißen Brennstoffzellenabgasstrom (30) der Brennstoffzelle (52) angeordnet ist, wobei der Brennstoffzellenabgasstrom (30) das Innengehäuse (12) des Wasserstoffspeichers (10) von außen umströmt.Fuel cell system with a hydrogen storage ( 10 . 100 ) with an inner housing ( 12 ), in the memory material ( 28 ) is arranged, in which hydrogen is storable and which can absorb and release hydrogen specifically, wherein the hydrogen storage ( 10 . 100 ) with fuel cell exhaust ( 30 ), characterized in that the hydrogen storage ( 10 ) for releasing hydrogen from the hydrogen storage ( 10 . 100 ) in a hot fuel cell exhaust stream ( 30 ) of the fuel cell ( 52 ), wherein the fuel cell exhaust gas stream ( 30 ) the inner housing ( 12 ) of the hydrogen storage ( 10 ) flows around from the outside. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (12) mit einem oder mehreren porösen Körper(n) (26) ausgefüllt ist, in dem oder in denen das Speichermaterial (22) lokal konzentriert angeordnet ist.Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the inner housing ( 12 ) with one or more porous bodies (s) ( 26 ) in which or in which the storage material ( 22 ) is locally concentrated. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Wasserstoffspeicher (10) oder mehrere Wasserstoffspeicher (10) zu einer Einheit (100) mit einem Speichergehäuse (28) zusammengefasst und vom gleichen Brennstoffzellenabgasstrom (30) umspülbar ist oder sind.Fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized in that the one hydrogen storage ( 10 ) or more hydrogen storage ( 10 ) into a single entity ( 100 ) with a storage enclosure ( 28 ) and from the same fuel cell exhaust stream ( 30 ) is or are umspülbar. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Speichergehäuse (28) eine Temperiereinrichtung (42) vorgesehen ist, die mit einem Temperiermittel durchströmbar ist.Fuel cell system according to claim 3, characterized in that in the storage housing ( 28 ) a tempering device ( 42 ) is provided, which can be flowed through with a temperature control. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenabgasstrom (30) Kathodenabgas ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell exhaust gas flow ( 30 ) Is cathode exhaust gas. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher (10, 100) als Kühleinrichtung für die Brennstoffzelle (52) dient.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen storage ( 10 . 100 ) as a cooling device for the fuel cell ( 52 ) serves. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher (10, 100) über einen Kondensator (56) zum Entfeuchten von Brennstoffzellenabgas mit einem Fahrzeugkühlsystem (58) wirkverbunden ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen storage ( 10 . 100 ) via a capacitor ( 56 ) for dehumidifying fuel cell exhaust gas with a vehicle cooling system ( 58 ) is operatively connected. Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle (52) eines Brennstoffzellensystems (50) mit wenigstens einem Wasserstoffspeicher (10, 100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wasserstoffspeicher (10, 100) mit Brennstoffzellenabgas (30) im Wärmetausch steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (12) des Wasserstoffspeichers (10, 100) von einem Brennstoffzellenabgasstrom (30) umströmt wird.Method for cooling a fuel cell ( 52 ) of a fuel cell system ( 50 ) with at least one hydrogen storage ( 10 . 100 ), in particular according to one of the preceding claims, wherein the hydrogen storage ( 10 . 100 ) with fuel cell exhaust ( 30 ) is in heat exchange, characterized in that the inner housing ( 12 ) of the hydrogen storage ( 10 . 100 ) from a fuel cell exhaust stream ( 30 ) is flowed around. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Wasserstoffspeichern (10) von demselben Brennstoffzellenabgasstrom (30) umspült wird.Method according to claim 8, characterized in that a plurality of hydrogen storages ( 10 ) from the same fuel cell exhaust stream ( 30 ) is lapped. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenabgasstrom (30) abgekühlt und Wasser aus dem Brennstoffzellenabgasstrom (30) auskondensiert wird.Method according to claim 8 or 9, characterized in that the fuel cell exhaust gas flow ( 30 ) and water from the fuel cell exhaust stream ( 30 ) is condensed out.
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