DE102007040836A1 - Brennstoffzellenanlage mit Leckdetektion - Google Patents

Brennstoffzellenanlage mit Leckdetektion Download PDF

Info

Publication number
DE102007040836A1
DE102007040836A1 DE102007040836A DE102007040836A DE102007040836A1 DE 102007040836 A1 DE102007040836 A1 DE 102007040836A1 DE 102007040836 A DE102007040836 A DE 102007040836A DE 102007040836 A DE102007040836 A DE 102007040836A DE 102007040836 A1 DE102007040836 A1 DE 102007040836A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
fuel cells
gas
reactant
line connections
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007040836A
Other languages
English (en)
Inventor
Torsten Brandt
Walter STÜHLER
Ottmar Voitlein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102007040836A priority Critical patent/DE102007040836A1/de
Publication of DE102007040836A1 publication Critical patent/DE102007040836A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04447—Concentration; Density of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04462—Concentration; Density of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04455—Concentration; Density of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/0447—Concentration; Density of cathode exhausts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Bei einer Brennstoffzellenanlage (1) mit mehreren Brennstoffzellen und/oder Gruppen (2, 3, 4, 5) von Brennstoffzellen, wobei jede der Brennstoffzellen einen ersten Gasraum (20) für ein erstes Prozessgas (H2) mit einem ersten Reaktanten und einen zweiten Gasraum für ein zweites Prozessgas mit einem zweiten Reaktanten aufweist, zwischen denen ein ionendurchlässiger Elektrolyt angeordnet ist, und wobei die Brennstoffzellen und/oder Gruppen (2, 3, 4, 5) von Brennstoffzellen derart mittels Leitungsverbindungen (6) miteinander verbunden sind, dass sie nacheinander von dem ersten Prozessgas (H2) durchströmbar sind, kann bei einem Gasleck in einer Brennstoffzelle eine Beschädigung des ionendurchlässigen Elektrolyten nachfolgender Brennstoffzellen durch thermische Überhitzung dadurch vermieden werden, dass in den Leitungsverbindungen (6) jeweils ein Detektor (13) für den zweiten Reaktanten angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenanlage mit mehreren Brennstoffzellen und/oder Gruppen von Brennstoffzellen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1; eine derartige Brennstoffzellenanlage ist beispielsweise durch die EP 0 596 366 B1 bekannt.
  • In einer Brennstoffzelle wird durch die Zusammenführung zweier Reaktanten in einem elektrochemischen Prozess elektrische Energie und Wärme erzeugt. Die Brennstoffzelle weist hierzu üblicherweise einen ersten Gasraum für den ein erstes Prozessgas mit einem ersten Reaktanten und einen zweiten Gasraum für ein zweites Prozessgas mit einem zweiten Reaktanten auf, wobei zwischen den beiden Gasräumen ein ionendurchlässiger Elektrolyt angeordnet ist. Üblicherweise kommen als Reaktanten Sauerstoff und Wasserstoff zum Einsatz. Die Brennstoffzelle weist dann einen Kathodengasraum für den Sauerstoff und einen Anodengasraum für den Wasserstoff auf. Als Prozessgase können hierbei reiner Sauerstoff bzw. reiner Wasserstoff oder auch ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch (z. B. Luft) bzw. ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch zum Einsatz kommen.
  • Bei Brennstoffzellen muss ein direkter Kontakt der Reaktanten Wasserstoff und Sauerstoff verhindert werden, um die Bildung eines zündfähigen Gemisches zu vermeiden. In Brennstoffzellen mit einer Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM-Brennstoffzellen) ist zwischen dem Anoden- und dem Kathodengasraum eine Polymer-Elektrolyt-Membran angeordnet, so dass ein direkter Kontakt der Reaktanten verhindert wird. Bildet sich in der Membran ein Leck, so kommt es zu einem Gasaustausch und somit zu einer direkten thermischen Umsetzung der Reaktanten am Katalysator der Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle arbeitet dann im Bereich des Lecks elektrochemisch nicht mehr und die Brennstoffzellenspannung sinkt ab. Durch Überwachung der Zellspannung kann ein Leck in einer Membran einer Brennstoff zelle detektiert und die Brennstoffzelle durch eine Abschaltung vor Folgeschäden geschützt werden.
  • Tritt ein Leck während des Betriebs jedoch im Randbereich oder in unmittelbarer Nähe des Gasaustritts einer Brennstoffzelle auf oder werden die übertretenden Reaktanten nicht vollständig am Katalysator thermisch umgesetzt, so wird bei kaskadiert aufgebauten Brennstoffzellenanlagen, wie sie z. B. aus der EP 0 596 366 B1 bekannt sind, das Reaktantengemisch in die nachfolgenden Zelle bzw. Zellgruppe eingetragen und führt dort zu einer Gefährdung der Membran der Zelle(n) durch thermische Überhitzung. Eine Abschaltung einer defekten Brennstoffzelle infolge eines Zellspannungsalarms kann unter Umständen bei derartigen Membranschäden nicht sicher ausgelöst werden.
  • Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Brennstoffzellenanlage anzugeben, mit der Schäden am ionenleitfähigen Elektrolyten sicher vermieden werden können.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine Brennstoffzellenanlage gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanlage umfasst mehrere Brennstoffzellen und/oder Gruppen von Brennstoffzellen, wobei jede der Brennstoffzellen einen ersten Gasraum für ein erstes Prozessgas mit einem ersten Reaktanten und einen zweiten Gasraum für ein zweites Prozessgas mit einem zweiten Reaktanten aufweist, zwischen denen ein ionendurchlässiger Elektrolyt angeordnet ist, und wobei die Brennstoffzellen und/oder Gruppen von Brennstoffzellen derart mittels Leitungsverbindungen miteinander verbunden sind, dass sie nacheinander von dem ersten Prozessgas durchströmbar sind. In den Leitungsverbindungen ist hierbei jeweils ein Detektor für den zweiten Reaktanten angeordnet.
  • Bei dem ersten Gasraum kann es sich um einen Anodengasraum und bei dem zweiten Gasraum um einen Kathodengasraum der Brennstoffzelle handeln und umgekehrt. Entsprechend kann es sich bei dem ersten Prozessgas um das Anodengas und bei dem zweiten Prozessgas um das Kathodengas der Brennstoffzelle handeln und umgekehrt. Wenn es sich bei dem ersten Reaktanten um Wasserstoff handelt, dann ist der Detektor ein Detektor für Sauerstoff und umgekehrt.
  • Durch eine Überwachung der Konzentration des zweiten Reaktanten in dem ersten Prozessgas kann eine thermische Umsetzung eines Reaktantengemisches am Eintritt in eine nachfolgende Zelle oder in Zellen einer nachfolgenden Zellgruppe und somit ein Schaden an deren ionenleitfähigem Elektrolyten sicher vermieden werden.
  • Wenn die Leitungsverbindungen jeweils einen Wasserabscheider umfassen, ist der Detektor für den zweiten Reaktanten von Vorteil in dem Wasserabscheider angeordnet und dadurch einfach zugänglich.
  • Bevorzugt umfasst der Detektor für den zweiten Reaktanten eine Struktur mit katalytischer Aktivität und einen Sensor zur Messung der Temperatur der Struktur. Es erfolgt somit gleichzeitig eine Detektion und eine Umsetzung des Reaktantengemisches. Nachfolgende Zellen können somit besonders sicher vor thermischen Schäden bewahrt werden. Derartige Indikationsverfahren auf Basis einer Temperaturmessung haben sich bereits als sehr zuverlässig erwiesen.
  • Alternativ kann der Detektor für den zweiten Reaktanten einen Gassensor umfassen. Hierdurch ist eine quantitative Bewertung des Lecks möglich. Die Detektion kann hierbei mit hoher Empfindlichkeit in einem weiten Volumen-Prozent-Bereich erfolgen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Brennstoffzellenanlage eine Überwachungseinrichtung zur Über wachung der Temperatur der Struktur(en) bzw. der Konzentration(en) des zweiten Reaktanten in dem ersten Prozessgas auf Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes und zur Unterbrechung der Zufuhr an Anodengas und Kathodengas zu den Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellengruppen bei Überschreiten des Grenzwertes auf. Hierdurch kann automatisch eine Abschaltung der Reaktantenzufuhr zu den Brennstoffzellen und somit eine Beschädigung von Brennstoffzellen aufgrund eines Gaslecks sicher vermieden werden.
  • Von besonderem Vorteil sind die Brennstoffzellen als PEM(Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellen ausgebildet.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher erläutert; darin zeigen:
  • 1 eine Brennstoffzellenanlage mit katalytischen Strukturen und Temperatursensoren in den Wasserabscheidern und
  • 2 eine Brennstoffzellenanlage mit Gassensoren in den Wasserabscheidern.
  • Eine in 1 gezeigte Brennstoffzellenanlage 1 umfasst mehrere Brennstoffzellengruppen 2, 3, 4, 5 mit jeweils mehreren Brennstoffzellen, von denen jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nur die Anodengasräume 20 dargestellt sind. Die Anodengasräume 20 einer Brennstoffzellengruppe 2, 3, 4 bzw. 5 sind jeweils parallel von einem Anodengas, hier reinem Wasserstoff H2, durchströmbar. In entsprechender Weise sind die nicht dargestellten Kathodengasräume der Brennstoffzellen einer Brennstoffzellengruppe 2, 3, 4, 5 parallel von einem Kathodengas, hier reinem Sauerstoff O2, durchströmbar.
  • Die Brennstoffzellengruppen 2, 3, 4, 5 sind hierbei über Leitungsverbindungen 6 derart miteinander verbunden, dass das anodenseitige Abgas einer Brennstoffzellengruppe einer nach folgenden Brennstoffzellengruppe wiederum eingangsseitig zuführbar ist, so dass die Brennstoffzellengruppen 2, 3, 4, 5 anodenseitig nacheinander von dem Wasserstoff H2 durchströmbar sind.
  • In entsprechender Weise können auch in Strömungsrichtung des Kathodengases die Brennstoffzellengruppen 2, 3, 4, 5 über Leitungsverbindungen derart miteinander verbunden sein, so dass das kathodenseitige Abgas einer Brennstoffzellengruppe einer nachfolgenden Brennstoffzellengruppe wiederum eingangsseitig zuführbar ist, so dass die Brennstoffzellengruppen 2, 3, 4, 5 kathodenseitig nacheinander von dem Kathodengas durchströmbar sind.
  • Die Leitungsverbindungen 6 zwischen in Strömungsrichtung des Wasserstoffes H2 aufeinanderfolgenden Brennstoffzellengruppen umfassen jeweils einen Wasserabscheider 7 zur Abscheidung von in dem Wasserstoff H2 enthaltenem Produktwasser. Das abgeschiedene Produktwasser kann über ein Ventil 8 aus dem Wasserabscheider 7 entfernt werden. In den Wasserabscheidern 7 ist jeweils ein Detektor 13 für Sauerstoff O2 angeordnet. Der Detektor 13 umfasst eine Struktur 14 mit katalytischer Aktivität und einen Sensor 15 zur Messung der Temperatur der Struktur 14. Der Detektor 13 ist hierbei derart in dem Wasserabscheider 7 angeordnet, dass in dem Wasserstoff H2 enthaltenes Produktwasser bereits vor dem Detektor 13 abgeschieden wird und somit der Detektor 13 nicht mit Produktwasser in Kontakt kommt. Hierdurch kann eine hohe Genauigkeit der Messung gewährleistet werden.
  • Über eine Zufuhrleitung 9 mit einem Ventil 10 ist Wasserstoff H2 parallel den Anodengasräumen 20 der ersten Zellgruppe 2 zuführbar. Über eine Abfuhrleitung 11 und ein Ventil 12 ist Restgas aus den Anodengasräumen 20 der letzten Zellgruppe 5 abführbar.
  • Eine Überwachungseinrichtung 16 ist über Signalleitungen 17 mit den Temperatursensoren 15 verbunden und überwacht darüber die Temperaturen der Strukturen 14 auf Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes und unterbricht die Wasserstoffzufuhr zu der Brennstoffzellengruppe 2 durch entsprechende Ansteuerung des in die Zufuhrleitung 9 geschalteten Ventiles 10 über die Steuerleitung 19.
  • Tritt während des Betriebes der Brennstoffzellenanlage ein Leck im Randbereich oder in unmittelbarer Nähe des Gasaustritts aus den Anodengasräumen 20 der Brennstoffzellen auf oder wird in die Anodengasräume 20 übergetretener Sauerstoff O2 nicht vollständig an den Katalysatoren der Brennstoffzellen thermisch umgesetzt, so wird dieser Sauerstoff in der Struktur 14 mit katalytischer Aktivität thermisch umgesetzt, die in Strömungsrichtung des Wasserstoffes im direkt nachfolgenden Wasserabscheider 7 angeordnet ist. Hierdurch wird kein Sauerstoff O2 in eine nachfolgende Zellgruppe eingetragen. Somit kann eine Gefährdung von Membranen der nachfolgenden Zellgruppe sicher vermieden werden. Gleichzeitig erhöht sich an der Struktur 14 mit katalytischer Aktivität aufgrund der thermischen Umsetzung von Sauerstoff mit Wasserstoff die Temperatur. Dieser Temperaturanstieg wird von der Überwachungseinrichtung 16 mit Hilfe des in der Struktur 14 angeordneten Temperatursensors 15 erfasst und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts die Wasserstoffzufuhr über die Zufuhrleiturig 9 unterbrochen. Ein vorhandenes Gasleck kann somit detektiert und weitere Folgeschäden vermieden werden.
  • Alternativ oder ergänzend können derartige Strukturen 14 mit katalytischer Aktivität sowie Temperatursensoren 15 auch in Wasserabscheidern auf der Kathodengasseite der Brennstoffzellenanlage angeordnet sein und die Temperaturen dieser Strukturen durch die Überwachungseinrichtung 16 überwacht werden.
  • Eine in 2 gezeigte Brennstoffzellenanlage 1 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Brennstoffzellenanlage dadurch, dass die Detektoren 13 für das Kathodengas O2 in den anodengasseitigen Wasserabscheidern 7 einen Gassensor 21 für Kathodengas O2 statt einer Struktur mit katalytischer Aktivität und einem Temperatursensor umfassen. Die Überwachungseinrichtung 16 erfasst über Signalleitungen 17 den Volumenanteil des Sauerstoffes O2 in dem Wasserstoff H2. Bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes für den Sauerstoffanteil unterbricht die Überwachungseinrichtung 16 die Zufuhr an Wasserstoff H2 über die Zufuhrleitung 9 in die erste Brennstoffzellengruppe 2. Mit Hilfe eines derartigen Gassensors 21 kann automatisiert in der Überwachungseinrichtung 16 in einem weiten Volumenprozent-Bereich, d. h. mit hoher Empfindlichkeit, Sauerstoff in dem Wasserstoff detektiert werden. Hierdurch ist insbesondere eine quantitative Bewertung eines Gaslecks möglich. Ein Gasleck kann somit im normalen Brennstoffzellenbetrieb frühzeitig detektiert und seine Auswirkungen minimiert werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann auch auf der Kathodengasseite der Brennstoffzellenanlage 1 durch die Anordnung von Gassensoren 21 in den Wasserabscheidern zwischen aufeinanderfolgenden Zellgruppen der Übertritt von Wasserstoff in das Kathodengas detektiert und frühzeitig Gegenmaßnahmen ausgelöst werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0596366 B1 [0001, 0004]

Claims (6)

  1. Brennstoffzellenanlage (1) mit mehreren Brennstoffzellen und/oder Gruppen (2, 3, 4, 5) von Brennstoffzellen, wobei jede der Brennstoffzellen einen ersten Gasraum (20) für ein erstes Prozessgas (H2) mit einem ersten Reaktanten und einen zweiten Gasraum für ein zweites Prozessgas mit einem zweiten Reaktanten aufweist, zwischen denen ein ionendurchlässiger Elektrolyt angeordnet ist, und wobei die Brennstoffzellen und/oder Gruppen (2, 3, 4, 5) von Brennstoffzellen derart mittels Leitungsverbindungen (6) miteinander verbunden sind, dass sie nacheinander von dem ersten Prozessgas (H2) durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitungsverbindungen (6) jeweils ein Detektor (13) für den zweiten Reaktanten angeordnet ist.
  2. Brennstoffzellenanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsverbindungen (6) jeweils einen Wasserabscheider (7) umfassen, wobei der Detektor (13) für den zweiten Reaktanten in dem Wasserabscheider (7) angeordnet ist.
  3. Brennstoffzellenanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (13) für den zweiten Reaktanten eine Struktur (14) mit katalytischer Aktivität, insbesondere ein Platinnetz oder eine platinierte Oberfläche, und einen Sensor (15) zur Messung der Temperatur der Struktur (14) umfasst.
  4. Brennstoffzellenanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (13) für den zweiten Reaktanten einen Gassensor für den zweiten Reaktanten umfasst.
  5. Brennstoffzellenanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (16) zur Überwachung der Temperatur der Struktur(en) (14) bzw. der Konzentration des zweiten Reaktanten (O2) in dem ersten Prozessgas (H2) auf Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes und zur Unterbrechung der Zufuhr an erstem und zweitem Prozessgas zu den Brennstoffzellen bzw. Brennstoffzellengruppen (2, 3, 4, 5) bei Überschreiten des Grenzwertes.
  6. Brennstoffzellenanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellen als Brennstoffzellen mit einer Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM-Brennstoffzellen) ausgebildet sind.
DE102007040836A 2007-08-29 2007-08-29 Brennstoffzellenanlage mit Leckdetektion Withdrawn DE102007040836A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007040836A DE102007040836A1 (de) 2007-08-29 2007-08-29 Brennstoffzellenanlage mit Leckdetektion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007040836A DE102007040836A1 (de) 2007-08-29 2007-08-29 Brennstoffzellenanlage mit Leckdetektion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007040836A1 true DE102007040836A1 (de) 2009-03-05

Family

ID=40298912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007040836A Withdrawn DE102007040836A1 (de) 2007-08-29 2007-08-29 Brennstoffzellenanlage mit Leckdetektion

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007040836A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3211700A1 (de) 2016-02-29 2017-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenanlage mit leckagedetektion

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0596366B1 (de) 1992-11-05 1997-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Einrichtung zur Wasser- und/oder Inertgasentsorgung eines Brennstoffzellenblocks

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0596366B1 (de) 1992-11-05 1997-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Einrichtung zur Wasser- und/oder Inertgasentsorgung eines Brennstoffzellenblocks

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3211700A1 (de) 2016-02-29 2017-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenanlage mit leckagedetektion
WO2017148869A1 (de) 2016-02-29 2017-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffzellenanlage mit leckagedetektion
KR20180114949A (ko) * 2016-02-29 2018-10-19 지멘스 악티엔게젤샤프트 누설 검출을 갖는 연료 전지 시스템
KR102124437B1 (ko) 2016-02-29 2020-06-18 지멘스 악티엔게젤샤프트 누설 검출을 갖는 연료 전지 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007030037B4 (de) Brennstoffzellen-Diagnosevorrichtung und-Diagnoseverfahren
DE60032027T2 (de) System und verfahren zum vorzeitigen detektieren von verunreinigungen in brennstoffverarbeitendem system
DE69924908T2 (de) Erkennung und Korrektur der Flutung von Brennstoffzellen
DE69701432T2 (de) PEM Brennstoffzelle-Überwachungssystem
DE102008028007B4 (de) Verfahren zum Anordnen einer Anodenentlüftung von einer Anodenseite eines ersten Teilstapels und eines zweiten Teilstapels
DE10161234B4 (de) Verfahren zum Verbrennen der Effizienz eines Brennstoffzellensystems
DE102011008720B4 (de) Wasserstoffsensoranordnung
DE102011008728B4 (de) Verfahren und System zum Feststellen eines Membranfehlers in einer Brennstoffzelle
DE102014225404B4 (de) Vorrichtung zum Feststellen eines Zustands eines Brennstoffzellenstapels und Verfahren hierzu
DE102008047389A1 (de) Online-System-Bestimmung und -Steuerung einer Brennstoffzellenbefeuchtung über HFR-Messungen
DE102011107191B4 (de) System zum überwachen von brennstoffzellen in einer brennstoffzellengruppe
DE10358642A1 (de) Diagnoseverfahren für eine Brennstoffzelle
DE112005001125T5 (de) Messung von elektrischem Strom in einer Brennstoffzelle
DE102007059738B4 (de) Verfahren zur Bestimmung, ob sich ein Brennstoffzellenstapel überhitzt sowie entsprechend betreibbares Brennstoffzellensystem
EP2245690B1 (de) Verfahren zum betreiben eines hochtemperatur-polymerelektrolyt-brennstoffzellensystems (ht-pefc)
DE102012105327A1 (de) Verfahren zur Korrektur von Permeationsunsicherheiten unter Verwendung eines Konzentrationssensors
DE102014013197A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Bewertung des Zustands des Wasserhaushalts
AT517685B1 (de) Messverfahren und Messvorrichtung zur Ermittlung der Rezirkulationsrate
DE102007040836A1 (de) Brennstoffzellenanlage mit Leckdetektion
EP3676898B1 (de) Verfahren zum schutz von einzelzellen, brennstoffzellensystem und kraftfahrzeug
DE102019220527A1 (de) Zelleneinheit
DE102016120574A1 (de) System und Verfahren zum Bestimmen des Feuchtegehalts einer quellfähigen Membran
DE102012104792A1 (de) Verfahren zur Früherkennung von Membranausfällen von Brennstoffzellenstapeln und Komponentenfehlern eines Brennstoffzellensystems
DE102022104836A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102012220336B4 (de) Flüssigwassergeschützte implementierung eines gasqualitätswasserstoffsensors in ein brennstoffzellenabgassystem

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120301