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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle, bei
dem mindestens ein gasförmiges
Medium mindestens einen Gasströmungsweg
durchströmt.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit mindestens
einer Brennstoffzelle und mindestens einem Gasströmungsweg
zur Führung
eines gasförmigen
Mediums.
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Verfahren
zum Betreiben einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellensysteme
der eingangs genannten Art sind bekannt. Brennstoffzellen stellen
für die
Zukunft eine vielversprechende Form der Energiewandlung dar. Das
Grundprinzip der Brennstoffzelle ist die Oxidation eines Brennstoffes
auf elektrisch chemischen Wege in einer galvanischen Zelle. Dabei
wird chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt,
welche sich auf vielfältige Weise
nutzen lässt.
Sehr weit verbreitet ist zum Beispiel die Idee, diese Energie für den Antrieb
eines Kraftfahrzeugs mittels eines Elektromotors zunutzen. Die erreichbaren
Wirkungsgrade mit einer Brennstoffzelle liegen weit über denen
der herkömmlichen Energiewandlungstechniken,
wodurch sich die Forderung nach Reduzierung des Energieverbrauchs durch
effizientere Technologien erfüllen
lässt.
Als ein gasförmiges
Medium zum Betreiben einer Brennstoffzelle hat sich Wasserstoff
als sinnvoller Energieträger
herausgestellt. Dieser wird mit Sauerstoff, zum Beispiel aus der
Luft, zu Wasser oxidiert. In der Regel sind die Reaktionspartner
einer Brennstoffzelle räumlich
von einander getrennt, wobei die Trennung elektrisch isolierend
wirkt. Die bei der Reaktion frei werdenden Elektronen werden so
gezwungen, sich durch einen elektrischen Stromkreis von einer Anode zu
einer Kathode zu bewegen, wobei sie Arbeit verrichten können. In
der Regel besteht eine Brennstoffzelle aus mehreren aneinandergereihten
Brennstoffzelleneinheiten, die einen Brennstoffzellenstack bilden.
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Im
Betrieb einer Brennstoffzelle mit gasförmigen Medien, wie Luft und
Wasserstoff, werden diese durch Gasströmungswege in und durch die
Brennstoffzelle geführt.
Dabei ist in Gasströmungswegen mit
Taupunkttemperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur zu rechnen.
Bei Verwendung eines wasserhaltigen Mediums kommt es somit beim
Abstellen der Brennstoffzelle beziehungsweise des Brennstoffzellensystems
zwangsläufig
zu einer Kondensation von Wasser in den Gasströmungswegen und/oder in der
Brennstoffzelle selbst. Unter einem Gasströmungsweg wird hierbei nicht
nur eine einzelne Gasleitung verstanden, sondern vielmehr auch ein
System von das Medium führenden
Gasleitungen oder Gassträngen.
Die Kondensation des Wassers in einem Gasströmungsweg kann zu Schädigungen durch
Säureaustrag
oder sogar zu einer mechanischen Beschädigung durch ein Gefrieren
des Wassers führen.
Darüber
hinaus ist mit Problemen beim Neustart der Brennstoffzelle beziehungsweise
des Brennstoffzellensystems durch eine Störung der (Betriebs-)Gasversorgung
der Brennstoffzelle zu rechnen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennstoffzelle beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem
zu schaffen, das auf einfache und kostengünstige Art und Weise die Kondensation
einer Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, in dem Gasströmungsweg verhindert.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
das durch den Gasströmungsweg
strömende
Medium zumindest zeitweise getrocknet wird. Dadurch wird dem strömenden Medium
die Feuchtigkeit entzogen, sodass beim Abkühlen das Medium keine Wasseranteile
enthält,
die kondensieren könnten.
Das hier betrachtete gasförmige Medium
schließt
auch ein Medium ein, welches flüssige
oder dampfförmige
Anteile enthält.
Somit wird ein Schädigen
der Brennstoffzelle und/oder des Gasströmungsweges durch Kondensation
vermieden. Die Trocknung erfolgt zum Beispiel kontinuierlich oder
beim Neustart der Brennstoffzelle.
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Vorteilhafterweise
wird das Medium zum Trocknen durch einen Gastrockner geleitet. Der
Gastrockner enthält
zweckmäßigerweise
eine Substanz oder Einrichtung die in der Lage ist, Wasser in flüssiger und/oder
gasförmiger
Form aus einem gasförmigen,
durch den Gastrockner strömenden
Medium zu entfernen. Der Gastrockner kann dabei im Gasstrom vor
oder hinter der Brennstoffzelle angeordnet sein.
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Bevorzugt
wird die Trocknung des Mediums in einer Abkühlphase der Brennstoffzelle
durchgeführt.
Es sind Brennstoffzellen, wie zum Beispiel die Niedertemperaturbrennstoffzelle,
bekannt, deren Funktionsfähigkeit
durch ein sulfoniertes Fluorpolymer (zum Beispiel Nafion) gewährleistet
wird. Die Protonenleitung ist dabei vom Wassergehalt des Polymers
abhängig.
Daher ist für
diesen Typ von Brennstoffzellen ein entsprechendes Wassermanagement notwendig,
wodurch unter Umständen
sogar das (Betriebs-)Medium befeuchtet werden muss, um ein Austrocknen
der Membran der Brennstoffzelle zu vermeiden. Daher ist es sinnvoll,
dass die Trocknung des Mediums in der Abkühlphase der Brennstoffzelle, also
nach einem Abschalten der Brennstoffzelle durchgeführt wird,
sodass während
dem Betrieb das Medium eine ausreichende Feuchtigkeit aufweist und in
der Abkühlphase
getrocknet wird, sodass sich keine kondensierende Feuchtigkeit negativ
auf den Betrieb der Brennstoffzelle auswirkt. Ebenso kann das Verfahren
vorteilhaft als eine Nachtrocknung beim Systemstart erfolgen.
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Vorteilhafterweise
besteht die Möglichkeit, dass
der Gastrockner die aufgenommene Feuchtigkeit wieder abgeben kann,
um den Ausgangszustand seiner Aufnahmefähigkeit zu erreichen. Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird dazu der Gastrockner zur
Regeneration in einem Regenrationsbetrieb von dem genannten oder
von einem anderen Medium durchströmt, wobei das Medium oder das
andere Medium beim Durchströmen
des Gastrockners die im Gastrockner gespeicherte Feuchtigkeit aufnimmt
und aus dem Gastrockner entfernt. Zweckmäßigerweise weist im Regenerationsbetrieb
das durch den Gastrockner strömende
Medium eine geringere Feuchtigkeit auf. Dies kann zum Einen durch
die Verwendung eines Mediums erreicht werden, welches einen geringeren
Wassergehalt aufweist, oder das Medium oder die anderen Medien werden
zur Regeneration des Gastrockners vorgewärmt beziehungsweise aufgeheizt,
sodass sie die gespeicherte Feuchtigkeit des Gastrockners aufnehmen
können.
Bevorzugt wird im zuletzt genannten Fall dazu in Gasströmungsrichtung
vor dem Gastrockner ein Wärmetauscher
angeordnet.
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Zweckmäßigerweise
ist das Medium oder sind die Medien Anodengas und/oder Kathodengas. Vorteilhafterweise
wird als Kathodengas ein sauerstoffhaltiges Gas, wie zum Beispiel
Luft verwendet, und als Anodengas ein Energieträger-Gas, wie zum Beispiel Wasserstoff.
In der Brennstoffzelle reagiert der Sauerstoff mit dem Wasserstoff,
wobei reines Wasser entsteht, welches vornehmlich an der Kathode
anfällt
und vorteilhafterweise mit einem Abgas abgeführt wird. Je nach Betriebstemperatur
kann das Wasser in flüssiger
oder gasförmiger
Form beziehungsweise in einem Gemisch aus beidem vorliegen. Durch
Diffusionsvorgänge
kommt es zusätzlich
auch zum Auftreten von Feuchtigkeit im Anodengas. Bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen,
insbesondere Hochtemperatur-Polymermembran-Brennstoffzellen handelt
es sich im Grunde um Phosphorsäurebrennstoffzellen
mit einem Betriebstemperaturbereich von über 100°C. Da der Protonenleitungsmechanismus einer
derartigen Brennstoffzelle vom Wasser nahezu unabhängig ist,
wird keine Mindestfeuchte der Membran, wie oben beschrieben, benötigt. Kritisch
bei dieser Art von Brennstoffzelle ist das Auftreten von Wasser
in flüssiger
Form, welches zum Austragen von Phosphorsäure aus der Polymermembran
und damit zu einer Schädigung
der Zelle führen
kann. Daher ist es bei einer derartigen Brennstoffzelle vorteilhaft,
wenn die Trocknung des strömenden
Mediums im Betrieb kontinuierlich gewährleistet wird.
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem
ist dadurch gekennzeichnet, dass im Gasströmungsweg mindestens ein Gastrockner
zuschaltbar angeordnet ist. Das durch den Gasströmungsweg strömende Medium
wird somit durch den Gastrockner geleitet, der dem Medium Feuchtigkeit
entzieht. Dies führt
zu den oben beschriebenen Vorteilen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann der Gastrockner mittels im
Gasströmungsweg
liegenden Umschaltventilen von verschiedenen Medien und/oder zum
Zwecke verschiedener Betriebszustände, insbesondere für einen
Gastrocknerbetrieb oder für
einen Regenerationsbetrieb des Gastrockners durchströmt werden.
Je nach gewünschtem
Betriebszustand des Gastrockners ist es also möglich mittels der Umschaltventile
den Gastrockner derart zu schalten, sodass dem durch den Gasströmungsweg
strömenden
Medium Feuchtigkeit entzogen wird oder der Gastrockner regeneriert
wird, wobei er Feuchtigkeit an das durchströmende Medium abgibt.
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Bevorzugt
weist der Gastrockner feuchtigkeitsaufnehmendes, insbesondere wasseraufnehmendes,
Material auf und/oder bindet die Feuchtigkeit aufgrund mindestens
eines physikalischen Effekts. Dieses dient zum Entziehen der Feuchtigkeit aus
dem durchströmenden
Medium. Da jedes feuchtigkeitsaufnehmende Material irgendwann gesättigt ist,
ist es notwendig, den Gastrockner beziehungsweise das Material zu
regenerieren, wobei dann, wie oben beschrieben, die in dem Material
aufgenommene Feuchtigkeit an das durchströmende Medium abgegeben wird.
Um ein kontinuierliches Trocknen des durchströmenden Mediums zu gewährleisten,
wird der Gastrockner derart ausgelegt, dass er entweder kontinuierlich
Wasser abtrennen beziehungsweise ablassen kann, oder es werden bevorzugt
zwei Gastrockner im Wechsel betrieben, wovon jeweils einer regeneriert
wird, während
der andere trocknet. Der physikalische Effekt ist insbesondere ein
Ausfrieren der Feuchtigkeit, vorzugsweise in einer Kühlfalle.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
beziehungsweise mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem
ist es möglich,
eine dauerhafte Funktionsfähigkeit
einer Brennstoffzelle unter unterschiedlichsten Klimabedingungen
zu gewährleisten.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden.
Dazu zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
in einer schematischen Darstellung,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
in einer schematischen Darstellung,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
in einer schematischen Darstellung und
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
in einer schematischen Darstellung.
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Die 1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Dazu zeigt die 1 einen
Tank 1 in dem ein erstes Medium zum Betreiben einer Brennstoffzelle 2 gespeichert
ist. Das Medium ist vorteilhafterweise Wasserstoff, der sich als
sinnvoller Energieträger
für den
Einsatz im Sub-Megawatt-Bereich einer Brennstoffzelle herausgestellt
hat. Der Wasserstoff kann an dem Tank 1 zum Beispiel in
Reinform gespeichert oder durch Reformierung von Kohlenwasserstoffen erzeugt
werden. Von dem Tank 1 wird der Wasserstoff als gasförmiges Medium
zu einem ersten Sperrventil 3 oder Druckregelventil geführt. Von
dem Sperrventil 3 wird er weiter zu einer Verzweigung 4 geführt, von
der er zu einem weiteren Sperrventil 5 und einem Dreiwegeventil 6 geleitet
wird. Von dem Sperrventil 5 gelangt der Wasserstoff zur
Brennstoffzelle 2, die beispielsweise als Niedertemperaturbrennstoffzelle
oder Hochtemperatur-Polymermembranbrennstoffzelle ausgebildet ist.
Das aus dem Tank 1 strömende
Medium (Wasserstoff) wirkt in der Brennstoffzelle 2 als
Anodengas.
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Als
Kathodengas wird der Brennstoffzelle 2 über ein Gebläse 7 Luft
zugeführt,
wobei von dem Gasstromweg von dem Gebläse 7 zu der Brennstoffzelle 2 an
einer Verzweigung 8 die Luft zusätzlich zu einem Dreiwegeventil 9 geleitet
wird. In der Brennstoffzelle 2 reagiert der Wasserstoff
mit der Luft, wobei nach dem Prinzip einer galvanischen Zelle Energie
erzeugt wird. Der unverbrauchte Anteil der Luft wird nach dem Durchströmen der
Brennstoffzelle 2 über
einen Austritt 10 an die Atmosphäre abgegeben.
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Unverbrauchter
Wasserstoff wird über
einen Gasströmungsweg,
der als Rückführleitung 11 mit
einer Rückführeinrichtung 12 ausgebildet
ist, dem von der Verzweigung 4 kommenden frischen Wasserstoff zugemischt.
Von dem Dreiwegeventil 6 verläuft ein weiterer Gasströmungsweg
direkt zum Austritt 10. Von dem Dreiwegeventil 9 verläuft ein
weiterer Gasströmungsweg
zu dem vom Sperrventil 5 kommenden Gasströmungsweg,
sodass von dem Dreiwegeventil 9 kommendes Medium dem von
dem Sperrventil 5 kommenden Medium an einer Verzweigung 13 zugemischt
werden kann. Zwischen den Dreiwegeventilen 6 und 9 ist
ein Gastrockner 14 in einem die Dreiwegeventile 6 und 9 verbindenden
Gasströmungsweg
angeordnet.
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In
dem Fall, dass die Brennstoffzelle 2 als Hochtemperaturbrennstoffzelle
ausgebildet ist, deren Funktionsfähigkeit unabhängig vom
Wassergehalt der durch die Brennstoffzelle strömenden Medien ist, jedoch Kondensation
verhindert werden muss, wird das wie oben beschrieben aufgebaute
Brennstoffzellensystem 15 beispielsweise derart betrieben,
dass die Dreiwegeventile 6 und 9 geschlossen sind,
sodass das aus dem Tank 1 strömende Medium, also der Wasserstoff,
und das durch das Gebläse 7 geförderte Medium,
also die Luft, direkt zur Brennstoffzelle 2 geleitet werden.
Weist das rückgeführte Medium eine
zu hohe Feuchtigkeit auf, so wird das Sperrventil 5 geschlossen
und die Dreiwegeventile 6 und 9 derart geschaltet,
dass der Wasserstoff durch den Gastrockner 14 und anschließend über die
Verzweigung 13 wieder in die Brennstoffzelle geführt wird.
Der Gastrockner enthält
vorteilhafterweise eine Substanz oder eine Einrichtung die in der
Lage ist, Wasser in flüssiger
und gasförmiger
Form aus einem Gasstrom zu entfernen. Dazu sind verschiedene physikalische und
chemische Verfahren denkbar.
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Beim
Abfahren, also beim Ausstellen des Brennstoffzellensystems 15 werden
die Dreiwegeventile 6 und 9 derart angesteuert,
dass das über
die Rückführleitung 11 zurückströmende unverbrauchte Medium
durch den Gastrockner 14 strömt, wodurch ihm ein großer Teil
der Feuchtigkeit entzogen wird. Das Ansteuerventil 5, das
auch als Drossel wirken kann, kompensiert den Druckverlust über den
Gastrockner 14 und sorgt dafür, dass diese entsprechend durchströmt wird.
Die Durchströmung
wird mit der Rückführeinrichtung 12 so
lange aufrechterhalten, bis eine ausreichende Absenkung der Feuchtigkeit im
Brennstoffzellensystem 15 erreicht ist. Dies hat den Vorteil,
dass im Ruhezustand des Brennstoffzellensystems 15 in den
Gasströmungswegen
oder in der Brennstoffzelle keine Kondensation von Wassers stattfindet,
die zu einer Schädigung
durch Säureaustrag
oder zu einer mechanischen Beschädigung durch
Gefrieren des Wasser führen
kann. Darüber
hinaus ist beim Neustart des Brennstoffzellensystems 15 eine
störungsfreie
Gasversorgung, also eine störungsfreie
Zuführung
der verwendeten Medien gewährleistet.
Beim Neustart des Brennstoffzellensystems 15 werden die
Dreiwegeventile 6 und 9 bevorzugt derart geschaltet
beziehungsweise angesteuert, dass die von dem Gebläse 7 kommende,
in der Verzweigung 8 abgezweigte trockene heiße Luft
durch den Gastrockner 14 strömt und dabei die in dem Gastrockner 14 gespeicherte
Feuchtigkeit aufnimmt, wodurch der Gastrockner 14 regeneriert
wird. Die Luft strömt
dabei von dem Dreiwegeventil 9 durch den Gastrockner 14 zum
Dreiwegeventil 6 und von da aus direkt über einen Gasströmungsweg
zu dem Austritt 10.
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Die 2 zeigt
ein alternatives Brennstoffzellensystem 16 als ein weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer schematischen Darstellung. In der 2 dargestellte
Elemente, die Elementen aus 1 entsprechen,
sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Brennstoffzellensystem 16 gleicht
im Wesentlichen dem Brennstoffzellensystem 15 aus der 1.
Der Unterschied besteht darin, dass zwischen der Verzweigung 8 in
dem Gasströmungsweg
des zweiten Mediums, also der Luft, und der Brennstoffzelle 2 ein
weiteres Sperrventil 17 vorgesehen ist und die aus dem
Gastrockner 14 über das
Dreiwegeventil 6 austretende Luft über einen Gasströmungsweg
dem Lufteintritt der Brennstoffzelle 2 zugeführt wird.
Wobei der Gasströmungsweg von
dem Dreiwegeventil 6 zu einer in Strömungsrichtung hinter dem Sperrventil 17 liegenden
Verzweigung 18 führt.
Wird das Sperrventil 17 geschlossen und die Dreiwegeventile 9 und 6 entsprechend
geschaltet, strömt somit
heiße
trockene Luft von dem Gebläse 7 über die
Verzweigung 8 und das Dreiwegeventil 9 in den
Gastrockner 14, nimmt dort Feuchtigkeit des Gastrockners
auf und strömt
anschließend über das
Dreiwegeventil 6 zu der Verzweigung 18 und in
die Brennstoffzelle 2. Dies kann von Vorteil für Niedertemperaturbrennstoffzellen
sein, die, wie oben beschrieben, abhängig von dem Feuchtigkeitsgrad der
verwendeten Medien sind.
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Die 3 zeigt
ein weiteres alternatives Brennstoffzellensystem 19 als
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Auch hier sind
gleiche Elemente mit den selben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden
Figuren versehen. Der wesentliche Unterschied zu den vorhergehenden
Brennstoffzellensystemen 15 und 16 besteht darin,
dass der Gastrockner 14 in Strömungsrichtung hinter der Brennstoffzelle 2 angeordnet
ist. Das Sperrventil 5 sowie die Dreiwegeventile 6 und 9 sind
dabei ebenfalls in Strömungsrichtung
hinter der Brennstoffzelle 2 angeordnet. Aus dem Tank 1 kommendes
Energieträger-Medium,
also der Wasserstoff, wird über
dass Sperrventil 3 direkt zur Brennstoffzelle 2 geleitet,
reagiert dort mit dem von dem Gebläse 7 in die Brennstoffzelle 2 geführten Sauerstoff,
und verlässt
die Brennstoffzelle, wobei er entweder über das Sperrventil 5 und
die Rückführeinrichtung 12 erneut
der Brennstoffzelle 2 oder über das Dreiwegeventil 6 dem
Gastrockner 14 zugeführt wird.
In dem Gasströmungsweg
der von dem Gebläse 7 geförderten
Luft ist eine Verzweigung 20 in Strömungsrichtung vor der Brennstoffzelle 2 vorgesehen, sodass
Luft direkt über
das Dreiwegeventil 9 dem Gastrockner 14 zugeführt werden
kann, um die im Gastrockner 14 gespeicherte Feuchtigkeit
aufzunehmen und diesen zu regenerieren. Über das Dreiwegeventil 6 wird
die so befeuchtete Luft anschließend zu dem Austritt 10 geleitet.
Der in der Brennstoffzelle 2 ungebrauchte Wasserstoff kann
durch entsprechendes Einstellen der Dreiwegeventile 6 und 9 sowie
des Sperrventils 5 entfeuchtet und der Brennstoffzelle 2 wieder
zugeführt
werden.
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Wie
bereits gesagt, erfolgt die Trocknung des Wasserstoffs vorteilhafterweise
beim Abschalten, also in einer Abkühlphase des Brennstoffzellensystems 19.
Die Trocknung des Wasserstoffs kann einmalig oder schrittweise beim
Abstellen des Systems erfolgen. Die Regeneration des Gastrockners 14 erfolgt
vorteilhafterweise beim Neustart des Systems.
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Die
Regeneration des Gastrockners 14 ist dabei nicht auf eine
Regeneration durch Durchströmen
des Gastrockners 14 mit trockener heißer Luft von dem Gebläse 7 beschränkt. Der
Gastrockner 14 kann alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet sein,
dass er das dem Gasstrom entzogene Wasser kontinuierlich oder unter
bestimmten Voraussetzungen abgibt. Auch ist eine Regeneration des
Gastrockners 14 mittels des Anodengases, also des Wasserstoffes
denkbar, wie in der 4 in einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung schematisch dargestellt.
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Die 4 zeigt
ein Brennstoffzellensystem 21, bei dem der Gastrockner 14 nur
in den Wasserstoff- beziehungsweise Anodenkreislauf integriert ist, als
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Auch in dieser schematischen Darstellung werden bereits
bekannte Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Von dem
Tank 1 wird das gasförmige
Energieträger-Medium
(Wasserstoff) zu dem Sperrventil 3 geführt. In dem Sperrventil 3 folgenden Gasströmungsweg
ist ein Wärmetauscher 22 angeordnet,
der das hindurchströmende
Medium, also den Wasserstoff, vorwärmen kann. Von dem Wärmetauscher 22 wird
das Medium über
den Gasströmungsweg
zu dem Gastrockner 14 geführt. Von dem Gastrockner 14 gelangt
das Medium zu der Brennstoffzelle 2. Wie in den 1 und 2 dargestellt, wird
das unverbrauchte Medium, also der unverbrauchte Wasserstoff, nach
dem Durchströmen
der Brennstoffzelle 2 über
die Rückführleitung 11 und
die Rückführeinrichtung 12 abgeführt, wobei
es in diesem Fall zu einem Dreiwegeventil 23 geleitet wird, von
dem es über
einen Gasströmungsweg
in den Gasströmungsweg
zwischen Wärmetauscher 22 und Gastrockner 14 über einer
Verzweigung 24 oder über einen
anderen Gasströmungsweg
in den Gasströmungsweg
zwischen Gastrockner 14 und Brennstoffzelle 2 über einer
Verzweigung 25 geführt
wird. Je nach Stellung des Dreiwegeventils 23 kann somit
das zurückgeführte, unverbrauchte
Medium (Anodengas) direkt der Brennstoffzelle 2 oder zuerst
dem Gastrockner 14 und anschließend der Brennstoffzelle 2 zugeführt werden.
Wobei eine Trocknung des Anodengases vorzugsweise in den oben beschriebenen Betriebszuständen erfolgt.
Das den Sauerstoff enthaltene zweite Medium, also die Luft beziehungsweise
das Kathodengas, wird direkt zur Brennstoffzelle 2 und
durch diese hindurch zum Austritt 10 geführt. Zur Regeneration
des Gastrockners 14 wird der Wärmetauscher 22 dazu
verwendet, das von dem Sperrventil 3 kommende Medium (Anodengas)
vorzuwärmen, sodass
es im Gastrockner befindliche Feuchtigkeit aufnimmt und der Brennstoffzelle 2 zuführt. Das Brennstoffzellensystem 21 hat
den Vorteil, dass Kathodengas (Sauerstoff beziehungsweise Luft)
und Anodengas (Wasserstoff) voneinander getrennt sind.
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Bei
den dargestellten Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 ist
es möglich
den Wasserstoff beziehungsweise das Anodengas so lange zu trocknen,
bis der Gastrockner 14 seine Aufnahmekapazität erreicht
hat. Es sei denn der Gastrockner 14 kann kontinuierlich
das aufgenommene Wasser entsorgen. Um eine vorteilhafte kontinuierliche
Trocknung eines Mediums zu gewährleisten,
ist ein Brennstoffzellensystem mit zwei Gastrocknern denkbar, die
im Wechsel arbeiten, sodass einer trocknet während der andere regeneriert
wird. Die vorteilhaften Ausgestaltungen ermöglichen das Trocknen der Gasströmungswege
sowohl außerhalb
als auch innerhalb einer Brennstoffzelle, sodass keine Flüssigkeit
kondensiert, die zu einer Schädigung
des Systems führen könnte.
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- 1
- Tank
- 2
- Brennstoffzelle
- 3
- Sperrventil
- 4
- Verzweigung
- 5
- Sperrventil
- 6
- Dreiwegeventil
- 7
- Gebläse
- 8
- Verzweigung
- 9
- Dreiwegeventil
- 10
- Austritt
- 11
- Rückführleitung
- 12
- Rückführeinrichtung
- 13
- Verzweigung
- 14
- Gastrockner
- 15
- Brennstoffzellensystem
- 16
- Brennstoffzellensystem
- 17
- Sperrventil
- 18
- Verzweigung
- 19
- Brennstoffzellensystem
- 20
- Verzweigung
- 21
- Brennstoffzellensystem
- 22
- Wärmetauscher
- 23
- Dreiwegeventil
- 24
- Verzweigung
- 25
- Verzweigung