DE102008013507A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse Download PDF

Info

Publication number
DE102008013507A1
DE102008013507A1 DE102008013507A DE102008013507A DE102008013507A1 DE 102008013507 A1 DE102008013507 A1 DE 102008013507A1 DE 102008013507 A DE102008013507 A DE 102008013507A DE 102008013507 A DE102008013507 A DE 102008013507A DE 102008013507 A1 DE102008013507 A1 DE 102008013507A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
return line
cell system
fuel cell
flow direction
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Withdrawn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
DE102008013507A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Baur
Andreas Dipl.-Ing. Knoop
Cosimo S. Dipl.-Ing. Mazzotta
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Ford Global Technologies LLC
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 Daimler AG, Ford Global Technologies LLC filed Critical Daimler AG
Priority to DE102008013507A priority Critical patent/DE102008013507A1/de
Priority to EP09718830.4A priority patent/EP2250697B1/de
Priority to US12/921,854 priority patent/US8748047B2/en
Priority to PCT/EP2009/001482 priority patent/WO2009112178A1/en
Publication of DE102008013507A1 publication Critical patent/DE102008013507A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04253Means for solving freezing problems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04753Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04761Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746Pressure; Flow
    • H01M8/04776Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystem mit einem in einem Brennstoffzellenkreislauf angeordneten Rezirkulationsgebläse (6), anhand dessen dem Brennstoffzellensystem anodenseitig austretender Brennstoff (BS1) wieder zugeführt wird, wobei dieser mit abwechselnden Strömungsrichtungen (R1 und R2) bereichsweise in einer Brennstoffrückführleitung (Z2) geführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf angeordneten Rezirkulationsgebläse.
  • Üblicherweise wird bei der Gasversorgung für ein Brennstoffzellensystem als Oxidationsstoff Frischluft zunächst in einem Verdichter komprimiert und dann in einem Ladeluftkühler abgekühlt. Im Weiteren strömt die Luft in ein Befeuchtermodul, in welchem sie Wasserdampf aus einem kathodenseitig ausströmenden Kathodenabgas der Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstapels aufnimmt. Danach wird die befeuchtete Frischluft in die Brennstoffzelle oder den Brennstoffzellenstapel geleitet und nimmt dort an der elektrochemischen Reaktion teil.
  • Der Anode des Brennstoffzellensystems wird beispielsweise über ein Dosierventil überstöchiometrischer Wasserstoff als Brennstoff zugeführt. Nicht umgesetzter Wasserstoff und an der Kathode übergetretener Stickstoff und Wasserdampf werden mittels eines Gebläses (im Weiteren Rezirkulationsgebläse) wieder auf das Druckniveau des Frischgases verdichtet und erneut in den Wasserstoffzustrom eingespeist.
  • Da das Wasser bei geringen Außentemperaturen gefrieren kann, können bei einem Starten des Rezirkulationsgebläses Komponenten, wie beispielsweise Ventile und/oder Pumpvorrichtungen, welche in dem oben beschriebenen Kreislauf angeordnet sind, in ihrer mechanischen Funktion beeinträchtigt und gegebenenfalls beschädigt werden. Üblicherweise werden solche Frost gefährdeten Komponenten beim Gefrierstart durch zusätzliche Heizelemente beheizt.
  • Alternativ und/oder zusätzlich zu den Heizelementen dient das Rezirkulationsgebläse bei einem bevorstehenden Gefrierstart aufgrund geringer Außentemperatur einem Austrag von Wasser, beispielsweise in Form von Wasserdampf. Dabei weist das Rezirkulationsgebläse eine vorgegebene Drehrichtung auf. Durch die vorgegebene Drehrichtung kann sich jedoch während des Austragvorgangs des Wassers dieses beispielsweise aufgrund von Höhenunterschieden in Nischen der Brennstoffrückführleitung sammeln. Dabei fließt nach einem Abstellen des Rezirkulationsgebläses das Wasser in der Brennstoffrückführleitung zurück, wird nicht ausgetragen und kann gefrieren.
  • Aus der DE 10 2004 056 744 A1 ist ein Fluidkompressor bekannt, der ein Abführen von Wasser mittels einer Ausstoßöffnung sicherstellt, im Fall, dass Wasser in eine Pumpenkammer gesaugt wird und dort kondensiert. In der Pumpenkammer ist ein Bodenteil in einem unteren Abschnitt angeordnet. Zwei Rotoren, die in der Pumpenkammer angeordnet sind, werden gedreht, um das Wasser in der Pumpenkammer mit Druck zu beaufschlagen. Die Ausstoßöffnung, die im Bodenteil angeordnet ist, stößt das mit Druck beaufschlagte Wasser aus der Pumpenkammer aus. Der Bodenteil definiert eine Führungsfläche, die fortlaufend von der Ausstoßöffnung ausgebildet ist. Die Führungsfläche ist so nach unten geneigt, dass Wasser sich aufgrund der Schwerkraft auf der Führungsfläche nach unten zur Ausstoßöffnung bewegt. Nachteilig ist, dass bei einem Einsatz eines solchen Fluidkompressors ebenfalls die Gefahr des Gefrierens von Wasser in Nischen der Brennstoffrückführleitung besteht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einer Brennstoffrückführleitung angeordneten Rezirkulationsgebläses anzugeben, welches insbesondere die in dem Stand der Technik angegebenen Nachteile überwindet und kostengünstig realisierbar ist.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 8 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Beim Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläses, anhand dessen dem Brennstoffzellensystem anodenseitig austretender Brennstoff eingangsseitig wieder zugeführt wird, wird erfindungsgemäß der anodenseitig austretende Brennstoff in einer Brennstoffrückführleitung zumindest bereichsweise mit abwechselnden Strömungsrichtungen geführt. Hierdurch ist ein einfaches Abscheiden von Wasser aus dem gasförmigen Brennstoff und somit ein Trocknen des Brennstoffs ermöglicht. Das Verfahren ist vorzugsweise als eine Abschaltprozedur zur Vorbereitung eines Gefrierstarts in eine Steuereinheit für das Brennstoffzellensystems implementiert. Dabei wird das Verfahren bei niedrigen Außentemperaturen wiederholend und insbesondere vor einem so genannten Gefrierstart ausgeführt, wobei das Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird, um in der Brennstoffrückführleitung vorhandenes Wasser auszutragen. Hierbei wird beispielsweise durch Änderung, insbesondere Umkehr der Strömungsrichtung des rückgeführten Brennstoffs in der Brennstoffrückführleitung ein Austrag von Wasser, welches beispielsweise Höhenunterschiede und/oder Nischen, so genannte Totbereiche, in der den Brennstoff rückführenden Strömungsrichtung nicht überwinden kann, ermöglicht.
  • Zweckmäßigerweise wird das in einer flüssigen Phase vorliegende überschüssige Wasser oder Wasserdampf mittels eines in der Brennstoffrückführleitung angeordneten Abscheiders aus der Brennstoffrückführleitung ausgetragen. Der Abscheider begünstigt vorzugsweise einen Vorgang des Abscheidens in beide Strömungsrichtungen (bidirektional) des Brennstoffs. Durch den Austrag von Wasser aus dem Brennstoffkreislauf, insbesondere aus der Brennstoffrückführleitung, ist die Gefahr des Gefrierens von Wasser beispielsweise in Nischen der Brennstoffrückführleitung sicher vermieden. Dadurch ist ein Einsatz zusätzlicher Heizelemente zum Schutz von Frost gefährdeten Komponenten, wie beispielsweise von Ventilen und/oder Pumpvorrichtungen, in der Brennstoffrückführleitung bei niedrigen Außentemperaturen nicht notwendig. Bevorzugt ist der Abscheider in rückführender Strömungsrichtung des Brennstoffs vor dem Rezirkulationsgebläse in der Brennstoffrückführleitung angeordnet.
  • In einer möglichen Ausführungsform wird zur Strömungsrichtungsumkehr des in der Brennstoffrückführleitung geführten Brennstoffs die Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses geändert, insbesondere umgekehrt. In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für den Austrag von Wasser die Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses über eine elektronische Antriebssteuerung und/oder über ein Getriebe geändert, insbesondere umgekehrt, so dass die Durchlassrichtung ebenfalls umgekehrt wird.
  • Auch kann, um eine Umkehr der Strömungsrichtung des Brennstoffs in der Brennstoffrückführleitung zu erreichen, eine Flügelgeometrie eines im Rezirkulationsgebläse angeordneten Rotors über einen elektrischen Antrieb verstellt werden. Hierbei wird bevorzugt die Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses beibehalten.
  • Alternativ wird bei ausgeschaltetem, insbesondere angehaltenem Rezirkulationsgebläse und gleichzeitigem Öffnen eines in der Brennstoffrückführleitung angeordneten Absaugventils ein Rückwärtsfließen des Gasstromes in der Brennstoffrückführleitung erreicht, wobei das Wasser über das Absaugventil nach außen abgeführt wird.
  • Zweckmäßigerweise wird während der Umkehr der Strömungsrichtung in der Brennstoffrückführleitung und somit während des Austragens des Wassers ein im Brennstoffkreislauf der Brennstoffzelle angeordneter Ejektor, in welchem ein bestimmter Anteil des rückgeführten Brennstoffs rezirkuliert, mittels einer Umgehungsleitung (Bypass) umgangen und vorzugsweise außer Betrieb gesetzt. Dadurch wird während der Umkehr der Strömungsrichtung kein weiterer Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, über die Brennstoffzuführleitung in den Brennstoffkreislauf zugeführt, wodurch keine treibende Kraft auf den Ejektor wirkt bzw. wirken kann.
  • Hinsichtlich der Vorrichtung zum Betreiben des Brennstoffzellensystems mit dem angeordneten Rezirkulationsgebläse ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Rezirkulationsgebläse zusätzlich zum Trocknen des Brennstoffs einsetzbar ist, wobei das Rezirkulationsgebläse derart steuerbar ist, dass der anodenseitig austretende und rückgeführte Brennstoff in der Brennstoffrückführleitung zumindest bereichsweise mit abwechselnden Strömungsrichtungen führbar ist. Dabei ist in der Brennstoffrückführleitung anhand geeigneter Mittel, z. B. Rückschlagklappe, Absperrventil oder Abscheider, sichergestellt, dass der anodenseitig austretende und in der Brennstoffrückführleitung geführte Brennstoff nicht in den Anodenausgang rückgeführt wird.
  • Vorzugsweise werden daher nur ein oder mehrere einzelne Bereiche zwischen Komponenten in der Brennstoffrückführleitung mit abwechselnden Strömungsrichtungen betrieben. Beispielsweise werden Bereiche zwischen dem Rezirkulationsgebläse und einem diesem vorgeschalteten Abscheider abwechselnd in beide Strömungsrichtungen vom rückgeführten Brennstoff durchströmt.
  • Zum Austrag des im rückgeführten Brennstoff enthaltenen Wassers ist in der Brennstoffrückführleitung ein Abscheider angeordnet. Dabei ist der Abscheider bevorzugt in den Brennstoff rückführender Strömungsrichtung vor dem Rezirkulationsgebläse und unmittelbar nach dem Anodenausgang am Eingang der Brennstoffrückführleitung in dieser angeordnet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 schematisch eine Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse.
  • Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelle 1. Alternativ kann das Brennstoffzellensystem in nicht näher dargestellter Art und Weise ein Brennstoffzellenpaket oder einen Brennstoffzellenstapel umfassen.
  • Die Brennstoffzelle 1 besteht aus einer Anode 2 und einer Kathode 3, wobei zwischen Anode 2 und Kathode 3 eine Elektrolyt-Membran 4 angeordnet ist.
  • Anodenseitig ist der Brennstoffzelle 1 zur Versorgung mit Brennstoff BS, insbesondere Wasserstoff, ein Speicher 5 vorgeschaltet, von dem eine Brennstoffzuführleitung Z1 in die Anode 2 führt. Anodenabgasseitig ist in einer Brennstoffrückführleitung Z2 ein Rezirkulationsgebläse 6 angeordnet, wobei die Brennstoffrückführleitung Z2 über einen Ejektor 7 mit der Brennstoffzuführleitung Z1 verbunden ist. Der Ejektor 7 ist beispielsweise als eine Saugstrahlpumpe ausgeführt.
  • Der Brennstoff BS wird über die Brennstoffzuführleitung Z1 mittels des Ejektors 7 in die Anode 2 der Brennstoffzelle 1 geführt und reagiert dort zum Teil mit einem von der Kathode 3 zugeführten Oxidationsmittel OM, insbesondere Frischluft. Als Reaktionsprodukt entsteht Wasser H2O und es wird eine elektrische Spannung erzeugt. Ein nicht verwendeter bzw. nicht umgesetzter Brennstoff BS1 wird anschließend in die Brennstoffrückführleitung Z2 geführt.
  • Von Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei, dass der der Anode 2 zugeführte Volumenstrom des Brennstoffs BS verhältnismäßig größer ist als der in der Anode 2 umgesetzte Volumenstrom. Der nicht umgesetzte Brennstoff BS1 wird über die Brennstoffrückführleitung Z2 mittels eines Rezirkulationsgebläse 6 rückgeführt und anodeneingangsseitig über den Ejektor 7 in die Brennstoffzuführleitung Z1 geführt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zur Vermeidung von Gefrieren von Wasser in der Brennstoffrückführleitung Z2 bei niedrigen Temperaturen, der in der Brennstoffrückführleitung Z2 rückgeführte Brennstoff BS1 bereichsweise mit abwechselnden Strömungsrichtungen R1, R2 geführt wird. Dies ermöglicht ein Austragen von Wasser beispielsweise über einen in der Brennstoffrückführleitung Z2 angeordneten Abscheider 8. Somit kann mittels des zeitweise durchgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens ein eventuell bei niedrigen Temperaturen erforderlicher Gefrierstart vorbereitet werden. Dabei wird der anodenausgangsseitig ausgetretene Brennstoffs BS1 bereichsweise, d. h. in einzelnen oder mehreren Bereichen B zwischen dem Abscheider 8 und dem Ejektor 7 oder zwischen dem Abscheider 8 und dem Rezirkulationsgebläse 6 in der Brennstoffrückführleitung Z2, mit abwechselnden Strömungsrichtungen R1, R2 (vorwärts und rückwärts) geführt.
  • Der Bereich B der abwechselnden Strömungsrichtungen R1 und R2 kann beispielsweise durch eine Leitungsstrecke von dem Abscheider 8 über eine den Ejektor 7 umgehende Umgehungsleitung UL (Bypass) zurück zu dem Abscheider 8 gebildet sein, wobei das überschüssige Wasser H2O oder Wasserdampf über dem Abscheider 8 abgeführt wird. Dabei ist vor dem Ejektor 7 in der Brennstoffrückführleitung Z2 zur Abzweigung der Umgehungsleitung UL ein Steuerventil V1, welches beispielsweise als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet ist, angeordnet.
  • Für die Umkehr der Strömungsrichtung R1 in der Brennstoffrückführleitung sind verschiedene Betriebsweisen möglich.
  • In einer ersten möglichen Ausführungsform ist beispielsweise eine nicht näher dargestellte Flügelgeometrie eines in dem Rezirkulationsgebläse 6 angeordneten Rotors verstellbar. Dabei werden die einzelnen Flügel des Rotors derart verstellt, dass bei gleicher Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses 6 ein entgegen gesetzter Gasstrom in Strömungsrichtung R2 erzeugt wird. Hierbei strömt der Brennstoff BS1 entgegen der Brennstoff rückführenden Strömungsrichtung R1 in die Strömungsrichtung R2 und wird dem Abscheider 8 wieder zugeführt, um das im rückgeführten Brennstoff BS1 enthaltene Wasser H2O oder Wasserdampf von dem Brennstoff BS1 abzuscheiden.
  • Alternativ zur Verstellung der Rotorflügel bei gleicher Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses 6 kann allein die Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses 6 geändert, insbesondere umgekehrt werden.
  • In einer weiteren Alternative wird das Rezirkulationsgebläse 6 ausgeschaltet, wobei durch den Überdruck in der Brennstoffrückführleitung Z2 ein in dieser stromaufwärts angeordnetes Absaugventil V2 geöffnet und die Strömungsrichtung von R1 nach R2 umgekehrt wird und das Wasser H2O bzw. der Wasserdampf über das Absaugventil V2 abgeführt wird. Dabei kann das Absaugventil V2 zwischen Abscheider 8 und Rezirkulationsgebläse 6 in der Brennstoffrückführleitung Z2 oder an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein.
  • Während der Umkehr der Strömungsrichtung R1 des Brennstoffs BS1 in die Strömungsrichtung R2 wird der Ejektor 7 über die Umgehungsleitung UL umgangen, indem das Steuerventil V1 die Umgehungsleitung UL (= Bypass) öffnet und die Zufuhr zum Ejektor 7 sperrt. Durch die Umgehung wird der Brennstoff BS1 zurück in Richtung R2 über das Rezirkulationsgebläse 6 zum Abscheider 8 geführt. Dabei wird der Brennstoff BS1 solange mit abwechselnder Strömungsrichtung R1, R2 geführt und somit getrocknet, bis über den Abscheider 8 oder das Absaugventil V2 kein Wasser H2O oder Wasserdampf mehr abführbar ist. Anschließend wird die Umgehungsleitung UL gesperrt und die Zufuhr zum Ejektor 7 über das Steuerventil V1 wieder geöffnet. Wird das Brennstoffzellensystem wieder in Betrieb genommen, führt der Ejektor 7 den getrockneten Brennstoff BS1 der Brennstoffzuführleitung Z1 zu.
  • In einer möglichen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren als eine Abschaltprozedur in einer Steuereinheit implementiert. Zur Durchführung des Verfahrens zum Austragen des Wassers wird das Brennstoffzellensystem 1 deaktiviert, d. h. insbesondere die Brennstoffzufuhr deaktiviert.
  • 1
    Brennstoffzelle
    2
    Anode
    3
    Kathode
    4
    Elektrolyt-Membran
    5
    Speicher
    6
    Rezirkulationsgebläse
    7
    Ejektor
    8
    Abscheider
    Z1
    Brennstoffzuführleitung
    Z2
    Brennstoffrückführleitung
    BS
    Brennstoff
    BS1
    rückgeführter Brennstoff
    OM
    Oxidationsmittel
    UL
    Umgehungsleitung
    R1, R2
    Strömungsrichtungen (vorwärts, rückwärts)
    V2
    Absaugventil
  • 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
    • - DE 102004056744 A1 [0006]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse (6), anhand dessen dem Brennstoffzellensystem anodenseitig austretender Brennstoff (BS1) wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der anodenseitig austretende Brennstoff (BS1) in einer Brennstoffrückführleitung (Z2) zumindest bereichsweise mit abwechselnden Strömungsrichtungen (R1 und R2) geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffrückführleitung (Z2) in Brennstoff (BS1) rückführender Strömungsrichtung (R1) vor dem Rezirkulationsgebläse (6) im Brennstoff (BS1) enthaltendes Wasser (H2O) oder Wasserdampf abgeschieden wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsrichtungsumkehr des in der Brennstoffrückführleitung (Z2) geführten Brennstoffs (BS1) die Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses (6) geändert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsrichtungsumkehr des in der Brennstoffrückführleitung (Z2) geführten Brennstoffs (BS1) eine Flügelgeometrie eines im Rezirkulationsgebläse (6) angeordneten Rotors bei gleicher Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses (6) verstellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsrichtungsumkehr des in der Brennstoffrückführleitung (Z2) geführten Brennstoffs (BS1) bei ausgeschaltetem Rezirkulationsgebläse (6) ein in der Brennstoffrückführleitung (Z2) angeordnetes Absaugventil (V2) geöffnet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Strömungsrichtungsumkehr des Brennstoffs (BS1) in der Brennstoffrückführleitung (Z2) über eine Umgehungsleitung (UL) ein im Brennstoffkreislauf angeordneter Ejektor (7) umgangen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs mit wechselnden Strömungsrichtungen (R1, R2) des austretenden Brennstoffs (BS1) in der Brennstoffrückführleitung (Z2) strömungseingangsseitig eine Brennstoffzuführleitung (Z1) für den Brennstoff (BS) gesperrt wird.
  8. Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einen Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse (6), das dem Brennstoffzellensystem anodenseitig austretenden Brennstoff (BS1) über eine Brennstoffrückführleitung (Z2) wieder zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass der anodenseitig austretende Brennstoffs (BS1) in der Brennstoffrückführleitung (Z2) zumindest bereichsweise mit abwechselnden Strömungsrichtungen (R1 und R2) führbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffrückführleitung (Z2) in Brennstoff (BS1) rückführender Strömungsrichtung (R1) vor dem Rezirkulationsgebläse (6) ein Abscheider (8) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsrichtungsumkehr des in der Brennstoffrückführleitung (Z2) geführten Brennstoffs (BS1) die Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses (6) änderbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsrichtungsumkehr des in der Brennstoffrückführleitung (Z2) geführten Brennstoffs (BS1) eine Flügelgeometrie eines im Rezirkulationsgebläses (6) angeordneten Rotors bei gleicher Drehrichtung des Rezirkulationsgebläses (6) verstellbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsrichtungsumkehr des in der Brennstoffrückführleitung (Z2) geführten Brennstoffs (BS1) bei ausgeschaltetem Rezirkulationsgebläse (6) in der Brennstoffrückführleitung (Z2) ein steuer- oder regelbares Absaugventil (V2) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb mit abwechselnden Strömungsrichtungen (R1, R2) des Brennstoffs (BS1) ein im Brennstoffkreislauf angeordneter Ejektor (7) zur Brennstoffzufuhr über eine Umgehungsleitung (UL) umgehbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb mit abwechselnden Strömungsrichtungen (R1, R2) des in der Brennstoffrückführleitung (Z2) geführten Brennstoffs (BS1) die Brennstoffzufuhr des Brennstoffzellensystems absperrbar ist.
DE102008013507A 2008-03-11 2008-03-11 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse Withdrawn DE102008013507A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008013507A DE102008013507A1 (de) 2008-03-11 2008-03-11 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse
EP09718830.4A EP2250697B1 (de) 2008-03-11 2009-03-03 Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines brennstoffzellensystems mit einem im brennstoffkreislauf des brennstoffzellensystems angeordneten rückführungsgebläse
US12/921,854 US8748047B2 (en) 2008-03-11 2009-03-03 Method for operating a fuel cell system with a recirculation blower arranged in a fuel circuit thereof
PCT/EP2009/001482 WO2009112178A1 (en) 2008-03-11 2009-03-03 Method and device for operating a fuel cell system with a recirculation blower arranged in a fuel circuit of the fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008013507A DE102008013507A1 (de) 2008-03-11 2008-03-11 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008013507A1 true DE102008013507A1 (de) 2009-09-17

Family

ID=40638116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008013507A Withdrawn DE102008013507A1 (de) 2008-03-11 2008-03-11 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8748047B2 (de)
EP (1) EP2250697B1 (de)
DE (1) DE102008013507A1 (de)
WO (1) WO2009112178A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3890081A1 (de) * 2020-04-02 2021-10-06 AVL List GmbH Sammelvorrichtung für ein sammeln von produktwasser in einem anodenpfad eines brennstoffzellensystems
DE102020113453A1 (de) 2020-05-19 2021-11-25 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem mit einer Einrichtung zum Umkehren der Flussrichtung eines Reaktanten sowie Kraftfahrzeug

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008031280A1 (de) * 2008-07-02 2010-02-04 Pierburg Gmbh Anordnung eines Brennstoffzellensystems und Verfahren zum Einschalten und Abschalten eines derartigen Anodengaskreislaufs eines Brennstoffzellensystems
FR2971087B1 (fr) * 2011-02-01 2013-01-18 Soc Tech Michelin Boucle de recyclage pour pile a combustible
DE102012020280A1 (de) * 2012-10-17 2013-11-28 Daimler Ag Wasserabscheider für einen Anodenkreislauf
US9853303B2 (en) * 2013-06-21 2017-12-26 Ford Global Technologies, Llc Centrifugal water separator for a fuel cell system
JP6237585B2 (ja) * 2014-11-14 2017-11-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP6834718B2 (ja) * 2017-04-06 2021-02-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
US10991963B2 (en) * 2018-07-10 2021-04-27 Cummins Enterprise Llc Fuel cell system and control method thereof
DE102019201170A1 (de) * 2019-01-30 2020-07-30 Robert Bosch Gmbh Förderaggregat für einen Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems zur Förderung eines gasförmigen Medium und Brennstoffzellensystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004056744A1 (de) 2003-11-25 2005-08-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya Fluidkompressor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5753383A (en) 1996-12-02 1998-05-19 Cargnelli; Joseph Hybrid self-contained heating and electrical power supply process incorporating a hydrogen fuel cell, a thermoelectric generator and a catalytic burner
US6921597B2 (en) 1998-09-14 2005-07-26 Questair Technologies Inc. Electrical current generation system
US6517882B2 (en) * 2001-04-13 2003-02-11 Gas Research Institute Food oven with even heat distribution
JP4148014B2 (ja) * 2002-07-10 2008-09-10 株式会社デンソー 燃料電池システム
US8241806B2 (en) * 2004-11-08 2012-08-14 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
AT503138B1 (de) 2006-05-05 2007-08-15 Fronius Int Gmbh Verfahren zum regeln des drucks in einer anode einer brennstoffzelle
US7479335B2 (en) * 2006-06-29 2009-01-20 Plug Power Inc. Anode humidification
US7960062B2 (en) * 2007-02-05 2011-06-14 GM Global Technology Operations LLC Anode accumulation tank with high nitrogen concentration bleed for a fuel cell stack fuel delivery system
JP4334578B2 (ja) * 2007-03-23 2009-09-30 株式会社東芝 燃料電池システム
JP2009076258A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 Toshiba Corp 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
DE102007046014A1 (de) * 2007-09-26 2009-04-02 Daimler Ag Pumpe und Brennstoffzellensystem mit einer Pumpe

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004056744A1 (de) 2003-11-25 2005-08-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya Fluidkompressor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3890081A1 (de) * 2020-04-02 2021-10-06 AVL List GmbH Sammelvorrichtung für ein sammeln von produktwasser in einem anodenpfad eines brennstoffzellensystems
DE102020113453A1 (de) 2020-05-19 2021-11-25 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem mit einer Einrichtung zum Umkehren der Flussrichtung eines Reaktanten sowie Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
EP2250697A1 (de) 2010-11-17
US8748047B2 (en) 2014-06-10
WO2009112178A1 (en) 2009-09-17
EP2250697B1 (de) 2013-05-15
US20110053013A1 (en) 2011-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008013507A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem in einem Brennstoffkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordneten Rezirkulationsgebläse
DE10251878C5 (de) Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffkreislauf
DE10201893B4 (de) Brennstoffzellensystem zum Einbau in ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Steuern desselben
DE10047138B4 (de) Kühlgebläsesystem für ein Fahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems
DE102004012477B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Speichern von Wasserstoff
WO2014060078A1 (de) Brennstoffzellenstapel
DE112007003163T5 (de) Brennstoffzellensystem
WO2020224860A1 (de) Flussfeldplatte
DE102015005837A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102011109644A1 (de) Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle
DE102016110451A1 (de) Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
DE102020206156A1 (de) Brennstoffzellensystem
EP4150688A1 (de) Luftversorgungsvorrichtung für brennstoffzellensysteme und brennstoffzellensystem
DE102010001221A1 (de) Verfahren zum Konditionieren eines Eingangsstoffstromes mindestens einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems
DE102014018141A1 (de) Brennstoffzellenstapel
DE102007026004A1 (de) Brennstoffkreislauf eines Brennstoffzellensystems und Verfahren zum Betreiben desselben
DE102018213713A1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Abschalten eines Brennstoffzellensystems
DE102015001352A1 (de) Brennstoffzellensystem
WO2010108606A1 (de) Brennstoffzellensystem mit anodenseitiger auslassöffnung
DE102019003386A1 (de) Vorrichtung zur Rezirkulation von Abgas
DE102016010450A1 (de) Flüssigkeitsabscheider und seine Verwendung
WO2010108605A2 (de) Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer brennstoffzelle
DE102018205288A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102014018444A1 (de) Brennstoffzellensystem und Gas/Gas-Befeuchter
DE102020115659A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung mit Abwärmenutzung und Verfahren zum Betreiben einer solchen

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: DAIMLER AG, DE

Free format text: FORMER OWNERS: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE; FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC, DEARBORN, MICH., US

Effective date: 20111107

Owner name: DAIMLER AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC, , US

Effective date: 20111107

R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination

Effective date: 20150312