DE102008040958A1 - Safety unit for controlling e.g. oxygen flow in fuel cell system, has closing element designed such that residual elements solidified on closing element are blasted with reversible change between operation and closing conditions - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinheit zur Steuerung eines Brennstoffflusses in einer Brennstoffzelle gemäß des Oberbegriffes von Anspruch 1 mit einem Zuflusselement und einem flexiblen Verschlusselement, wobei das Zuflusselement wenigstens eine Ausflussöffnung aufweist, in einem Betriebsfall die Ausflussöffnung geöffnet ist und den Brennstofffluss ermöglicht, in einem Verschlussfall das flexiblen Verschlusselement die Ausflussöffnung verschließt und den Brennstofffluss verhindert. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffflusses mittels einer Sicherheitseinheit gemäß den Merkmalen des Anspruches 9.The The invention relates to a safety unit for controlling a fuel flow in a fuel cell according to the preamble of claim 1 with an inflow element and a flexible closure element, wherein the inflow element at least one outflow opening has, opened in an operating case, the outflow opening and that allows fuel flow, in an occlusive event flexible closure element closes the outflow opening and prevents fuel flow. Furthermore, the invention relates a method for controlling a fuel flow by means of a Security unit according to the features of claim 9.
Stand der TechnikState of the art
Brennstoffzellen sind elektrochemische Systeme, die es ermöglichen aus chemischen Brennstoffen elektrische Energie zu gewinnen. Dabei weist die Brennstoffzelle zwei Reaktionsbereiche auf, die räumlich durch einen Elektrolyten getrennt werden. In die zwei Reaktionsbereiche wird je ein Brennstoff wie etwa Sauerstoff und Wasserstoff eingeführt. Über den Elektrolyten findet ein Ionenaustausch statt, so dass aus den beiden Brennstoffen ein elektrischer Strom sowie ein Restprodukt gewonnen werden kann. Abhängig von der Ausgestaltung des Elektrolyten sind verschiedene Typen von Brennstoffzellen bekannt, so etwa Polymermembranbrennstoffzellen, die überwiegend in mobilen Anwendungen zum Einsatz kommen. Bekannt sind aber auch Phosphorsäurebrennstoffzellen und oxydkeramische Brennstoffzellen. Als Reaktionsprodukt wird in all diesen Brennstoffzellen bei der Umwandlung der chemischen Stoffe in elektrische Energie Wasser erzeugt. In Polymermembranenbrennstoffzellen muss die als Elektrolyt dienende Membran stets angefeuchtet sein, um einen wirksamen Katione naustausch zu ermöglichen. Um dieses sicher zu stellen ist es bekannt, sowohl den Brenngasstrom als auch den Sauerstoffstrom zu befeuchten. In vielen Fällen werden beiden Gasströmen in einem der Brennstoffzelle vorgeschalteten Befeuchter Wasser zugeführt.fuel cells are electrochemical systems that make it possible from chemical Fuels to gain electrical energy. In this case, the fuel cell two reaction areas, spatially by an electrolyte be separated. In each of the two reaction areas is a fuel such as such as oxygen and hydrogen introduced. On the Electrolytes take place an ion exchange, so that from the two Fuels recovered an electric current and a residual product can be. Depending on the design of the electrolyte Various types of fuel cells are known, such as polymer membrane fuel cells, which are predominantly used in mobile applications. But also known Phosphoric acid fuel cells and oxide ceramic fuel cells. The reaction product is in all these fuel cells in the Conversion of chemical substances into electrical energy produces water. In polymer membrane fuel cells, the electrolyte serving Membrane should always be moistened to exchange an effective cation exchange to enable. To make sure this is known, to humidify both the fuel gas stream and the oxygen stream. In many cases, both gas streams are in one supplied to the fuel cell upstream humidifier water.
Als nachteilig hat es sich herausgestellt, dass bei einer Abkühlung des Systems Kondensationseffekte an verschiedenen Stellen innerhalb der Brennstoffzelle auftreten können. Dieses Wasser sammelt sich bevorzugt an kalten Komponenten oder auch aufgrund der Oberflächenspannung an Engstellen. Solange die Brennstoffzelle oberhalb der Gefriergrenze des Wassers eingesetzt wird, stellen diese Ansammlungen kein Problem dar. Da Brennstoffzellen mittlerweile aber auch in der Fahrzeugtechnik Verwendung finden, kann es vorkommen, dass diese auch unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser eingesetzt werden. Solange die Brennstoffzelle in Betrieb ist, wird durch die exotherme elektrochemische Reaktion genügend Wärme erzeugt, dass das entstehenden Wasser nicht gefriert. Nach einer Deaktivierung des Systems können durch die Abkühlung unter den Gefrierpunkt und die dadurch auftretende Erstarrung des Wassers Probleme innerhalb der Brennstoffzelle entstehen. Vorrangig können etwa die Dosiersysteme des Wasserstoffes einfrieren.When disadvantageously, it has been found that when cooled of the system condensation effects in different places within the fuel cell can occur. This water collects preferably on cold components or due to the surface tension at bottlenecks. As long as the fuel cell is above the freezing limit of water, these collections pose no problem dar. Since fuel cells but now also in vehicle technology use It can happen that these are also below freezing point be used by water. As long as the fuel cell is in operation is sufficient by the exothermic electrochemical reaction Heat creates that the resulting water does not freeze. After a deactivation of the system can by cooling under the freezing point and the resulting solidification of the water Problems arise within the fuel cell. Priority can for example, freeze the dosing systems of hydrogen.
Aus
der
Aus
der deutschen Gebrauchsmusterschrift
Aufgabe und Vorteile der ErfindungPurpose and advantages of the invention
Ausgehend von dem zuvor aufgeführten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sicherheitseinrichtung zur Steuerung eines Brennstoffflusses in einer Brennstoffzelle zu schaffen, welche preiswert und zuverlässig ausgestaltet ist und insbesondere die Funktionsfähigkeit der Brennstoffzuleitung unter allen Temperaturbedingungen sicherstellt.outgoing It is one of the prior art mentioned above Object of the present invention, a safety device for controlling a fuel flow in a fuel cell create, which is inexpensive and reliable designed is and in particular the functionality of the fuel supply ensures under all temperature conditions.
Die vorstehende und weiteren Aufgaben werden gelöst durch eine erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Merkmale und Details, die in der erfindungsgemäßen Sicherheitseinheit beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.The The above and other tasks are solved by a Safety device according to the invention according to claim 1 and an inventive method according to claim 9. Advantageous developments of the invention are in the dependent Claims specified. Features and details that are in the Safety unit according to the invention described are, of course, also in context with the method according to the invention and in each case vice versa. It can in the claims and in the description mentioned features individually in itself or in any combination essential to the invention be.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass bei einer Sicherheitseinheit zur Steuerung eines Brennstoffflusses in einer Brennstoffzelle ein reversibler Wechsel zwischen dem Betriebsfall und dem Verschlussfall durch einen Druck des Brennstoffflusses auslösbar ist, das mediendichte flexible Verschlusselement derart ausgestaltet ist, dass dieses bei dem reversiblen Wechsel zwischen dem Verschlussfall und dem Betriebsfall auf dem flexiblen Verschlusselement erstarrte Resteelemente absprengt.According to the invention it provided that in a safety unit for controlling a fuel flow in a fuel cell, a reversible change between the operating case and the closure case by a pressure of the fuel flow triggered is, the media density flexible closure element designed in such a way is that this in the reversible change between the closure case and solidified the operating case on the flexible closure element Residual elements are peeled off.
Die Sicherheitseinheit ist Teil eines Dosierungssystems, welches für die Steuerung des Zuflusses des Brennstoffes genutzt wird. Im Folgenden wird als Brennstoff häufig Wasserstoff benannt. Dieses soll nicht als abschließende Aufzählung angesehen werden, sondern vielmehr um eine bevorzugte Ausführungsvariante. Es ist dabei vorgesehen, dass der Wasserstoff aus einem Wasserstofftank durch das Zuflusselement in Richtung eines Anodenraumes der Brennstoffzelle fließt.The Safety unit is part of a dosing system which is designed for the control of the inflow of the fuel is used. The following will be often called hydrogen as fuel. This should not to be considered a final list, but rather a preferred embodiment. It is intended that the hydrogen from a hydrogen tank through the inflow element in the direction of an anode space of the fuel cell flows.
Um die schon beschriebene Befeuchtung des trockenen Wasserstoffes zu erreichen, wird der Wasserstoff in dem Dosiersystem mit befeuchteten Abgasen der Brennstoffzelle vermengt. Nach einer Abschaltung der Brennstoffzelle kann Wasser aus den Abgasen in dem Zuflusselement kondensieren und Eiskristalle bilden. Diese verschließen dann die Zuführung des Wasserstoffes bei der nächsten gewünschten Inbetriebnahme der Brennstoffzelle. In der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist das Zuflusselement mit einem flexiblen mediendichten Verschlusselement versehen. Etwaige Restelemente, wie etwa Wasser setzen sich auf der Außenfläche dieses flexiblen Verschlusselementes ab. Soll nun die Brennstoffzelle in Betrieb genommen werden, wird Brennstoff durch das Zuflusselement in Richtung des Anodenraumes strömen. Um diesen Strom aufrecht zu erhalten, weist der Brennstoff einen vordefinierten Druck auf. Dieser Druck sorgt dafür, dass das flexible Verschlusselement deformiert und/oder bewegt wird. Durch diese Verformung des flexiblen Verschlusselementes beim Übergang von dem Verschlussfall in den Betriebsfall werden etwaige auf der Außenseite erstarrte Restelemente abgesprengt. Darüber hinaus können keine Restelemente während des Verschlussfalles in das Zuflusselement einsickern, um dieses zu blockieren.Around the already described moistening of the dry hydrogen reach, the hydrogen in the dosing system with humidified exhaust gases the fuel cell mixed. After a shutdown of the fuel cell can condense water from the exhaust gases in the inflow element and Ice crystals form. These then close the feeder of the hydrogen at the next desired Commissioning of the fuel cell. In the invention Safety device is the inflow element with a flexible media-tight closure element provided. Any residual elements, such as water settle on the outside surface from this flexible closure element. Shall now the fuel cell put into operation, fuel is through the inflow element flow in the direction of the anode compartment. To keep this power upright to receive, the fuel has a predefined pressure. This pressure ensures that the flexible closure element deformed and / or moved. Due to this deformation of the flexible Closure element in the transition from the closure case in the operating case, any on the outside are frozen Remaining elements blasted off. In addition, you can no residual elements during the closure case in the Infiltrate inflow element to block this.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Sicherheitseinheit ein Ventilmittel aufweist, und das Ventilmittel den Brennstofffluss steuert. Das Ventilmittel dient dazu, den Brennstofffluss zu kontrollieren. Insbesondere kann über das Ventilmittel der Druck mit dem der Brennstoff in das Zuflusselement einfließt gesteuert werden. Das Ventilmittel dichtet somit das Zuflusselement gegenüber dem Brennstofftank ab, in dem der Brennstoff für die Brennstoffzelle gelagert wird. Dadurch, dass das erfindungsgemäße flexible Verschlusselement verhindert, dass Wasser in das Ventil einströmen und dort gefriert kann, ist immer sicher gestellt, dass der Brennstoff jederzeit der Brennstoffzelle zugeführt werden kann. Somit können auch sehr preiswerte Ventilmittel genutzt werden, da keine Rücksicht auf etwaige Restelemente genommen werden muss, die sich innerhalb des Ventilmittels ablagern könnten.In a first advantageous embodiment variant is provided in that the safety unit has a valve means, and the valve means controls the fuel flow. The valve means serves to control the fuel flow to control. In particular, via the valve means the pressure with which the fuel flows into the inflow element to be controlled. The valve means thus seals the inflow element opposite to the fuel tank, in which the fuel is stored for the fuel cell. By doing that prevents flexible closure element according to the invention that water flows into the valve and freezes there can, is always ensured that the fuel at any time Fuel cell can be supplied. Thus, you can Also very inexpensive valve means are used, since no consideration must be taken on any residual elements that are within could deposit the valve means.
Eine weitere Ausführungsvariante zeichnet sich dadurch aus, dass das Zuflusselement rohrartig und/oder das flexible Verschlusselement schlauchartig ausgeformt sind. Dabei umschließt das Verschlusselement das flexible Zuflusselement im Wesentlichen umfänglich. Durch das rohrartige Zuflusselement strömt der Brennstoff, während das flexible Verschlusselement zumindest bereichsweise das Zuflusselement umschließt. Dieser Art der Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die rohrartige Ausgestaltung in dem Zuflusselement ein gleichmäßiger Fluss des Brennstoffes sichergestellt werden kann. Der Verzicht auf etwaige Kanten und/oder Ecken auf der Außenfläche des Zuflusselementes ermöglicht eine leichte und preiswerte mediendichte Verbindung zwischen der Außenseite des Zuflusselementes und der Innenseite des flexiblen Verschlusselementes. So können keine Brennstoffreste durch etwaige Spalte zwischen den beiden besagten Elementen ausdringen oder im Gegenzug Wasserdampf in das Zuflusselement einfließen.A Another embodiment is characterized by that the inflow element tube-like and / or the flexible closure element are formed tubular. In this case encloses the closure element the flexible inflow element is substantially circumferential. The fuel flows through the tubular inflow element, while the flexible closure element at least partially encloses the inflow element. This type of design has the advantage that through the tubular design in the Inflow a uniform flow of fuel can be ensured. The renunciation of any edges and / or Corners on the outer surface of the inflow element enables a lightweight and low-cost media-tight connection between the outside of the inflow element and the inside the flexible closure element. So can not fuel residues through any gaps between the two said elements or in return water vapor flow into the inflow element.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass wenigstens eine Ausflussöffnung bohrungsartig in einer Längsfläche des Zuflusselementes angeordnet ist. Das Zuflusselement ist folglich nicht an einer Endfläche geöffnet, sondern weist in der Außenfläche Öffnungen auf, durch die der Brennstoff ausfließen kann. Ein Ausfluss des Brennstoffes aus dem Zuflusselement in die Brennstoffzelle erfolgt somit rechtwinklig zu einem Fluss des Brennstoffes in dem Zuflusselement. Weist der Brennstoff dabei einen genügend starken Druck auf, bläht er das flexible Verschlusselement auf, um so in den Betriebsfall über zu gehen. Durch den Druck des Brennstoffes wird das flexible Verschlusselement in seiner Offenstellung gehalten, so dass der Brennstoff in die Dosiereinheit bzw. die Brennstoffzelle einfließen kann.In a further embodiment variant is provided that at least one outflow hole in a hole Longitudinal surface of the inflow element is arranged. The inflow element is therefore not on an end surface opened, but has openings in the outer surface through which the fuel can flow. An outflow of the fuel from the inflow element takes place in the fuel cell thus perpendicular to a flow of the fuel in the inflow element. Does the fuel while a sufficiently strong pressure he inflates the flexible closure element so as to to go over in the operating case. Due to the pressure of the Brennstoffes is the flexible closure element in its open position held so that the fuel into the dosing unit or the fuel cell can flow into it.
In einer weiteren Lösung ist vorgesehen, dass die Zuflussöffnung in einer Endfläche des Zuflusselementes angeordnet ist und das flexible Verschlusselement die Ausflussöffnung lippenartig verschließt. Bei dieser Variante ist das rohrartige Zuflusselement endseitig nicht verschlossen. Vielmehr kann der Brennstoff direkt durch das Zuflusselement in die Dosiereinheit einströmen. Das flexible Verschlusselement umgibt die Öffnung des Zuflusselementes lippenartig. Weist der Brennstoff einen genügend großen Druck auf, werden die Lippen des flexiblen Verschlusselementes geöffnet, so dass der Brennstoff in die Brennstoffzelle einströmen kann. Etwaige auf der Außenseite des flexiblen Verschlusselementes angeordnete Restelemente, wie etwa gefrorene Eispartikel, werden bei dem Ü bergang des flexiblen Verschlusselementes von dem Verschlussfall in den Betriebsfall abgesprengt.In a further solution it is provided that the inflow opening is arranged in an end face of the inflow element and the flexible closure element closes the outflow opening like a lip. In this variant, the tubular inflow element is not closed at the end. Rather, the fuel can flow directly through the inflow element in the metering unit. The flexible closure element surrounds the opening of the Zuflussele Mentes lip-like. If the fuel has a sufficiently high pressure, the lips of the flexible closure element are opened, so that the fuel can flow into the fuel cell. Any remaining elements arranged on the outside of the flexible closure element, such as frozen ice particles, are blasted off during the transition of the flexible closure element from the closure case into the operating case.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das flexible Verschlusselement wenigstens ein Austrittselement aufweist, wobei das Austrittselement diffusorartig ausgeformt ist. Das Austrittselement dient dazu, eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes im Strom der Dosiereinheit sicher zu stellen. Wie oben beschrieben, weisen moderne Brennstoffzellen häufig eine Rezirkulation auf, mittels derer der Brennstoff befeuchtet wird. Um eine Reduktion des Druckes und damit der Strömungsgeschwindigkeit durch eine Vergrößerung des Volumens zu erreichen, sorgt das Austrittselement für eine diffusorartige Zerstäubung des Brennstoffes in das Rezirkulationsrohres. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Austrittselement düsenartig an dem Verschlusselement angeordnet ist. Im Betriebfall ist das Austrittselement somit wie ein Trichter an dem Ende des flexiblen Verschlusselementes angeordnet. Beim Übergang in dem Betriebsfall, bei dem sich das Verschlusselement balonartig aufweitet, um ein Ausströmen des Brennstoffes sicher zu stellen, nimmt das Austrittselement seine erfindungsgemäße diffusorartige Stellung ein. Etwaige Restelemente auf dem Verschlusselement und an dem Austrittselement werden dabei abgesprengt.In a further embodiment variant is provided that the flexible closure element has at least one outlet element, wherein the outlet element is formed diffuser-like. The outlet element serves to ensure a uniform distribution of the fuel to be ensured in the flow of the dosing unit. As described above, Modern fuel cells often have a recirculation by means of which the fuel is moistened. To a reduction the pressure and thus the flow velocity through to achieve an increase in the volume ensures the exit element for a diffuser-like atomization fuel in the recirculation pipe. That's it proved to be particularly advantageous when the outlet element nozzle-like is arranged on the closure element. In operation, this is Exit element thus like a funnel at the end of the flexible Closing element arranged. In the transition in the operating case, in which the closure element widens Balonartig to a Ensuring outflow of fuel takes that Exit element its inventive diffuser-like Position. Any residual elements on the closure element and At the exit element are blasted off.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Sicherheitseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das flexible Verschlusselement wenigstens einen der folgenden Stoffe aufweist: einen Elastomer, einen Kautschuk, ein Gummi, einen Faser-Kunststoff-Verbund, insbesondere Glasfaserverstärkter Kunststoff oder ein Aramid. Das flexible Verschlusselement muss seine Beweglichkeit auch unter extremen Temperaturschwankungen beibehalten. So weist der gekühlte Wasserstoff eine Temperatur von ca. 20 K auf. Im Gegensatz dazu können im Rahmen des Betriebes in der Brennstoffzelle von bis zu 300°C auftreten. Zwar sind solche Temperaturen nicht direkt an dem Verschlusselement zu erwarten, dennoch muss sichergestellt sein, dass auch Temperaturspitzen nicht dazu führen, dass das flexible Verschlusselement seine Beweglichkeit verliert. Denn nur so ist sichergestellt, dass beim Ausstellen der Brennstoffzelle das flexible Verschlusselement in den Verschlussfall übergeht und die Ausflussöffnung des Zuflusselementes verschließt, um so den Brennstofffluss zu verhindern. Gleichzeitig ist da durch sicher gestellt, dass keine Restelemente in das Zuflusselement eindringen können.A further advantageous embodiment of the safety device is characterized in that the flexible closure element at least one the following substances: an elastomer, a rubber, a rubber, a fiber-plastic composite, in particular glass fiber reinforced plastic or an aramid. The flexible closure element must be agile maintained even under extreme temperature fluctuations. So points the cooled hydrogen has a temperature of about 20K. In contrast, in the context of operation in the Fuel cell of up to 300 ° C occur. True, such are Temperatures not expected directly at the closure element, Nevertheless, it must be ensured that even temperature peaks do not cause the flexible closure element its Loses mobility. Because this is the only way to ensure that Issuing the fuel cell, the flexible closure element in the shutter goes over and the outflow opening the inflow element closes, so as to the fuel flow to prevent. At the same time, it is ensured that no Remaining elements can penetrate into the inflow element.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Sicherheitseinheit mindestens einen Detektor aufweist, der ausgebildet ist, um einen Betriebparameter zu detektieren. Durch die Integration des Detektors in die erfindungsgemäße Sicherheitseinheit kann dieser nicht mehr einfrieren. Dieses verhindert die Wahrscheinlichkeit von Fehlmessungen wichtiger Betriebsparameter der Brennstoffzelle. Vorteilhafterweise ist der Detektor derart ausgestaltet, dass er wenigstens einen der folgenden Betriebszustände detektiert: einen Druck eines Brennstoffes, eine Temperatur des Brennstoffes oder eine Menge des Brennstoffes. Die genannten Betriebszustände müssen jederzeit überwacht werden, um eine fehlerfreie Funktion der Brennstoffzelle sicher zu stellen. Etwaige Ablagerungen von Restelementen an dem Detektor können dazu führen, dass der Detektor falsche Betriebsparameter misst. Da es sich insbesondere bei Wasserstoff um einen leicht entzündlichen Stoff handelt, können Fehlmessungen der Betriebsparameter schnell zu gefährlichen Situationen führen. Um diesen vorzubeugen, bietet sich eine Verwendung der erfindungsgemäßen Sicherheitseinheit an.A further advantageous embodiment of the invention Security unit is characterized by the fact that the security unit Has at least one detector which is adapted to a To detect operating parameters. By integrating the detector in the safety unit according to the invention can do not freeze it anymore. This prevents the probability of incorrect measurements of important operating parameters of the fuel cell. Advantageously, the detector is designed such that it detected at least one of the following operating states: a pressure of a fuel, a temperature of fuel or a lot of the fuel. The mentioned operating conditions Need to be monitored at all times for error-free Ensuring the function of the fuel cell. Any deposits residual elements on the detector can cause that the detector measures incorrect operating parameters. As it is in particular Hydrogen is a highly flammable substance, Error measurements of the operating parameters can quickly become dangerous Situations lead. To prevent this, offers a Use of the security unit according to the invention at.
Die
oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren
zur Steuerung eines Brennstoffflusses mittel einer Sicherheitseinheit,
umfassend die Schritte:
Aufdrücken eines flexiblen
Verschlusselements, welches eine Ausflussöffnung abdichtend überdeckt, durch
einen Druck eines Brennstoffs, so dass der Brennstoff aus der Sicherheitseinheit
ausfließt, Verschließen der Ausflussöffnung
durch das abdichtend überdeckende flexiblen Verschlusselements
bei einem Rückgang des Drucks des Brennstoffs, so dass ein
Ausfließen des Brennstoffes verhindert wird, und Absprengen
von auf dem flexiblen Verschlusselement abgelagerten Resteelementen
bei einem reversiblen Wechsel zwischen dem Verschließen
und dem Aufdrücken.The above object is also achieved by a method for controlling a fuel flow by means of a safety unit, comprising the steps:
Pressing a flexible closure element which sealingly covers an outflow opening by pressure of a fuel so that the fuel flows out of the safety unit, closing the outflow opening by the sealingly covering flexible closure element with a decrease in the pressure of the fuel, so that the fuel can flow out and breaking off remnant elements deposited on the flexible closure element during a reversible change between closing and pressing.
Wird die Brennstoffzelle nicht betrieben, fließt kein Brennstoff in die Sicherheitseinheit. Vielmehr verhindert ein Ventilmittel den Einfluss des Brennstoffes in das Zuflusselement. Folglich sorgt die Flexibilität des flexiblen Verschlusselementes dafür, dass dieses die Ausflussöffnung des Zuflusselementes abdichtend umschließt. Somit fließt kein Brennstoff in die Brennstoffzelle ein. Kühlt die Brennstoffzelle nun weiter ab, können Restelemente, wie etwa Wasser auf dem flexiblen Verschlusselement erstarren. Das so entstehende Eis führt bei bekannten Ventilen dazu, dass bei einem gewünschten Anfahren der Brennstoffzelle kein Brennstoff in die Anodenkammer einfließen kann. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem Anfahren der Brennstoffzelle der Brennstoff mit einem erhöhten Druck durch das Zuflusselement geleitet wird. Verlässt der Brennstoff das Zuflusselement durch die wenigstens eine Ausflussöffnung, drückt er das flexible Verschlusselement auf. Die abgelagerten Restelemente verhindern dieses Aufdrücken des flexiblen Verschlusselementes nicht. Vielmehr werden sie von der Außenseite des Verschlusselementes durch die gerollte Deformation abgesprengt. Danach kann der Brennstoff frei in die Brennstoffzelle einfließen. Es besteht keine Gefahr, dass etwaige Restelemente zu einer Verstopfung des Zuflusselementes führen. In einer weiteren Ausführungsvariante weist das erfindungsgemäße Verfahren noch den folgenden Schritt auf: Zerstäuben des Brennstoffes beim Austritt aus der Sicherheitseinheit durch ein diffusorartiges Austrittselement, wobei das Austrittselement an dem Verschlusselement angeordnet ist. Wie schon oben dargelegt, sorgt das diffusorartige Austrittselement für eine gleich bleibende Zerstäubung des Brennstoffes in einem Rezirkulationsbereiches der Brennstoffzelle.If the fuel cell is not operated, no fuel flows into the safety unit. Rather, a valve means prevents the influence of the fuel in the inflow element. Consequently, the flexibility of the flexible closure element ensures that it encloses the outflow opening of the inflow element in a sealing manner. Thus, no fuel flows into the fuel cell. If the fuel cell now continues to cool, residual elements such as water on the flexible closure element may solidify. The resulting ice leads in known valves to the fact that at a desired start-up of the fuel cell no fuel can flow into the anode chamber. To overcome this disadvantage, the invention provides that at a start of the fuel cell, the fuel is passed through the inflow element at an increased pressure. When the fuel leaves the inflow element through the at least one outflow opening, it presses on the flexible closure element. The deposited residual elements do not prevent this pressing of the flexible closure element. Rather, they are blasted from the outside of the closure element by the rolled deformation. Thereafter, the fuel can flow freely into the fuel cell. There is no danger that any residual elements lead to a blockage of the inflow element. In a further embodiment variant, the method according to the invention also has the following step: atomizing of the fuel upon exit from the safety unit by a diffuser-like outlet element, wherein the outlet element is arranged on the closure element. As already explained above, the diffuser-like outlet element ensures a constant atomization of the fuel in a recirculation region of the fuel cell.
Ebenfalls ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße Sicherheitseinheit nach einem der oben genannten Verfahren betreibbar ist. Durch das Betreiben der erfindungsgemäßen Sicherheitseinheit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wird eine besonders effektive und von Umwelteinflüssen unabhängige Steuerung der Brennstoffzelle sichergestellt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Brennstofffluss in das Brennstoffzellensystem mittels einer Sicherheitseinheit nach einem der oben beschriebenen Ansprüche steuerbar ist. Merkmale und Details, die dabei im Zusammenhang mit der Sicherheitseinheit und/oder dem Verfahren offenbart wurden gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Brennstoffzellensystem und umgekehrt.Also It is conceivable that the security unit according to the invention is operable according to one of the above methods. By operating the security unit according to the invention the method according to the invention, a particular effective and environmentally independent Control of the fuel cell ensured. Furthermore it concerns the invention is a fuel cell system with at least one fuel cell. It is inventively provided that a fuel flow into the fuel cell system by means of a safety unit one of the claims described above is controllable. characteristics and details that are related to the security unit and / or the method disclosed are of course applicable also in connection with the fuel cell system and vice versa.
Ausführungsbeispieleembodiments
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Die Figuren zeigen:Further the invention improving measures are in the dependent claims indicated or derived from the following description of several Embodiment of the invention, which in the figures are shown schematically. All from the claims, the description or drawing resulting features and / or Advantages, including constructional details, spatial Arrangements and method steps, both for be essential to the invention as well as in a variety of combinations. The figures show:
In
Der
gewonnene elektrische Strom kann in einer Last
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die erste Elektrode
Zur
Vereinfachung soll im folgenden Fall davon ausgegangen werden, dass
es sich bei dem ersten Brennstoff um Wasserstoff und bei dem zweiten Brennstoff
um Sauerstoff handelt. Der erste Brennstoff fließt durch
einen ersten Zufluss
Der
in den Kathodenraum einfließende Wasserstoff weist häufig
nur einen geringen Wasseranteil auf. Allerdings ist dieser Anteil
an Wasser für die Ausführung der elektrochemischen
Reaktion in der Brennstoffzelle
Als
nachteilig hat es sich dabei herausgestellt, dass bei niedrigen
Temperaturen das Reaktionswasser in dem Zuflussrohr
Die
Soll
nun die Brennstoffzelle
Erfindungsgemäß werden
durch das Aufblähen des Verschlusselementes
Um
eine störungsfreie Funktion der Brennstoffzelle
Eine
weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Sicherheitssystems
Endseitig
ist an dem Verschlusselement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - WO 2005/107000 A2 [0004] WO 2005/107000 A2 [0004]
- - DE 29803325 U1 [0005] - DE 29803325 U1 [0005]
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2008
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