-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere zur Herstellung von sauerstoffarmer Luft.
-
Brennstoffzellensysteme sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
EP 0 596 366 A1 , bekannt.
-
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, mittels welchem Luft mit geringem Sauerstoffgehalt herstellbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Dadurch, dass zwei oder mehr Brennstoffzellenvorrichtungen miteinander gekoppelt oder koppelbar sind, um Kathodenabgas der einen Brennstoffzellenvorrichtung als Oxidatorstrom der weiteren Brennstoffzellenvorrichtung zuzuführen, kann mittels des Brennstoffzellensystems Luft mit sehr geringem Sauerstoffgehalt erzeugt werden.
-
Das in der ersten Brennstoffzellenvorrichtung erzeugte Kathodenabgas ist vorzugsweise teilweise oder vollständig als Oxidatorstrom der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zuführbar.
-
Es kann vorgesehen sein, dass jede Brennstoffzellenvorrichtung ferner Folgendes umfasst:
- – eine Brennstoffzuführung zur Zuführung eines Brennstoffstroms zu einer Anodenseite der Brennstoffzellenvorrichtung;
- – eine Anodenabgasführung zur Abführung von Anodenabgas von der Anodenseite der Brennstoffzellenvorrichtung.
-
In jeder Brennstoffzellenvorrichtung wird vorzugsweise Brennstoff und Oxidator zur Erzeugung von elektrischer Energie umgewandelt.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Oxidatorstrom der ersten Brennstoffzellenvorrichtung Luft, insbesondere Umgebungsluft, beispielsweise Frischluft, ist.
-
Umgebungsluft, beispielsweise Frischluft, weist vorzugsweise einen Sauerstoffgehalt von ungefähr 20 Vol.-% bis ungefähr 21 Vol.-% auf.
-
Günstig kann es sein, wenn zwischen der Kathodenabgasführung der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der Oxidatorzuführung der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung eine Ventilvorrichtung angeordnet ist.
-
Mittels der Ventilvorrichtung ist dem Oxidatorstrom für die zweite Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere zusätzlich zu dem Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung, ein Gas, beispielsweise zusätzliche Luft, insbesondere Umgebungsluft, zuführbar.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass zwischen der Kathodenabgasführung der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und der Oxidatorzuführung der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung eine Ventilvorrichtung angeordnet ist, mittels welcher zumindest ein Teil des Kathodenabgases der ersten Brennstoffzellenvorrichtung abführbar, insbesondere nicht der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zuführbar, ist.
-
Der Teil des Kathodenabgases der ersten Brennstoffzellenvorrichtung, welcher mittels der Ventilvorrichtung abführbar ist, ist beispielsweise einer weiteren, insbesondere einer dritten, Brennstoffzellenvorrichtung zuführbar.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem mindestens eine dritte Brennstoffzellenvorrichtung umfasst, welcher Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und Kathodenabgas aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung als Oxidatorstrom zuführbar ist.
-
Zumindest ein Teil des Oxidatorstroms der dritten Brennstoffzellenvorrichtung besteht vorzugsweise aus Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder aus Kathodenabgas aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung.
-
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Brennstoffzellensystem mindestens eine Abscheidungsvorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus dem Abgas, insbesondere aus dem Kathodenabgas, einer oder mehrerer Brennstoffzellenvorrichtungen umfasst.
-
Das Brennstoffzellensystem ist ein zumindest teilweise redundantes Brennstoffzellensystem, welches mindestens zwei parallel zueinander betreibbare Gruppen, insbesondere Paare, von Brennstoffzellenvorrichtungen umfasst.
-
Hierbei kann vorgesehen sein, dass jede Gruppe, insbesondere jedes Paar, eine erste Brennstoffzellenvorrichtung umfasst, welche mittels einer zweiten Brennstoffzellenvorrichtung derart gekoppelt oder koppelbar ist, dass das Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung als Oxidatorstrom der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zuführbar ist.
-
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignet sich insbesondere als Löschvorrichtung und/oder als Brandverhinderungsvorrichtung, mittels welcher insbesondere einem geschlossenen Raum Kathodenabgas der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder Kathodenabgas der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zuführbar ist.
-
Das Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder das Kathodenabgas aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung ist vorzugsweise teilweise oder vollständig dem, insbesondere geschlossenen, Raum, beispielsweise einem Treibstofftank, zuführbar.
-
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug und/oder einem Flugzeug, beispielsweise einem Passagierflugzeug zur Beförderung von Personen und/oder einem Frachtflugzeug.
-
Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems in einem Flugzeug.
-
Die Verwendung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
-
Aus Sicherheitsgründen ist bei Flugzeugen vorzugsweise vorgesehen, dass ein Treibstofftank des Flugzeugs inertisierbar ist.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Treibstofftank flüssigen Treibstoff enthält.
-
Ein Teil des Treibstofftanks, welcher nicht mit flüssigem Treibstoff befüllt ist, beispielsweise weil Treibstoff im Laufe des Betriebs des Flugzeugs verbraucht wird, ist vorzugsweise mit einem Gas gefüllt.
-
Zur Befüllung des Treibstofftanks mit Gas wird vorzugsweise ein Gas verwendet, welches mit verdunstendem Treibstoff kein zündfähiges Gemisch bilden kann.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dem Treibstofftank sauerstoffarme Luft zugeführt wird.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Flugzeug einen Treibstofftank umfasst, welchem das Kathodenabgas der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder das Kathodenabgas der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zuführbar ist.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Treibstofftank des Flugzeugs mit dem Brennstoffzellensystem, insbesondere mit der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder mit der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung, gekoppelt ist, so dass das Kathodenabgas der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder das Kathodenabgas der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung dem Treibstofftank zuführbar ist.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.
-
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem Luft mit geringem Sauerstoffgehalt herstellbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.
-
Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Kathodenabgas der ersten Brennstoffzellenvorrichtung als Oxidatorstrom der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zugeführt wird, kann ein besonders großer Teil des Oxidators, insbesondere des Sauerstoffs, aus dem durch beide Brennstoffzellenvorrichtungen hindurchgeführten Gasstrom, insbesondere Luftstrom, entfernt werden. Hierdurch ist auf besonders einfache und zuverlässige Art und Weise sauerstoffarme Luft herstellbar.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Flugzeugs, durchgeführt werden.
-
Das Brennstoffzellensystem, die Löschvorrichtung, die Brandverhinderungsvorrichtung und/oder das Flugzeug weist hierzu vorzugsweise eine Steuervorrichtung auf, so dass das Brennstoffzellensystem, die Löschvorrichtung, die Brandverhinderungsvorrichtung und/oder das Flugzeug so steuerbar und/oder regelbar sind, dass einzelne oder mehrere der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar sind.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, der Löschvorrichtung, der Brandverhinderungsvorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Flugzeug beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
-
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der ersten Brennstoffzellenvorrichtung Luft als Oxidatorstrom zugeführt wird.
-
Mittels der ersten Brennstoffzellenvorrichtung wird aus dem Oxidatorstrom vorzugsweise ein sauerstoffarmes Kathodenabgas erzeugt.
-
Vorzugsweise beträgt ein Sauerstoffgehalt des Kathodenabgases der ersten Brennstoffzellenvorrichtung höchstens ungefähr 18 Vol.-%, insbesondere höchstens ungefähr 16 Vol.-%.
-
Ferner ist vorgesehen, dass ein Sauerstoffgehalt des Kathodenabgases der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung höchstens ungefähr 14 Vol.-%, insbesondere höchstens ungefähr 12 Vol.-%, beträgt.
-
Günstig kann es sein, wenn dem Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung ein Zusatzgasstrom, insbesondere Umgebungsluft, beispielsweise Frischluft, zugeführt wird.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwei Brennstoffzellenvorrichtungen vorgesehen sind, deren Kathodenabgas zumindest teilweise gemeinsam einer dritten Brennstoffzellenvorrichtung zugeführt wird.
-
Vorzugsweise wird zum Verhindern und/oder Löschen eines Brandes in einem geschlossenen Raum zumindest ein Teil eines Kathodenabgases aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder zumindest ein Teil eines Kathodenabgases aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung dem geschlossenen Raum zugeführt.
-
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zum Befüllen eines Treibstofftanks mit sauerstoffarmer Luft zumindest ein Teil eines Kathodenabgases aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung und/oder zumindest ein Teil eines Kathodenabgases aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung dem Treibstofftank zugeführt wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Befüllen eines Raumes, insbesondere eines Treibstofftanks, eines Transportbehälters (Cargobehälter), eines Transportraumes (Cargo-Bereich) und/oder von sanitären Einrichtungen beispielsweise eines Flugzeugs, mit sauerstoffarmer Luft.
-
Hierzu werden vorzugsweise folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- – Zuführen von Luft zu einer Kathodenseite einer ersten Brennstoffzellenvorrichtung;
- – Abführen von Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung;
- – Zuführen des Kathodenabgases aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung als Oxidatorstrom zu einer Kathodenseite einer zweiten Brennstoffzellenvorrichtung;
- – Abführen von Kathodenabgas aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung;
- – Zuführen des Kathodenabgases aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zu dem Raum.
-
Der Treibstofftank ist insbesondere ein Treibstofftank eines Flugzeugs, beispielsweise eines Passagierflugzeugs oder Frachtflugzeugs.
-
Ferner können das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, die erfindungsgemäße Verwendung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem werden vorzugsweise mindestens zwei Brennstoffzellenvorrichtungen seriell gekoppelt, insbesondere hintereinandergeschaltet.
-
Vorzugsweise können die Brennstoffzellenvorrichtungen wahlweise parallel oder seriell betrieben werden.
-
Bei einem parallelen Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtungen kann eine größere Menge von sauerstoffarmer Luft erzeugt werden.
-
Bei einem seriellen Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtungen kann vorzugsweise Luft mit einem geringeren Sauerstoffanteil erhalten werden.
-
Mittels der Abscheidungsvorrichtung zum Abscheiden von Wasser kann vorzugsweise Wasser als Nutzwasser, insbesondere zur Nutzung im Flugbetrieb des Flugzeugs, abgeschieden werden.
-
Insbesondere kann mittels der Abscheidungsvorrichtung Wasser aus dem Abgas abgeschieden werden, bevor dieses dem Treibstofftank zugeführt wird.
-
Vorzugsweise wird mindestens eine Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere beide Brennstoffzellenvorrichtungen eines Paars von Brennstoffzellenvorrichtungen, überstöchiometrisch betrieben. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass das in den Brennstoffzellenvorrichtungen erzeugte Wasser zuverlässig aus den Brennstoffzellenvorrichtungen abgeführt wird.
-
Es kann vorgesehen sein, dass einer oder mehreren Brennstoffzellenvorrichtungen, insbesondere jeder Brennstoffzellenvorrichtung, jeweils eine Abscheidungsvorrichtung zum Abscheiden von Wasser zugeordnet ist. Auf diese Weise kann ein Wassergehalt des Abgases zuverlässig reduziert werden.
-
Mittels des Brennstoffzellensystems ist insbesondere sauerstoffarme Luft erzeugbar, welche, insbesondere im trockenen Zustand, das heißt ohne oder mit lediglich geringem Wassergehalt, höchstens ungefähr 12 Vol.-% Sauerstoff umfasst.
-
Insbesondere ist sauerstoffabgereicherte Luft (oxygen depleted air, ODA) erzeugbar.
-
Mittels des Kathodenabgases der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung kann insbesondere ein Treibstofftank eines Flugzeugs inertisiert werden, ohne dass hierzu separate Inertgasgeneratoren (on-board inert gas generation systems, OBIGGS) beispielsweise zur mechanischen Filtrierung von Sauerstoff aus der Luft notwendig sind.
-
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem bildet insbesondere einen multifunktionalen Energielieferanten in Flugzeugen.
-
Vorzugsweise können sowohl elektrische Energie und Wasser als auch sauerstoffarme Luft bereitgestellt werden.
-
Vorzugsweise ist eine niedrige Stöchiometrie beim Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtungen entbehrlich.
-
Es kann vorgesehen sein, dass, insbesondere in Abhängigkeit von einer Systembelastung, mittels der Ventilvorrichtung gezielt Umgebungsluft zu dem Oxidatorstrom der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung zugeführt wird.
-
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems, bei welchem zwei Brennstoffzellenvorrichtungen des Brennstoffzellensystems seriell betreibbar sind;
-
2 eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems zur Illustration einer ersten Funktionsweise;
-
3 eine der 2 entsprechende schematische Darstellung der ersten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems zur Illustration einer zweiten Funktionsweise;
-
4 eine der 2 entsprechende schematische Darstellung der ersten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems zur Illustration einer dritten Funktionsweise; und
-
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems, bei welcher zwei parallel betreibbare Brennstoffzellenvorrichtungen mit einer weiteren Brennstoffzellenvorrichtung seriell gekoppelt sind.
-
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Eine in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform eines als Ganzes mit 100 bezeichneten Brennstoffzellensystems umfasst eine erste Brennstoffzellenvorrichtung 102 und eine zweite Brennstoffzellenvorrichtung 104.
-
Jede der Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104 umfasst eine Oxidatorzuführung 106 zur Zuführung von Oxidator, insbesondere Luft, zu einer Kathodenseite 103 der Brennstoffzellenvorrichtung 102, 104 und eine Kathodenabgasführung 108 zur Abführung von Kathodenabgas von der Kathodenseite 103 der Brennstoffzellenvorrichtung 102, 104.
-
Ferner umfasst jede der Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104 eine Brennstoffzuführung 107 zur Zuführung von Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, zu einer Anodenseite 105 der Brennstoffzellenvorrichtung 102, 104 und eine Anodenabgasführung 109 zur Abführung von Anodenabgas von der Anodenseite 105 der Brennstoffzellenvorrichtung 102, 104.
-
Die in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 umfasst ferner ein oder mehrere Gebläse 110 zum Antreiben eines Oxidatorstroms und/oder des Kathodenabgases und eine oder mehrere Abscheidungsvorrichtungen 112 zum Abscheiden von Wasser aus dem Abgas der Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104, insbesondere aus dem Kathodenabgas aus den Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104.
-
Die erste Brennstoffzellenvorrichtung 102 und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 104 sind mittels einer Ventilvorrichtung 114 miteinander gekoppelt.
-
Mittels der Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104 ist insbesondere Luft aus einer Umgebung 116 des Brennstoffzellensystems 100, beispielsweise Frischluft, zur Herstellung von sauerstoffarmer Luft verwendbar. Diese sauerstoffarme Luft ist insbesondere einem Treibstofftank 118 zuführbar.
-
Das Brennstoffzellensystem 100 kann insbesondere in einem als Ganzes mit 120 bezeichneten Flugzeug verwendet werden.
-
Das Flugzeug 120 umfasst vorzugsweise den Treibstofftank 118 und das Brennstoffzellensystem 100.
-
Die erste Brennstoffzellenvorrichtung 102 und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 104 des Brennstoffzellensystems 100 bilden vorzugsweise eine Gruppe 122, insbesondere ein Paar 124, von Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104.
-
Das Flugzeug 120 umfasst vorzugsweise mindestens zwei solcher Gruppen 122 oder Paare 124, um im Fall einer Fehlfunktion einer Brennstoffzellenvorrichtung 102, 104 im Betrieb des Flugzeugs 120 weiterhin zuverlässig elektrische Energie, Wasser und/oder sauerstoffarme Luft erzeugen zu können.
-
Die in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 funktioniert wie folgt: Mittels des Gebläses 110 wird Luft aus der Umgebung 116 mittels der Oxidatorzuführung 106 der Kathodenseite 103 der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 zugeführt.
-
Ferner wird aus einem Wasserstoffreservoir 126 Brennstoff mittels der Brennstoffzuführung 107 der Anodenseite 105 der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 zugeführt.
-
Der Brennstoff und der Luftsauerstoff reagieren in der Brennstoffzellenvorrichtung 102 miteinander, so dass insbesondere sauerstoffarme Luft und Wasser mittels der Kathodenabgasführung 108 aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 abgeführt werden. Mittels der Anodenabgasführung 109 wird insbesondere überschüssiger Brennstoff abgeführt, welcher beispielsweise anderweitig verwendet, insbesondere verbrannt, werden kann.
-
Mittels der Ventilvorrichtung 114 des Brennstoffzellensystems 100 ist einstellbar, insbesondere steuerbar und/oder regelbar, ob über die Oxidatorzuführung 106 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 Luft aus der Umgebung 116 und/oder Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 zugeführt wird.
-
Bei der in 2 dargestellten Funktionsweise des Brennstoffzellensystems 100 wird das Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 über die Ventilvorrichtung 114 direkt als Oxidatorstrom über die Oxidatorzuführung 106 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 zugeführt. Dabei wird weder ein Teilstrom des Kathodenabgases abgezweigt noch zusätzliche Luft, insbesondere Luft aus der Umgebung 116, zugeführt.
-
Mittels der Oxidatorzuführung 106 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 wird somit der Kathodenseite 103 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 das Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 zugeführt.
-
Zudem wird mittels der Brennstoffzuführung 107 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, zu der Anodenseite 105 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 zugeführt.
-
In der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 reagiert der Brennstoff mit dem noch in dem Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 enthaltenen Sauerstoff.
-
Das Kathodenabgas der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 enthält somit noch weniger Sauerstoff als bereits das Kathodenabgas der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102.
-
Insbesondere ist der Sauerstoffgehalt des Kathodenabgases, welcher mittels der Kathodenabgasführung 108 aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 abgeführt wird, geringer als 12 Vol.-%.
-
Die so erhaltene sauerstoffarme oder sauerstoffabgereicherte Luft wird dann dem Treibstofftank 118 des Flugzeugs 120 zugeführt, um den nicht mit Treibstoff befüllten Teil des Treibstofftanks 118 aufzufüllen (siehe 2).
-
Durch die Verwendung von sauerstoffarmer Luft zum Auffüllen des Treibstofftanks 118 kann gewährleistet werden, dass der Treibstofftank 118 keine Gasmischung enthält, welche zündfähig ist.
-
In Abhängigkeit von einer gewünschten Menge an sauerstoffarmer Luft und/oder in Abhängigkeit von dem gewünschten Sauerstoffgehalt der sauerstoffarmen Luft kann mittels der Ventilvorrichtung 114 beispielsweise ein Teil des mittels der Kathodenabgasführung 108 aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 abgeführten Kathodenabgases abgeführt und verwendet, beispielsweise dem Treibstofftank 118 zugeführt, werden (siehe 3).
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels eines Gebläses 110 und der Ventilvorrichtung 114 Luft aus der Umgebung 116 dem Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 zugeführt und zusammen mit dem Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 mittels der Oxidatorzuführung 106 der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 zugeführt wird (siehe 4).
-
Um eine Zuführung von Wasser zu dem Treibstofftank 118 zu verhindern, wird das mittels der Kathodenabgasführungen 108 der Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104 abgeführte Kathodenabgas entfeuchtet, insbesondere vollständig getrocknet. Der Feuchtigkeitsgehalt der dem Treibstofftank 118 zugeführten sauerstoffarmen Luft kann hierdurch vorzugsweise stark reduziert werden.
-
Das aus dem Kathodenabgas abgeschiedene Wasser kann vorzugsweise als Nutzwasser in dem Flugzeug 120 weiterverwendet werden.
-
Eine in 5 dargestellte zweite Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die erste Brennstoffzellenvorrichtung 102 und die zweite Brennstoffzellenvorrichtung 104 nicht seriell, sondern parallel betreibbar sind. Aus der Umgebung 116 ist somit sowohl der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 als auch der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 lediglich Frischluft zuführbar.
-
Die Kathodenabgasführungen 108 der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 und der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 münden jedoch bei der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 in eine Ventilvorrichtung 114, an welche sich eine Oxidatorzuführung 106 einer dritten Brennstoffzellenvorrichtung 128 anschließt.
-
Bei der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 ist somit das Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 und das Kathodenabgas aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 der dritten Brennstoffzellenvorrichtung 128 zuführbar. Insbesondere ist das Kathodenabgas aus der ersten Brennstoffzellenvorrichtung 102 und das Kathodenabgas aus der zweiten Brennstoffzellenvorrichtung 104 als Oxidatorstrom mittels der Oxidatorzuführung 106 der dritten Brennstoffzellenvorrichtung 128 der Kathodenseite 103 der dritten Brennstoffzellenvorrichtung 128 zuführbar.
-
Das Kathodenabgas aus der dritten Brennstoffzellenvorrichtung 128 kann schließlich dem Treibstofftank 118 zugeführt werden.
-
Durch die Parallelschaltung zweier Brennstoffzellenvorrichtungen 102, 104 gemäß der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 kann insbesondere eine große Menge von sauerstoffarmer Luft bereitgestellt werden.
-
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
-
Dadurch, dass bei sämtlichen Ausführungsformen von Brennstoffzellensystemen 100 Kathodenabgas einer Brennstoffzellenvorrichtung 102 als Oxidatorstrom einer weiteren Brennstoffzellenvorrichtung 104, 128 zuführbar ist, kann mittels eines Systems, welches elektrische Energie und Wasser liefert, zugleich besonders einfach sauerstoffarme Luft hergestellt werden.
-
Insbesondere zur Bereitstellung von sauerstoffarmer Luft für einen Treibstofftank 118 eines Flugzeugs 120 ist somit eine separate Vorrichtung zur Bereitstellung von sauerstoffarmer Luft entbehrlich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Brennstoffzellensystem
- 102
- erste Brennstoffzellenvorrichtung
- 103
- Kathodenseite
- 104
- zweite Brennstoffzellenvorrichtung
- 105
- Anodenseite
- 106
- Oxidatorzuführung
- 107
- Brennstoffzuführung
- 108
- Kathodenabgasführung
- 109
- Anodenabgasführung
- 110
- Gebläse
- 112
- Abscheidungsvorrichtung
- 114
- Ventilvorrichtung
- 116
- Umgebung
- 118
- Treibstofftank
- 120
- Flugzeug
- 122
- Gruppe von Brennstoffzellenvorrichtungen
- 124
- Paar von Brennstoffzellenvorrichtungen
- 126
- Wasserstoffreservoir
- 128
- dritte Brennstoffzellenvorrichtung
