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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von sauerstoffarmer Luft mittels einer Brennstoffzellenvorrichtung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bereitstellen von sauerstoffarmer Luft mittels einer Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, mittels welchem auf einfachem Wege eine große Menge und/oder ein großer Massenstrom von sauerstoffarmer Luft bereitgestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren zum Bereitstellen von sauerstoffarmer Luft mittels einer Brennstoffzellenvorrichtung Folgendes umfasst:
- – Bereitstellen von Frischluft an einer Kathodenseite der Brennstoffzellenvorrichtung;
- – Abführen von sauerstoffarmer Luft von der Kathodenseite der Brennstoffzellenvorrichtung,
wobei der Brennstoffzellenvorrichtung mittels einer Steuervorrichtung ein Potential derart aufgezwungen wird, dass die Brennstoffzellenvorrichtung in einem Überlastbetrieb, insbesondere bezogen auf eine von der Brennstoffzellenvorrichtung erzeugte Stromstärke, oberhalb eines elektrischen Leistungsmaximums betrieben wird.
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Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Brennstoffzellenvorrichtung ein Potential aufgezwungen wird, welches den Betriebspunkt (Leistungspunkt) der Brennstoffzellenvorrichtung so verändert, dass die Brennstoffzellenvorrichtung in einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums betrieben wird, kann auf einfachem Wege eine große Menge und/oder ein großer Massenstrom sauerstoffarmer Luft bereitgestellt werden.
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Die Begriffe "unterhalb" und "oberhalb" eines elektrischen Leistungsmaximums der Brennstoffzellenvorrichtung beziehen sich vorzugsweise auf Betriebsbereiche der Brennstoffzellenvorrichtung, in welchen die erzeugte Stromstärke geringer ("unterhalb") bzw. größer ("oberhalb") ist als die im elektrischen Leistungsmaximum erzeugte Stromstärke.
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Vorzugsweise kann im Überlastbetrieb eine Menge und/oder ein Massenstrom von sauerstoffarmer Luft bereitgestellt werden, welche bzw. welcher die Menge bzw. den Massenstrom beim Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung am Leistungspunkt mit maximaler elektrischer Leistung übersteigt.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Steuervorrichtung wahlweise zwischen einem Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums umgeschaltet wird.
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Günstig kann es insbesondere sein, wenn mittels der Steuervorrichtung wahlweise zwischen einem Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums umgeschaltet wird, ohne eine elektrische Leistungsanforderung eines Verbrauchers von elektrischer Energie zu beeinflussen.
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Unter einer Leistungsanforderung ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere eine elektrische Lastanforderung zu verstehen.
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Die Leistungsanforderung oder Lastanforderung ist üblicherweise abhängig von den Verbrauchern von elektrischer Energie, welche mittels der Brennstoffzellenvorrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden. Vorzugsweise kann die Steuerung der Brennstoffzellenvorrichtung mittels der Steuervorrichtung unabhängig von den Verbrauchern von elektrischer Energie erfolgen, so dass insbesondere nicht unnötig, beispielsweise durch eigentlich nicht benötigte Verbraucher, elektrische Energie verbraucht werden muss, um eine erforderliche Menge und/oder einen erforderlichen Massenstrom von sauerstoffarmer Luft bereitstellen zu können.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels der Steuervorrichtung wahlweise zwischen einem Leistungspunkt in einem Normalbereich unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Leistungspunkt in einem Überlastbereich oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums umgeschaltet wird. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass der Leistungspunkt im Überlastbereich hinsichtlich der elektrischen Leistung dem Leistungspunkt im Normalbereich entspricht. Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die elektrische Leistung der Brennstoffzellenvorrichtung bei einem Betrieb an dem Leistungspunkt im Überlastbereich geringer oder größer gewählt wird als die elektrische Leistung der Brennstoffzellenvorrichtung bei einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung am Leistungspunkt im Normalbereich.
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Die sauerstoffarme Luft, welche mittels der Brennstoffzellenvorrichtung bereitstellbar ist, kann insbesondere zur Inertisierung eines Treibstofftanks verwendet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die sauerstoffarme Luft somit vorzugsweise einem Treibstofftank zugeführt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere eine Brennstoffzellenvorrichtung zur Erzeugung von sauerstoffarmer Luft.
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Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher auf einfachem Wege eine große Menge und/oder ein großer Massenstrom von sauerstoffarmer Luft bereitstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brennstoffzellenvorrichtung Folgendes umfasst:
- – eine Kathodenseite, welcher Frischluft zuführbar ist und von welcher sauerstoffarme Luft abführbar ist;
- – eine Steuervorrichtung, mittels welcher der Brennstoffzellenvorrichtung ein Potential derart aufzwingbar ist, dass die Brennstoffzellenvorrichtung in einem Überlastbetrieb, insbesondere bezogen auf eine von der Brennstoffzellenvorrichtung erzeugte Stromstärke, oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums betrieben wird.
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Dadurch, dass die Brennstoffzellenvorrichtung mittels der Steuervorrichtung gezielt in einem Überlastbereich oberhalb eines elektrischen Leistungsmaximums betrieben werden kann, kann auf einfachem Wege bei Bedarf eine große Menge und/oder ein großer Massenstrom von sauerstoffarmer Luft bereitgestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Insbesondere sind mittels der Brennstoffzellenvorrichtung einzelne oder mehrere Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar.
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Die Steuervorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet und eingerichtet, dass einzelne oder mehrere Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der Brennstoffzellenvorrichtung durchführbar sind.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Steuervorrichtung wahlweise zwischen einem Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums umschaltbar ist. Mittels der Steuervorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung kann somit vorzugsweise beliebig zwischen einem Normalbetrieb, in welchem die Brennstoffzellenvorrichtung besonders effizient elektrische Energie liefert, und einem Überlastbetrieb, in welchem die Brennstoffzellenvorrichtung große Mengen und/oder große Massenströme sauerstoffarmer Luft bereitstellt, umgeschaltet werden.
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Günstig kann es sein, wenn mittels der Steuervorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung wahlweise zwischen einem Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums umschaltbar ist, ohne eine Leistungsanforderung eines Verbrauchers von elektrischer Energie zu beeinflussen.
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Vorzugsweise ist mittels der Steuervorrichtung im Wesentlichen verzögerungsfrei, insbesondere ohne zeitaufwendige Anpassung einer Vielzahl von Betriebsparametern der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder eines oder mehrerer Verbraucher, zwischen einem Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums umschaltbar.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise eine aktive Kühlvorrichtung, mittels welcher im Überlastbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung entstehende Wärme abführbar ist. Die Kühlvorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet und/oder dimensioniert, dass eine größere Wärmemenge, insbesondere eine um mindestens ungefähr 50% größere Wärmemenge, abführbar ist als diejenige Wärmemenge, welche im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung bei maximaler elektrischer Leistung erzeugt wird.
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Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung eine Abscheidungsvorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus der stauerstoffarmen Luft umfasst. Hierdurch kann auf einfachem Wege trockene sauerstoffarme Luft erzeugt werden.
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Günstig kann es sein, wenn die Steuervorrichtung eine Leistungselektronik zum Aufzwingen eines Potentials umfasst. Auf diese Weise kann insbesondere ein Umschaltvorgang zwischen einem Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums einfach ermöglicht werden.
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Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Brennstoffzellensystem.
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Die Erfindung betrifft somit auch ein Brennstoffzellensystem, welches mehrere Brennstoffzellenvorrichtungen umfasst, wobei mindestens eine der Brennstoffzellenvorrichtungen eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung ist.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Günstig kann es sein, wenn mindestens eine Brennstoffzellenvorrichtung zum Bereitstellen von sauerstoffarmer Luft in dem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums betreibbar ist, während mindestens eine weitere Brennstoffzellenvorrichtung zur effizienten Erzeugung von elektrischer Energie im Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums betreibbar ist. Die Brennstoffzellenvorrichtungen des Brennstoffzellensystems können hierzu beispielsweise mittels einer Koordinierungsvorrichtung koordiniert betrieben werden.
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Günstig kann es sein, wenn ein Sauerstoffgehalt der sauerstoffarmen Luft höchstens ungefähr 12 Vol-%, insbesondere höchstens ungefähr 11 Vol-%, beträgt.
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Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignen sich insbesondere zur Verwendung in einem Flugzeug.
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Die Erfindung betrifft daher auch ein Flugzeug, welches eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung oder ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem umfasst.
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Ein solches Flugzeug weist vorzugsweise ferner einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Das Flugzeug kann beispielsweise ein Verkehrsflugzeug zur Beförderung von Personen oder ein Frachtflugzeug sein.
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Ferner können das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen von sauerstoffarmer Luft, die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung, das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem und/oder das erfindungsgemäße Flugzeug einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung ist vorzugsweise für einen kontinuierlichen Betrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums, das heißt für einen kontinuierlichen Überlastbetrieb, ausgelegt. Insbesondere ist die im Überlastbetrieb entstehende Wärme vorzugsweise zuverlässig abführbar, um eine mögliche Zerstörung durch Überhitzung vermeiden zu können.
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Ferner ist die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung vorzugsweise zur Erzeugung großer Strommengen ausgelegt, welche im Überlastbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung erzeugt werden.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignet sich insbesondere als Ersatz für eine Zusatzenergieversorgungsvorrichtung (Auxiliary Power Unit APU) an Bord eines Flugzeugs. Die maximale elektrische Leistung eines solchen Brennstoffzellensystems kann beispielsweise auf 120 kW ausgelegt sein.
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Im Flugbetrieb des Flugzeugs, in welchem beispielsweise eine elektrische Leistung von zwischen ungefähr 20 kW und ungefähr 40 kW benötigt wird, werden die Brennstoffzellenvorrichtungen üblicherweise weit unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums im Normalbetrieb betrieben. Wenn nun, insbesondere im Sinkflug des Flugzeugs, eine große Menge und/oder ein großer Massenstrom von sauerstoffarmer Luft bereitgestellt werden soll, so kann mittels der Steuervorrichtung einer oder mehrerer Brennstoffzellenvorrichtungen ein Umschalten in den Überlastbetrieb bei sehr geringem Potential der Brennstoffzellenvorrichtung oder -vorrichtungen erzwungen werden. Die elektrische Leistung der Brennstoffzellenvorrichtungen bleibt hierdurch vorzugsweise gleich oder wird sogar reduziert. Die bereitgestellte Menge von sauerstoffarmer Luft wird hierdurch jedoch deutlich erhöht, um den Treibstofftank des Flugzeugs zuverlässig inertisieren zu können.
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Das Brennstoffzellensystem kann vorzugsweise zumindest teilweise redundant ausgebildet sein. Das Brennstoffzellensystem kann hierzu beispielsweise zwei oder mehr Teilsysteme umfassen, wobei eines oder mehrere der Teilsysteme gezielt zur Bereitstellung von sauerstoffarmer Luft gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgelegt sind.
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Durch das Umschalten zwischen einem Normalbetrieb unterhalb des elektrischen Leistungsmaximums und einem Überlastbetrieb oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums kann vorzugsweise ein Massenstrom von sauerstoffarmer Luft um ein Vielfaches erhöht werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung kann vorzugsweise ein sehr großer Massenstrom von sauerstoffarmer Luft, das heißt eine sehr große Menge von sauerstoffarmer Luft in kurzer Zeit, erzeugt werden, so dass die Brennstoffzellenvorrichtung insgesamt kompakt und platzsparend ausgebildet sein kann, insbesondere im Vergleich zu Brennstoffzellenvorrichtungen, welche denselben Massenstrom von sauerstoffarmer Luft im Betrieb bei maximaler elektrischer Leistung erzeugen.
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Vorzugsweise kann auch bei nicht ausreichender Lastanforderung ein hoher Massenstrom von sauerstoffarmer Luft erzeugt werden.
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Der Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums, das heißt der Überlastbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung, führt zu einem hohen Eduktumsatz, zu einem geringen Spannungswert (geringes Potential), zu einem hohen Stromwert und zu einem großen Massenstrom von Abgas (sauerstoffarmer Luft).
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Besonders vorteilhaft ist die Bereitstellung von sauerstoffarmer Luft zur Inertisierung von Treibstofftanks in Flugzeugen. Jedoch können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise auch andere Behälter inertisiert werden.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung zur Erzeugung von sauerstoffarmer Luft;
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2 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems, welches vier Brennstoffzellenvorrichtungen umfasst; und
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3 ein Diagramm zur Illustration der Funktionsweise der Brennstoffzellenvorrichtung aus 1.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Brennstoffzellenvorrichtung, beispielsweise eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenvorrichtung, ermöglicht die Erzeugung von elektrischer Energie durch Umwandlung von Brennstoff 102, beispielsweise Wasserstoff, und Oxidator, beispielsweise Frischluft 104.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 kann Bestandteil eines Brennstoffzellensystems 106 sein, welches beispielsweise mehrere Brennstoffzellenvorrichtungen 100 umfasst.
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Das Brennstoffzellensystem 106 kann beispielsweise in einem Flugzeug 108, insbesondere einem Verkehrsflugzeug oder einem Frachtflugzeug, verwendet werden, um Verbraucher von elektrischer Energie mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst eine Kathodenseite 110, welcher die Frischluft 104 zuführbar ist, und eine Anodenseite 112, welcher der Brennstoff 102 zuführbar ist.
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Zur Steuerung der Brennstoffzellenvorrichtung 100 und/oder zur Regelung der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 100 eine Steuervorrichtung 114, beispielsweise eine Leistungselektronik 116.
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Zur Kühlung der Brennstoffzellenvorrichtung 100, das heißt, um im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 100 freiwerdende Wärme abführen zu können, ist eine Kühlvorrichtung 118 vorgesehen.
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Im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 100 wird einerseits von der Kathodenseite 110 Kathodenabgas 120 und andererseits von der Anodenseite 112 Anodenabgas 122 abgeführt.
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Das Kathodenabgas 120 ist dabei durch Luft gebildet, insbesondere durch Frischluft 104, welcher im Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 100 Sauerstoff entzogen wurde.
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Das Kathodenabgas 120 ist somit sauerstoffarme Luft 124.
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Da das Kathodenabgas 120 zudem Wasser enthält, umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 100 vorzugsweise eine Abscheidungsvorrichtung 126, mittels welcher das Wasser aus dem Kathodenabgas 120 und somit aus der sauerstoffarmen Luft 124 abgeschieden werden kann.
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Das abgeschiedene Wasser kann insbesondere als Brauchwasser im Flugzeug 108 verwendet werden.
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Die sauerstoffarme Luft 124 eignet sich insbesondere zur Inertisierung eines Treibstofftanks 128 des Flugzeugs 108.
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Unter einer Inertisierung des Treibstofftanks 128 ist dabei insbesondere ein Auffüllen des nicht vollständig mit Treibstoff gefüllten Treibstofftanks 128 zu verstehen, um das Entstehen eines entzündlichen Gasgemisches zu verhindern.
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Da die sauerstoffarme Luft 124 hauptsächlich Stickstoff enthält und der Sauerstoffgehalt vorzugsweise geringer als 12 Vol-%, insbesondere geringer als 11 Vol-%, ist, kann durch das Zuführen von sauerstoffarmer Luft 124 zu dem Treibstofftank 128 das darin enthaltene Gas verdrängt und durch ein nicht zündfähiges Gas ersetzt werden.
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Insbesondere dann, wenn das Brennstoffzellensystem 106, beispielsweise an Bord eines Flugzeugs 108, mehrere Brennstoffzellenvorrichtungen 100 umfasst, kann vorgesehen sein, dass die Brennstoffzellenvorrichtungen 100 unterschiedliche Aufgaben erfüllen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass drei Brennstoffzellenvorrichtungen 100a primär der effizienten Erzeugung von elektrischer Energie dienen, während eine Brennstoffzellenvorrichtung 100b primär der Bereitstellung von sauerstoffarmer Luft 124 dient.
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Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, kann mittels der Brennstoffzellenvorrichtungen 100 ein Verbraucher 130 von elektrischer Energie mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Mittels elektrischer Leitungen 132 sind die Brennstoffzellenvorrichtungen 100a, 100b mit dem Verbraucher 130 verbunden.
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Durch unterschiedlich starke Linien und Pfeile ist dabei der Unterschied in der Funktionsweise der Brennstoffzellenvorrichtungen 100a, 100b angedeutet. So dienen die Brennstoffzellenvorrichtungen 100a primär der Erzeugung von elektrischer Energie für den Verbraucher 130, was durch entsprechend dicke elektrische Leitungen 132 angedeutet ist.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 100b dient hingegen primär der Bereitstellung von sauerstoffarmer Luft 124, was durch einen entsprechend dicken Pfeil gekennzeichnet ist.
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Die vorstehend beschriebene Brennstoffzellenvorrichtung 100 und somit auch das vorstehend beschriebene Brennstoffzellensystem 106 bzw. das Flugzeug 108 funktionieren wie folgt:
Zum Erzeugen von elektrischer Energie und zum Bereitstellen von sauerstoffarmer Luft 124 wird der Brennstoffzellenvorrichtung 100 Frischluft 104 und Brennstoff 102 zugeführt.
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Die Frischluft 104 wird der Kathodenseite 110 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 zugeführt. Der Brennstoff 102 wird der Anodenseite 112 zugeführt.
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In der Brennstoffzellenvorrichtung 100 wird die Frischluft 104 mit dem Brennstoff 102 umgesetzt, so dass Kathodenabgas 120 und Anodenabgas 122 entsteht.
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Das Kathodenabgas 122, welches sauerstoffabgereichert ist und somit als sauerstoffarme Luft 124 bezeichnet werden kann, enthält beispielsweise höchstens noch ungefähr 12 Vol-% Sauerstoff.
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Mittels der Steuervorrichtung 114 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 kann die elektrische Leistung der Brennstoffzellenvorrichtung 100 und die Menge und/oder der Massenstrom der bereitgestellten sauerstoffarmen Luft 124 gezielt eingestellt werden.
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Insbesondere kann mittels der Steuervorrichtung 114 auf unterschiedliche Lastanforderungen des Verbrauchers 130 und auf einen variierenden Bedarf an sauerstoffarmer Luft 124 in dem Treibstofftank 128 reagiert werden.
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Je nach Betriebsmodus der Brennstoffzellenvorrichtung 100 fällt eine größere oder kleinere Menge an Wärme an, welche mittels der Kühlvorrichtung 118 abgeführt wird.
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In 3 sind eine Potentialkurve 134 und eine Leistungskurve 136 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 schematisch dargestellt.
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Wie 3 zu entnehmen ist, kann die Brennstoffzellenvorrichtung 100 einerseits in einem Normalbereich 138 und andererseits in einem Überlastbereich 140 betrieben werden.
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Der Normalbereich 138 ist dabei derjenige Bereich, welcher bezüglich einer mittels der Brennstoffzellenvorrichtung 100 erzeugten Stromstärke unterhalb eines elektrischen Leistungsmaximums 142 der Brennstoffzellenvorrichtung 100 liegt.
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Der Überlastbereich 140 ist dabei derjenige Bereich, welcher bezüglich der mittels der Brennstoffzellenvorrichtung 100 erzeugten Stromstärke oberhalb des elektrischen Leistungsmaximums 142 liegt.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass diese über einen längeren Zeitraum hinweg, insbesondere kontinuierlich, in einem Überlastbetrieb betrieben werden kann.
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Dieser Überlastbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 100 wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass mittels der Steuervorrichtung 114, insbesondere mittels der Leistungselektronik 116, ein Potential aufgezwungen wird, welches niedriger ist als das Potential der Brennstoffzellenvorrichtung 100 am elektrischen Leistungsmaximum 142.
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Da mit größerer Stromstärke zugleich auch der Massenstrom der bereitgestellten sauerstoffarmen Luft 124 ansteigt, kann durch den Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 100 im Überlastbereich 140 eine sehr große Menge von sauerstoffarmer Luft 124 in kurzer Zeit bereitgestellt werden.
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Mittels der Steuervorrichtung 114 kann vorzugsweise einfach zwischen zwei Leistungspunkten 144, insbesondere zwischen einem Leistungspunkt 144a, welcher im Normalbereich 138 liegt, und einem Leistungspunkt 144b, welcher im Überlastbereich 140 liegt, umgeschaltet werden.
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Die Leistungspunkte 144a, 144b sind vorzugsweise einander entsprechende Leistungspunkte 144, das heißt, dass die in diesen Leistungspunkten 144a, 144b mittels der Brennstoffzellenvorrichtung 100 erzeugte elektrische Leistung zumindest näherungsweise identisch ist.
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Durch ein Umschalten zwischen diesen Leistungspunkten 144a, 144b mittels der Steuervorrichtung 114 kann somit der Betriebsmodus der Brennstoffzellenvorrichtung 100 besonders einfach geändert werden, ohne auf die Lastanforderung durch einen oder mehrere Verbraucher 130 einwirken zu müssen.
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Mittels der Brennstoffzellenvorrichtung 100 kann hierdurch auf einfache Weise zwischen einem effizienten Energieerzeugungsmodus (Normalbetrieb) und einem Inertisierungsmodus zur Erzeugung von sauerstoffarmer Luft (Überlastbetrieb) umgeschaltet werden.
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Insbesondere dann, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung 100 eine von mehreren Brennstoffzellenvorrichtungen 100 in einem Brennstoffzellensystem 106 ist, kann zur zusätzlichen Steigerung des Massenstroms von sauerstoffarmer Luft 124 nach dem Umschalten in den Überlastbereich 140 das aufgezwungene Potential weiter reduziert werden, um den Massenstrom von sauerstoffarmer Luft 124 weiter zu erhöhen. Die von den Verbrauchern 130 benötigte elektrische Energie wird dann vorzugsweise mittels der weiteren Brennstoffzellenvorrichtungen 100a bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Brennstoffzellenvorrichtung
- 100a
- Brennstoffzellenvorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie
- 100b
- Brennstoffzellenvorrichtung zur Bereitstellung von sauerstoffarmer Luft
- 102
- Brennstoff
- 104
- Frischluft
- 106
- Brennstoffzellensystem
- 108
- Flugzeug
- 110
- Kathodenseite
- 112
- Anodenseite
- 114
- Steuervorrichtung
- 116
- Leistungselektronik
- 118
- Kühlvorrichtung
- 120
- Kathodenabgas
- 122
- Anodenabgas
- 124
- sauerstoffarme Luft
- 126
- Abscheidungsvorrichtung
- 128
- Treibstofftank
- 130
- elektrischer Verbraucher
- 132
- elektrische Leitungen
- 134
- Potentialkurve
- 136
- Leistungskurve
- 138
- Normalbereich
- 140
- Überlastbereich
- 142
- elektrisches Leistungsmaximum
- 144
- Leistungspunkt
- 144a
- Leistungspunkt im Normalbereich
- 144b
- Leistungspunkt im Überlastbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005054885 A1 [0002]
