DE102013210174A1

DE102013210174A1 - Fuel cell power generation apparatus and fuel collector and method of operating a power generator

Info

Publication number: DE102013210174A1
Application number: DE102013210174.0A
Authority: DE
Inventors: Marcus Menzel; Natalja Ermatschenko
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugervorrichtung (1) zur Erzeugung eines elektrischen Stroms, mit einer Brennstoffzelle (3), sowie ein Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzelle (3). Um die Betriebskosten der Stromerzeugervorrichtung (1) zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stromerzeugervorrichtung (1) eine Sammeleinrichtung (10) zur Speicherung von durch die Brennstoffzelle (3) geströmten Brennstoff aufweist, und dass der gespeicherte Brennstoff der Brennstoffzelle (3) erneut zugeführt wird.The invention relates to a power generating device (1) for generating an electric current, with a fuel cell (3), and to a method for operating the fuel cell (3). In order to reduce the operating costs of the power generating device (1), it is provided according to the invention that the power generating device (1) has a collecting device (10) for storing fuel that has flowed through the fuel cell (3) and that the stored fuel of the fuel cell (3) again is fed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugervorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Stroms durch eine chemische Reaktion eines Brennstoffs mit Sauerstoff, mit einer Brennstoffzelle, die eingangsseitig eine Zuführöffnung zur Zuführung des in einem Speicher bereitgestellten Brennstoffs an eine Anode der Brennstoffzelle und die ausgangsseitig eine Abführöffnung zur Abführung eines Anodenabgases der Brennstoffzelle aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Stromerzeugereinrichtung mit einer Brennstoffzelle, bei dem die Brennstoffzelle anodenseitig gespült wird.The invention relates to a power generating device for generating an electric current by a chemical reaction of a fuel with oxygen, with a fuel cell, the input side, a supply port for supplying the fuel provided in a memory to an anode of the fuel cell and the output side, a discharge opening for discharging an anode exhaust gas Fuel cell has. Furthermore, the invention relates to a method for operating a power generating device with a fuel cell, in which the fuel cell is flushed on the anode side.

Brennstoffzellen werden beispielsweise bei ihrer Inbetriebnahme anodenseitig mit dem Brennstoff gespült, um eine für die Inbetriebnahme benötigte Brennstoffkonzentration an der Anode zu erhalten. Im Betrieb der Brennstoffzelle kann es ferner erforderlich werden, Inertgase oder Kondensate durch anodenseitiges Spülen mit dem Brennstoff aus der Brennstoffzelle auszuspülen.For example, fuel cells are purged on the anode side with the fuel during commissioning, in order to obtain a fuel concentration at the anode required for starting up. During operation of the fuel cell, it may further be necessary to flush out inert gases or condensates by flushing the fuel from the fuel cell on the anode side.

Bei den Spülvorgängen geht Brennstoff verloren, wodurch die Betriebskosten der Stromerzeugervorrichtung ansteigen.During the flushing process, fuel is lost, which increases the operating costs of the power generation device.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stromerzeugervorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen Betriebskosten der Stromerzeugervorrichtung gesenkt werden können.Thus, the invention has for its object to provide a power generator apparatus and a method of the type mentioned, with which operating costs of the power generator device can be lowered.

Für die eingangs genannte Stromerzeugervorrichtung wird die Aufgabe durch eine Sammeleinrichtung für den Brennstoff gelöst, wobei die Sammeleinrichtung der Abführöffnung Fluid leitend nachgeschaltet und die ausgebildet ist, Brennstoff wiederholt zu speichern und freizusetzen. Die Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, dass beim Spülen aus der Brennstoffzelle abgeführter Brennstoff zumindest teilweise gesammelt und nach dem Spülen der Brennstoffzelle wenigstens teilweise erneut zurückgeführt wird.For the power generator device mentioned at the outset, the object is achieved by a collecting device for the fuel, wherein the collecting device of the discharge opening fluidly connects downstream and which is designed to store and release fuel repeatedly. The object is achieved for the above-mentioned method in that at flushing out of the fuel cell discharged fuel is at least partially collected and at least partially recycled after flushing the fuel cell.

Durch das Sammeln und Zurückführen des Brennstoffs geht beim Spülen weniger Brennstoff verloren, wodurch die Kosten für den beim Betrieb des Stromerzeugers verwendeten Brennstoffs und folglich die Betriebskosten des Stromerzeugers sinken. By collecting and returning the fuel, less fuel is lost during purging, which reduces the cost of the fuel used in the operation of the generator and, consequently, the operating costs of the generator.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebige miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundener Vorteile ist im Folgenden eingegangen.The solution according to the invention can be further improved by various configurations, which are advantageous in each case, and which can be combined with one another. These embodiments and the advantages associated with them are discussed below.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform kann die Sammeleinrichtung entlang eines Strömungspfades des Anodenabgases zwischen zwei steuerbaren Ventilen angeordnet sein. Durch die Ventile wird sichergestellt, dass die Sammeleinrichtung Brennstoff entsprechend den Betriebszuständen der Brennstoffzelle speichert oder freisetzt und dass der freigesetzte Brennstoff an die Brennstoffzelle und nicht an die Umwelt abgebbar ist. Außerdem können die Ventile ein Sammelmittel der Sammeleinrichtung von der Umgebung der Sammeleinrichtung trennen, um eine Verunreinigung des Sammelmittels zu verhindern.In a first advantageous embodiment, the collecting device can be arranged along a flow path of the anode exhaust gas between two controllable valves. The valves ensure that the collecting device stores or releases fuel according to the operating states of the fuel cell and that the released fuel can be delivered to the fuel cell and not to the environment. In addition, the valves may separate collection means of the collector from the environment of the collector to prevent contamination of the collection means.

Ein erstes der Ventile ist vorzugsweise zwischen der Abführöffnung und der Sammeleinrichtung angeordnet und als ein steuerbares Rückschlagventil ausgebildet. Das Rückschlagventil ist vorzugsweise ein öffnendes Rückschlagventil, das in einem angesteuerten Zustand geöffnet und in einem Ruhezustand geschlossen ist. Wird der gespeicherte Brennstoff freigesetzt, so steigt der Druck in der Sammeleinrichtung an. Ist der Druck in der Sammeleinrichtung groß genug, kann der freigesetzte Brennstoff das Rückschlagventil aufdrücken, so dass der Brennstoff ohne eine aufwändige zusätzliche Steuerung des Rückschlagventils in Richtung auf die Brennstoffzelle aus der Sammeleinrichtung entwichen kann.A first of the valves is preferably arranged between the discharge opening and the collecting device and designed as a controllable check valve. The check valve is preferably an opening check valve which is opened in a controlled state and closed in an idle state. If the stored fuel is released, the pressure in the collecting device rises. If the pressure in the collector is high enough, the fuel released may force the check valve so that the fuel can escape from the collector without extensive additional control of the check valve toward the fuel cell.

Damit der freigesetzte Brennstoff der Brennstoffzelle anodenseitig erneut zugeführt werden kann, kann die Stromerzeugervorrichtung eine Rückführleitung aufweisen, die die Abführöffnung und eine von der Sammeleinrichtung entlang des Strömungspfades weg weisende Öffnung des Rückschlagventils Fluid leitend mit der Zuführöffnung verbindet. Durch die Rückführleitung kann der Brennstoff in einem normalen Betriebszustand der Stromerzeugervorrichtung, in dem die Brennstoffzelle nicht gespült wird, von der Abführöffnung zur Zuführöffnung strömen und somit durch die Stromerzeugervorrichtung zirkulieren. Der Brennstoff kann also abhängig von Betriebszuständen der Brennstoffzelle dieser erneut zugeführt werden.In order that the released fuel of the fuel cell can be supplied to the anode side again, the power generator device may have a return line which connects the discharge opening and an opening of the check valve fluid away from the collector along the flow path to the supply opening. By the return line, the fuel in a normal operating state of the power generator device, in which the fuel cell is not rinsed, flow from the discharge port to the supply port and thus circulate through the power generator device. The fuel can therefore be supplied again depending on operating conditions of the fuel cell.

Um den Transport des freigesetzten Brennstoffs von der Sammeleinrichtung zur Zuführöffnung zu verbessern, weist die Stromerzeugervorrichtung vorzugsweise eine Pumpe auf, die den Brennstoff von der Sammeleinrichtung zur Zuführöffnung pumpt. Die Pumpe ist beispielsweise im Verlauf der Rückführleitung oder aber an deren Anfang oder an deren Ende angeordnet. Das Ende der Zuführleitung ist beispielsweise näher an der Zuführöffnung und der Anfang der Rückführleitung näher an der Sammeleinrichtung angeordnet.In order to improve the transport of the released fuel from the collector to the supply port, the power generation device preferably includes a pump that pumps the fuel from the collector to the supply port. The pump is arranged, for example, in the course of the return line or at the beginning or at the end. The end of the supply line is arranged for example closer to the feed opening and the beginning of the return line closer to the collecting device.

Beispielsweise ist die Pumpe eine Strahlpumpe, deren Treibdüse mit einem den Brennstoff bereitstellenden Speicher verbindbar oder im Betrieb der Stromerzeugervorrichtung verbunden ist. Das Ende der Rückführleitung ist dann vorzugsweise mit einer Saugöffnung der Strahlpumpe Fluid leitend verbunden, so dass der durch die Pumpe strömende Brennstoff den freigesetzten Brennstoff durch die Strahlpumpe zur Brennstoffelle fördert und auf eine separat zu steuernde oder anzutreibende Pumpe verzichtet werden kann. Im normalen Betriebszustand der Stromerzeugervorrichtung kann die Pumpe auch den zirkulierenden Brennstoff fördern.For example, the pump is a jet pump, whose motive nozzle can be connected to a storage providing the fuel or during operation of the Power generator device is connected. The end of the return line is then preferably conductively connected to a suction port of the jet pump fluid, so that the fuel flowing through the pump promotes the released fuel through the jet pump to the fuel cell and can be dispensed with a separately controlled or driven pump. In the normal operating state of the power generator device, the pump can also promote the circulating fuel.

Die Sammeleinrichtung umfasst vorzugsweise das Speichermittel für den Brennstoff, wobei das Speichermittel beispielsweise ausgebildet ist, den Brennstoff chemisch oder physikalisch in Abhängigkeit von dessen Druck und/oder Temperatur zu speichern. Eine den Brennstoff durch Ad- oder Absorption speichernde Sammeleinrichtung benötigt also keine großen Speichervolumina, die zur Aufnahme des Brennstoffs womöglich vorab evakuiert werden müssen. Ferner kann das Speichermittel ausgebildet sein, den Brennstoff selektiv und andere Stoffe, beispielsweise Inertgase oder Kondensate, nicht oder nur in einem geringeren Umfang zu speichern. Der Brennstoff ist zum Beispiel Wasserstoff, und das Speichermittel kann ausgebildet sein, den Wasserstoff in Form eines Hydrids chemisch zu binden.The collecting device preferably comprises the storage means for the fuel, wherein the storage means is designed, for example, to store the fuel chemically or physically as a function of its pressure and / or temperature. Thus, a collecting device storing the fuel through adsorption or absorption does not require large storage volumes which may need to be evacuated to receive the fuel in advance. Furthermore, the storage means can be designed to selectively or selectively store the fuel and other substances, for example inert gases or condensates, or only to a lesser extent. The fuel is, for example, hydrogen, and the storage means may be configured to chemically bond the hydrogen in the form of a hydride.

Beispielsweise kann das Speichermittel eine Hydrid bildenden Komponente, insbesondere Magnesium, Palladium oder eine Verbindung von diesen Elementen, sowie eine katalytische Komponente, insbesondere Scandium oder eine Scandium-Verbindung, umfassen. Die Kombination der Hydrid bildenden Komponenten mit der katalytischen Komponente verbessert die Speichereigenschaften des Absorbers, so dass der Brennstoff leichter gespeichert und freigesetzt werden kann. So kann ein benötigter Beladungsdruck, bei dem der Brennstoff durch das Speichermittel gespeichert wird, durch die Verwendung der katalytischen Komponente von beispielsweise 35 Bar auf 7 Bar gesenkt werden. Darüber hinaus senkt die katalytische Komponente eine Freisetzungstemperatur, bei der der Brennstoff freigesetzte wird, auf beispielsweise 200 °C. Eine derartige Freisetzungstemperatur kann einfach erzeugt werden, ohne dass hierfür ein großer Aufwand notwendig ist. For example, the storage means may comprise a hydride-forming component, in particular magnesium, palladium or a compound of these elements, as well as a catalytic component, in particular scandium or a scandium compound. The combination of the hydride-forming components with the catalytic component improves the storage properties of the absorber so that the fuel can be more easily stored and released. Thus, a required loading pressure at which the fuel is stored by the storage means can be reduced by the use of the catalytic component of, for example 35 bar to 7 bar. In addition, the catalytic component lowers a release temperature at which the fuel is released to, for example, 200 ° C. Such a release temperature can be easily generated without the need for much effort.

Das Speichermittel kann ein kohlenstoffhaltiges oder zeolithhaltiges Material und beispielsweise Palladiumnetze oder stabförmige Mangannanopartikel umfassen, wodurch eine Vielzahl von Materialien für den Aufbau der Sammeleinrichtung zur Verfügung stehen. Die Sammeleinrichtung kann also auf den konkreten Verwendungszweck hin optimiert werden.The storage means may comprise a carbonaceous or zeolite-containing material and, for example, palladium nets or rod-shaped manganese nanoparticles, whereby a variety of materials are available for the construction of the collector. The collecting device can thus be optimized for the specific purpose.

So kann die Sammeleinrichtung eine für den Brennstoff permeable Polymermatrix umfassen, in welcher das Speichermittel eingebettet ist. Durch die Verwendung des in der Polymermatrix eingebetteten Speichermittels lässt sich der Aufbau der Sammeleinrichtung vereinfachen.Thus, the collecting means may comprise a fuel permeable polymer matrix in which the storage means is embedded. By using the embedded in the polymer matrix storage means, the structure of the collector can be simplified.

Insbesondere Speichermittel, die den Brennstoff und beispielsweise Wasserstoff gut speichern, eignen sich für die Sammeleinrichtung der Stromerzeugervorrichtung. Alternativ kann die Sammeleinrichtung jedoch auch zur Erhöhung des Anteils eines Gases in einem Gasgemisch verwendet werden, wenn entsprechende Speichermittel gewählt werden. Beispielsweise kann der Sauerstoffanteil in einem der Kathode der Brennstoffzelle, einem Verbrennungsmotor oder einer Schweißvorrichtung, zum Beispiel für autogenes Schweißen, zugeführten Gases, etwa Luft, erhöht werden. Ferner kann mit der erfindungsgemäßen Sammeleinrichtung der Gasanteil und insbesondere der Sauerstoffanteil von Luft für eine Kabinenluftversorgung in der Luft- und Raumfahrt oder in medizinischen Bereichen erhöht werden.In particular, storage means which store the fuel and, for example, hydrogen well are suitable for the collecting device of the power generator device. Alternatively, however, the collector may also be used to increase the proportion of a gas in a gas mixture, if appropriate storage means are chosen. For example, the oxygen content in one of the cathode of the fuel cell, an internal combustion engine or a welding device, for example, for autogenous welding, supplied gas, such as air, can be increased. Furthermore, with the collecting device according to the invention, the proportion of gas and in particular the oxygen content of air for a cabin air supply in aerospace or in medical areas can be increased.

Damit die Freisetzungstemperatur erreicht werden kann, weist die Sammeleinrichtung vorzugsweise Mittel zur Beheizung derselben auf. Eine gesonderte Heizeinrichtung, welche die Sammeleinrichtung heizt und die separat vorgesehen mehr Bauraum als die Sammeleinrichtung mit dem Mittel zur Beheizung benötigt, ist also nicht notwendig.So that the release temperature can be achieved, the collecting device preferably has means for heating the same. A separate heating device, which heats the collecting device and which separately provides more installation space than the collecting device with the means for heating, is therefore not necessary.

Die Stromerzeugervorrichtung ist beispielsweise ausgebildet, in einem zumindest teilweise oder sogar vollständig elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel, etwa ein Kraftfahrzeug und insbesondere ein Automobil, eingebaut vorgesehen zu sein und elektrischen Strom für den Antrieb des Fortbewegungsmittel zu produzieren. Alternativ kann die Stromerzeugervorrichtung ausgebildet sein, Strom zum Betreiben eines Gebäudes oder mehrerer Gebäude zu erzeugen.The power generator device is designed, for example, to be provided in a means of locomotion that are at least partially or even completely electrically drivable, for example a motor vehicle and in particular an automobile, and to produce electric power for driving the means of locomotion. Alternatively, the power generation device may be configured to generate power for operating a building or multiple buildings.

Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde. Es zeigen:The invention is explained below by way of example with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings. The different features of the embodiments can be combined independently of each other, as has already been explained in the individual advantageous embodiments. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Stromerzeugervorrichtung; 1 a schematic representation of an embodiment of a power generator device according to the invention;

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Flussdiagramm. 2 a schematic representation of an embodiment of a method according to the invention as a flowchart.

Zunächst sind Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Stromerzeugervorrichtung mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben.First, the structure and function of a power generator device according to the invention with respect to the embodiment of the 1 described.

1 zeigt die Stromerzeugervorrichtung 1 schematisch mit einem Speicher 2, in dem ein Brennstoff für eine Brennstoffzelle 3 der Stromerzeugervorrichtung 1 bereitgestellt ist. Über eine Versorgungsleitung 4 ist die Stromerzeugervorrichtung 1 mit dem Speicher 2 zur Versorgung der Stromerzeugervorrichtung 1 mit Brennstoff verbindbar. Der Speicher 2 und die Versorgungsleitung 4 können optional Bestandteile der Stromerzeugervorrichtung 1 sein. 1 shows the power generation device 1 schematically with a memory 2 in which a fuel for a fuel cell 3 the power generator device 1 is provided. Via a supply line 4 is the power generation device 1 with the memory 2 for supplying the power generating device 1 connectable with fuel. The memory 2 and the supply line 4 Optionally, components of the power generator device 1 be.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Brennstoffzelle 3 lediglich anodenseitig dargestellt. Eine Kathodenseite, der ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, zur Reaktion mit dem Brennstoff zuführbar ist, ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Brennstoffzelle 3 weist eingangsseitig eine Zuführöffnung 5 und ausgangsseitig eine Abführöffnung 6 auf. Durch die Zuführöffnung 5 wird der Brennstoffzelle 3 im Betrieb der Stromerzeugervorrichtung 1 der Brennstoff zugeführt. Durch die Abführöffnung 6 wird im Betrieb der Stromerzeugervorrichtung 1 Anodenabgas aus der Brennstoffzelle 3 abgeleitet. Ferner wird bei einem anodenseitigen Spülvorgang der Brennstoffzelle 3 der zum Spülen der Brennstoffzelle 3 verwendete Brennstoff und auch die sonstigen anodenseitig aus der Brennstoffzelle 3 herausgespülten Bestandteile über die Abführöffnung 6 ausgegeben. In the embodiment of 1 is the fuel cell 3 shown only on the anode side. A cathode side to which an oxygen-containing gas, for example air, can be supplied for reaction with the fuel is not shown for the sake of simplicity. The fuel cell 3 has on the input side a feed opening 5 and on the output side a discharge opening 6 on. Through the feed opening 5 becomes the fuel cell 3 during operation of the power generator device 1 the fuel is supplied. Through the discharge opening 6 becomes in operation of the power generator device 1 Anode exhaust from the fuel cell 3 derived. Furthermore, in an anode-side rinsing process of the fuel cell 3 the for flushing the fuel cell 3 used fuel and also the other anode side of the fuel cell 3 flushed components through the discharge opening 6 output.

Da das Anodenabgas in der Regel größtenteils oder sogar vollständig aus Brennstoff besteht, weist die Stromerzeugervorrichtung 1 eine Rückführleitung 7 auf, welche die Abführöffnung 6 Fluid leitend mit der Zuführöffnung 5 verbindet, so dass das Anodenabgas von der Abführöffnung 6 zu Zuführöffnung 5 strömen und somit im normalen Betriebszustand der Stromerzeugervorrichtung 1 durch die Brennstoffzelle zirkulieren kann. Die Rückführleitung 7 ist beispielsweise über eine Abführleitung 8 mit der Abführöffnung 6 Fluid leitend verbunden.Since the anode exhaust gas usually consists largely or even entirely of fuel, the power generator device 1 a return line 7 on which the discharge opening 6 Fluid conducting with the feed opening 5 connects, so that the anode exhaust gas from the discharge opening 6 to feed opening 5 flow and thus in the normal operating state of the power generator device 1 can circulate through the fuel cell. The return line 7 is for example via a discharge line 8th with the discharge opening 6 Fluid conductively connected.

Die Abführleitung 8 weist einen Abzweigabschnitt 9 auf, von dem einerseits die Rückführleitung 7 und andererseits eine von der Brennstoffzelle 3 weg führender Strömungspfad P für Spülgas abzweigt. Der Strömungspfad P verläuft durch die Sammeleinrichtung 10 für den Brennstoff. The discharge line 8th has a branch section 9 on, on the one hand, the return line 7 and on the other hand, one of the fuel cell 3 away leading flow path P branches off for purge gas. The flow path P passes through the collector 10 for the fuel.

Die Sammeleinrichtung 10 ist beispielsweise entlang des Strömungspfades P für das Spülgas zwischen zwei steuerbaren Ventilen angeordnet. Ein erstes Ventil 11 ist in einer Strömungsrichtung R des durch den Strömungspfad P strömenden Spülgases vor der Sammeleinrichtung 10 und ein zweites Ventil 12 ist in der Strömungsrichtung R hinter der Sammeleinrichtung 10 angeordnet. Das erste Ventil 11 ist vorzugsweise als ein steuerbares Rückschlagventil ausgebildet, das in einem Spülzustand gesteuert geöffnet und in einem Ruhezustand geschlossen ist. Das Rückschlagventil ist beispielsweise im normalen Betriebszustand der Stromerzeugereinrichtung 1 in seinem Ruhezustand. Ein Anschlagelement 13 für ein Verschlusselement 14 des Rückschlagventils ist in der Strömungsrichtung R vorzugsweise hinter dem Verschlusselement 14 angeordnet, damit der freigesetzte Brennstoff das erste Ventil 11 aufdrücken kann.The collecting device 10 is arranged, for example, along the flow path P for the purge gas between two controllable valves. A first valve 11 is in a flow direction R of the purge gas flowing through the flow path P in front of the collector 10 and a second valve 12 is in the flow direction R behind the collector 10 arranged. The first valve 11 is preferably formed as a controllable check valve, which is controlled in a purge state open and closed in an idle state. The check valve is, for example, in the normal operating state of the power generator device 1 in his dormant state. A stop element 13 for a closure element 14 the check valve is in the flow direction R preferably behind the closure element 14 arranged so that the fuel released the first valve 11 can express.

Im normalen Betriebszustand der Stromerzeugervorrichtung 1, bei dem die Stromerzeugervorrichtung 1 elektrischen Strom erzeugt und der Brennstoff beispielsweise durch die Stromerzeugervorrichtung 1 zirkuliert, ist der Brennstoffzelle 3 vom Speicher 2 Brennstoff zugeführt, der über die Versorgungsleitung 4 zur Brennstoffzelle 3 strömt. Durch die Abführleitung 8 wird das Anodenabgas der Brennstoffzelle 3, also insbesondere nicht verbrauchter Brennstoff, von der Brennstoffzelle 3 abgeleitet. Das erste Ventil 11 ist in diesem Betriebszustand der Brennstoffzelle 3 vorzugsweise geschlossen, so dass das Anodenabgas über die Rückführleitung 7 zurück zur Brennstoffzelle 3 und insbesondere zu dessen Zuführöffnung 5 strömen kann. In the normal operating state of the power generator device 1 in which the power generator device 1 generates electrical power and the fuel, for example, by the power generator device 1 circulates, is the fuel cell 3 from the store 2 Fuel is supplied via the supply line 4 to the fuel cell 3 flows. Through the discharge line 8th becomes the anode exhaust of the fuel cell 3 , ie in particular unused fuel, from the fuel cell 3 derived. The first valve 11 is in this operating state of the fuel cell 3 preferably closed so that the anode exhaust gas via the return line 7 back to the fuel cell 3 and in particular to its feed opening 5 can flow.

Um ein Rückströmen des Anodenabgases durch die Rückführleitung 7 zu erleichtern, ist die Stromerzeugervorrichtung 1 vorzugsweise mit einer Pumpe ausgebildet, die das Anodenabgas durch die Rückführleitung 7 in Richtung auf die Zuführöffnung 5 zu pumpt. Ein besonders einfacher Aufbau der Stromerzeugervorrichtung 1 kann erreicht werden, wenn die Pumpe 15 eine Strahlpumpe ist, deren Treiböffnung 16 mit der Versorgungsleitung 4 verbunden beziehungsweise verbindbar ist. Eine Austrittsöffnung 17 ist vorzugsweise Fluid leitend mit der Zuführöffnung 5 verbunden. Strömt Brennstoff von der Treiböffnung 16 durch die Pumpe 15 zur Austrittsöffnung 17, entsteht an einer Saugöffnung 18 der Pumpe 15 ein Unterdruck. An der Saugöffnung 15 ist das Ende der Rückführleitung 7 angeschlossen, so dass das Anodenabgas von der Pumpe 15 durch die Rückführleitung 7 zur Zuführöffnung 5 gepumpt werden kann.To a backflow of the anode exhaust gas through the return line 7 to facilitate, is the power generator device 1 preferably formed with a pump, the anode exhaust gas through the return line 7 towards the feed opening 5 to pump. A particularly simple construction of the power generator device 1 can be achieved when the pump 15 is a jet pump whose blowing opening 16 with the supply line 4 connected or connectable. An outlet 17 is preferably fluid conducting with the feed opening 5 connected. Flows fuel from the propellant port 16 through the pump 15 to the outlet 17 , arises at a suction opening 18 the pump 15 a negative pressure. At the suction opening 15 is the end of the return line 7 connected so that the anode exhaust gas from the pump 15 through the return line 7 to the feed opening 5 can be pumped.

Bei einem Spülvorgang der Brennstoffzelle 3, also beispielsweise zur Inbetriebnahme der Brennstoffzelle 3 oder um ungewünschte Elemente anodenseitig aus der Brennstoffzelle 3 ausspülen zu können, können die beiden Ventile 11, 12 geöffnet sein. Der zum Spülen verwendete Brennstoff strömt aus dem Speicher 2 über die Versorgungsleitung 4 anodenseitig durch die Brennstoffzelle 3 und von dort über die Abführleitung 8 durch das erste Ventil 11, die Sammeleinrichtung 10 und das zweite Ventil 12. Dabei kann das zweite Ventil 12 nach einer vorbestimmten Zeit oder bei einem vorbestimmten Ereignis geschlossen werden, um zu verhindern, dass entgegen der Strömungsrichtung R ungewünschte Elemente in die Sammeleinrichtung 10 eintreten können. During a flushing process of the fuel cell 3 , So for example, for commissioning of the fuel cell 3 or unwanted elements on the anode side of the fuel cell 3 The two valves can be rinsed out 11 . 12 to be open. The fuel used for purging flows out of the reservoir 2 over the supply line 4 on the anode side through the fuel cell 3 and from there via the discharge line 8th through the first valve 11 , the collecting device 10 and the second valve 12 , In this case, the second valve 12 be closed after a predetermined time or at a predetermined event, to prevent against the flow direction R unwanted elements in the collecting device 10 can enter.

Die Sammeleinrichtung 10 ist vorzugsweise ausgebildet, bevorzugt oder sogar ausschließlich den Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, zu speichern, sodass der Brennstoff beim Spülvorgang nicht oder verringert durch das zweite Ventil 12 verloren geht. Lediglich unerwünschte und nicht durch die Sammeleinrichtung 10 gespeicherte Elemente, etwa Inertgase wie Stockstoff, werden durch das zweite Ventil 12 abgeleitet. The collecting device 10 is preferably designed, preferably or even exclusively, to store the fuel, for example hydrogen, so that the fuel during the flushing process is not reduced or reduced by the second valve 12 get lost. Only unwanted and not by the collector 10 stored elements, such as inert gases such as nitrogen, are passed through the second valve 12 derived.

Ist der Spülvorgang beendet, kann der normale Betrieb der Stromerzeugervorrichtung 1 wieder aufgenommen werden. Alternativ kann nun oder auch zu einem späteren Zeitpunkt der in der Sammeleinrichtung 10 gespeicherte Brennstoff der Brennstoffzelle 3 erneut zugeführt werden. Um den Brennstoff freizusetzen, weist die Sammeleinrichtung 10 ein Mittel 19 und beispielsweise eine Heizvorrichtung zum Beheizen eines in der Sammeleinrichtung 10 vorgesehenen Speichermittels auf. Erreicht das Speichermittel eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise 200 °C, so setzt es den Brennstoff frei. Ist das erste Ventil 11 geöffnet, so kann der Brennstoff über die Rückführleitung 7 zurück zur Zuführöffnung 5 strömen. Optional kann die Pumpe 15 den Brennstoff durch die Rückführleitung 7 in Richtung auf die Zuführöffnung 5 zu pumpen. When the purging operation is completed, the normal operation of the power generator device 1 be resumed. Alternatively, now or at a later time in the collection device 10 stored fuel of the fuel cell 3 be fed again. To release the fuel, points the collector 10 a means 19 and, for example, a heater for heating one in the collector 10 provided storage means on. When the storage means reaches a predetermined temperature, for example 200 ° C., it releases the fuel. Is the first valve 11 open, so the fuel can through the return line 7 back to the feed opening 5 stream. Optionally, the pump 15 the fuel through the return line 7 towards the feed opening 5 to pump.

Selbst wenn das erste Ventil 11 nicht gesteuert geöffnet ist, kann der Brennstoff aus der Sammeleinrichtung 10 in Richtung auf die Rückführleitung 7 strömen, wenn ein Druckunterschied zwischen der Sammeleinrichtung 10 und der Abzweigstelle 9 groß genug ist. Der Druckunterschied entspricht einer Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck innerhalb der Sammeleinrichtung 10 und einem durch die Pumpe 15 erzeugtem Unterdruck, beispielsweise an der Abzweigstelle 9. Der Betrieb der Stromerzeugervorrichtung 1 ist somit einfach realisierbar, wobei der gespeicherte Brennstoff im normalen Betrieb der Stromerzeugervorrichtung 1 freigesetzt und der Brennstoffzelle 3 zugeführt werden kann, ohne dass ein Öffnen des ersten Ventils 11 zeitlich gesteuert werden braucht. Even if the first valve 11 not open controlled, the fuel from the collector can 10 towards the return line 7 flow when there is a pressure difference between the collector 10 and the branch office 9 is big enough. The pressure difference corresponds to a pressure difference between the fuel pressure within the collector 10 and one through the pump 15 generated negative pressure, for example at the branch point 9 , The operation of the power generation device 1 is thus easily feasible, wherein the stored fuel during normal operation of the power generator device 1 released and the fuel cell 3 can be supplied without opening the first valve 11 needs to be timed.

Eingangsseitig und ausgangsseitig der Brennstoffzelle 3 kann die Stromerzeugervorrichtung 1 Messmittel 20, 21 für Temperatur und Druck des Brennstoffs beziehungsweise des Anodenabgases aufweisen, um den Betrieb der Brennstoffzelle 3 optimal steuern zu können. On the input side and output side of the fuel cell 3 can the power generator device 1 measuring Equipment 20 . 21 for temperature and pressure of the fuel or the anode exhaust gas to the operation of the fuel cell 3 to control optimally.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. 2 shows a first embodiment of a method according to the invention schematically as a flowchart. For elements that function and / or structure the elements of the embodiment of 1 correspond, the same reference numerals are used.

2 zeigt das Verfahren 30 zum Betreiben der Stromerzeugervorrichtung 1 mit der Brennstoffzelle 3 schematisch als ein Flussdiagramm. In einem ersten Verfahrensschritt 31 startet das Verfahren 30. Beispielsweise wird im Verfahrensschritt 31 die Stromerzeugervorrichtung 1 in Betrieb genommen. 2 shows the procedure 30 for operating the power generating device 1 with the fuel cell 3 schematically as a flowchart. In a first process step 31 starts the procedure 30 , For example, in the process step 31 the power generation device 1 put into operation.

In einem auf den Verfahrensschritt 31 folgenden zweiten Verfahrensschritt 32 wird entschieden, ob ein Spülvorgang der Brennstoffzelle 3 und insbesondere ein anodenseitiger Spülvorgang der Brennstoffzelle 3 gestartet werden soll. Soll der Spülvorgang nicht gestartet werden, so folgt wie durch den Pfeil 33 angedeutet der Verfahrensschritt 34, der einen normalen Betriebszustand der Stromerzeugervorrichtung 1 darstellt. Soll der Spülvorgang gestartet werden, etwa um der Brennstoffzelle 3 anodenseitig zur Inbetriebnahme Brennstoff zuzuführen oder um unerwünschte Elemente anodenseitig aus der Brennstoffzelle 3 herauszuspülen, folgt auf den Verfahrensschritt 32 der Verfahrensschritt 35, bei dem der Spülvorgang gestartet wird. In one on the process step 31 following second process step 32 it is decided whether a purging of the fuel cell 3 and in particular an anode-side rinsing process of the fuel cell 3 should be started. If you do not want to start the flushing process, follow the arrow 33 indicated the process step 34 , the normal operating state of the power generator device 1 represents. If the flushing process to be started, about the fuel cell 3 on the anode side to put into operation fuel or unwanted elements on the anode side of the fuel cell 3 flush out, follows the process step 32 the process step 35 in which the flushing process is started.

In einem auf den Verfahrensschritt 35 folgenden Verfahrensschritt 37 werden beispielsweise die Ventile 11, 12 geöffnet, sodass das Spülgas und insbesondere der zum Spülen verwendete Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, durch die Brennstoffzelle 3 hindurch und zum Strömungspfad P strömen kann. Der durch die Brennstoffzelle 3 hindurchgeströmte Brennstoff erreicht, nachdem er das erste Ventil 11 passiert hat, die Sammeleinrichtung 10. Dort wird der Brennstoff zumindest teilweise und vorzugsweise sogar vollständig gespeichert und hierdurch von womöglich anodenseitig in der Brennstoffzelle 3 vorhandenen ungewünschten Elementen, etwa Stickstoff oder kondensiertes Wasser, getrennt. Die ungewünschten Elemente können durch das geöffnete zweite Ventil 12 weiterströmen. In one on the process step 35 following process step 37 For example, the valves 11 . 12 open, so that the purge gas and in particular the fuel used for purging, for example hydrogen, through the fuel cell 3 through and to the flow path P can flow. The fuel cell 3 passed through the fuel after it has the first valve 11 has happened, the collection device 10 , There, the fuel is at least partially and preferably even completely stored and thereby possibly of the anode side in the fuel cell 3 existing undesirable elements, such as nitrogen or condensed water, separated. The unwanted elements can through the opened second valve 12 continue to flow.

Ist die Brennstoffzelle 3 anodenseitig ausreichend gespült worden, beginnt der auf den Verfahrensschritt 37 folgende Verfahrensschritt 38, der durch Schließen zumindest des zweiten Ventils 12 und optional auch des ersten Ventils 11 den Spülvorgang beendet. Bereits jetzt kann wie durch den gestrichelten Pfeil 39 angedeutet, die Stromerzeugervorrichtung 1 in ihren normalen Betriebszustand 34 zurückkehren. Der Spülvorgang S kann also die Verfahrensschritte 35 bis 38 umfassen.Is the fuel cell 3 the anode side has been sufficiently rinsed, the beginning of the process step 37 following process step 38 by closing at least the second valve 12 and optionally also the first valve 11 the flushing process ended. Already can be like the dashed arrow 39 indicated the power generator device 1 in their normal operating condition 34 to return. The flushing process S can thus the process steps 35 to 38 include.

Um den gespeicherten Brennstoff freizusetzen, wird das Speichermittel der Sammeleinrichtung 10 beispielsweise durch das Mittel zum Beheizen 19 erwärmt, bis es eine vorbestimmte Temperatur von beispielsweise 200 °C erreicht. Dieses Erwärmen ist durch den Verfahrensschritt 40 dargestellt. Ist das Speichermittel im Verfahrensschritt 40 ausreichend erwärmt, wird im Verfahrensschritt 41 der gespeicherte Brennstoff freigesetzt und zur Brennstoffzelle 3 zurückgeleitet. Um den Brennstoff aus der Sammeleinrichtung 10 zurück zur Zuführöffnung 5 der Brennstoffzelle 3 strömen zu lassen, kann das erste Ventil 11 gesteuert werden, zu öffnen. Eine gesonderte Steuerung des ersten Ventils 11 kann unnötig sein, wenn das erste Ventil 11 als ein steuerbares Rückschlagventil ausgebildet ist. Ist ein Druckunterschied zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite des Ventils groß genug, so kann der freigesetzte Brennstoff das erste Ventil 11 aufdrücken und durch das aufgedrückte Ventil zurück zur Zuführöffnung 5 der Brennstoffzelle 3 strömen. Während oder nachdem der Brennstoff freigesetzt und zur Brennstoffzelle 3 zurückgeleitet wurde, kann die Stromerzeugervorrichtung 1 zum normalen Betriebszustand 34 zurückkehren oder bereits in diesem betrieben sein. To release the stored fuel, the storage means becomes the collector 10 for example, by the means for heating 19 heated until it reaches a predetermined temperature of, for example, 200 ° C. This heating is through the process step 40 shown. Is the storage means in the process step 40 heated sufficiently, is in the process step 41 the stored fuel is released and to the fuel cell 3 returned. To get the fuel from the collector 10 back to the feed opening 5 the fuel cell 3 can flow, the first valve 11 be controlled to open. A separate control of the first valve 11 may be unnecessary if the first valve 11 is designed as a controllable check valve. If a pressure difference between an input side and an output side of the valve is large enough, the released fuel may be the first valve 11 Press down and push the valve back to the feed opening 5 the fuel cell 3 stream. During or after the fuel is released and to the fuel cell 3 has returned, the power generator device 1 to the normal operating condition 34 return or already be operated in this.

Sowohl während des normalen Betriebszustandes 34 als auch beim Spülvorgang S kann die Stromerzeugervorrichtung 1 elektrischen Strom erzeugen.Both during normal operation 34 as well as the flushing process S, the power generator device 1 generate electricity.

Wie durch den Pfeil 42 dargestellt, kann während des normalen Betriebszustands 34 regelmäßig oder bei vorbestimmten Ereignissen im Verfahrensschritt 32 überprüft werden, ob der Spülvorgang gestartet werden soll. Ferner kann der normale Betriebszustand 34 wie durch den Pfeil 43 dargestellt, in einem Verfahrensschritt 44 beendet werden, beispielsweise wenn der Betrieb der Stromerzeugervorrichtung 1 beendet wird. As by the arrow 42 shown during normal operation 34 regularly or at predetermined events in the process step 32 be checked whether the flushing process should be started. Furthermore, the normal operating state 34 as by the arrow 43 represented, in a process step 44 be terminated, for example, when the operation of the power generator device 1 is ended.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Stromerzeugervorrichtung Power generator device
22: Speicher Storage
33: Brennstoffzelle fuel cell
44: Versorgungsleitung supply line
55: Zuführöffnung feed
66: Abführöffnung discharge opening
77: Rückführleitung Return line
88th: Abführleitung discharge
99: Abzweigstelle branching point
1010: Sammeleinrichtung collecting device
1111: erstes Ventil first valve
1212: zweites Ventil second valve
1313: Anschlagelement stop element
1414: Verschlusselement closure element
1515: Pumpe pump
1616: Treiböffnung blowing opening
1717: Austrittsöffnung outlet opening
1818: Saugöffnung suction opening
1919: Mittel zum Heizen Means for heating
20, 2120, 21: Messmittel measuring Equipment
3030: Verfahren method
3131: Start begin
3232: Spülvorgang starten? Start rinsing process?
3333: nein No
3434: normaler Betriebszustand normal operating state
3535: Start Spülvorgang Start flushing process
3737: Ventile öffnen Open valves
3838: Ventile schließen Close valves
3939: zurück zum normalen Betriebszustand back to the normal operating state
4040: Sammelmittel erwärmen Heat collection media
4141: Brennstoff freisetzen Release fuel
4242: Pfeil arrow
4343: Pfeil arrow
4444: Ende The End
PP: Strömungspfad flow path
RR: Strömungsrichtung flow direction
SS: Spülvorgang flushing

Claims

Power generating device ( 1 ) for generating an electric current by a chemical reaction of a fuel with oxygen, with a fuel cell ( 3 ), the input side, a feed opening ( 5 ) for supplying the in a memory ( 2 ) provided fuel to an anode of the fuel cell ( 3 ) and the output side a discharge opening ( 6 ) for discharging an anode exhaust gas of the fuel cell ( 3 ), characterized by a collecting device ( 10 ) for the fuel, the discharge opening ( 6 ) Fluid is connected downstream and which is adapted to store fuel repeatedly and release.

Power generating device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the collecting device ( 10 ) along a flow path (P) of the anode exhaust gas between two controllable valves ( 11 . 12 ) is arranged.

Power generating device ( 1 ) according to claim 2, characterized in that a first ( 11 ) of the valves between the discharge opening ( 6 ) and the collection facility ( 10 ) is arranged and designed as a controllable check valve.

Power generating device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the collecting device ( 10 ) comprises a storage means adapted to store the fuel chemically or physically in dependence on its pressure and / or temperature.

Power generating device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the storage means comprises a hydride-forming component and a catalytic component, in particular scandium or a scandium compound.

Power generating device ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the storage means comprises a carbonaceous or zeolite-containing material.

Power generating device ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the collecting device ( 10 ) comprises a fuel permeable polymer matrix in which the storage means is embedded.

Power generating device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the collecting device ( 10 ) Medium ( 19 ) for heating the same.

Procedure ( 30 ) for operating a power generation device ( 1 ) with a fuel cell ( 3 ), in which the fuel cell ( 3 ) is rinsed on the anode side, characterized in that during purging (S) from the fuel cell ( 3 ) discharged fuel is at least partially collected and after rinsing (S) of the fuel cell ( 3 ) at least partially recycled ( 41 ) becomes.

Procedure ( 3 ) according to claim 9, characterized in that the fuel depending on operating conditions of the fuel cell ( 3 ) this is fed again.