DE102014207450A1 - Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

Info

Publication number
DE102014207450A1
DE102014207450A1 DE102014207450.9A DE102014207450A DE102014207450A1 DE 102014207450 A1 DE102014207450 A1 DE 102014207450A1 DE 102014207450 A DE102014207450 A DE 102014207450A DE 102014207450 A1 DE102014207450 A1 DE 102014207450A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
purge gas
gas supply
cathode gas
conveyor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014207450.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Johannes Schmid
Norbert Frisch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102014207450.9A priority Critical patent/DE102014207450A1/de
Priority to PCT/EP2015/055309 priority patent/WO2015158478A1/de
Priority to CN201580004292.9A priority patent/CN105917509B/zh
Publication of DE102014207450A1 publication Critical patent/DE102014207450A1/de
Priority to US15/227,048 priority patent/US10236524B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04253—Means for solving freezing problems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04835—Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04843—Humidity; Water content of fuel cell exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle. Das Verfahren ist durch den Schritt des Saugens von Spülgas durch die Brennstoffzelle mittels Unterdruck gekennzeichnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle zur Reduktion des Wassergehalts in der Brennstoffzelle sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer in umgekehrter Förderrichtung betriebenen Fördervorrichtung in einer eine Brennstoffzelle umfassenden Vorrichtung.
  • Für einen erfolgreichen Froststart eines Brennstoffzellensystems ist es notwendig eine in einer Brennstoffzelle oder in einem Brennstoffzellenstack des Brennstoffzellensystems enthaltene Wassermenge zu reduzieren, um darin ein Einfrieren des Wassers zu verhindern und eine Wärmekapazität des Brennstoffzellensystems zu senken. Hierzu wird im Stand der Technik das Brennstoffzellensystem beim Abschalten trockengeblasen. Aufgrund der im Brennstoffzellensystem herrschenden Druckverhältnisse ist dieses Verfahren jedoch ineffizient und eine ausreichende Trocknung des Systems schlecht möglich.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle anzugeben, mittels dessen auf einfache und effiziente Weise eine Wassermenge in der Brennstoffzelle reduziert werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die auch für einen Froststart geeignet ist bzw. die zur Vorbereitung des Froststarts eine Abschaltstrategie berücksichtigt. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Verwendung einer in umgekehrter Förderrichtung betriebenen Fördervorrichtung für eine Brennstoffzelle bzw. ein Brennstoffzellensystem anzugeben.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle erfindungsgemäß durch den Schritt des Saugens von Spülgas durch die Brennstoffzelle mittels Unterdruck gelöst. Durch das Saugen von Spülgas wird gegenüber einem Durchblasen von Spülgas durch die Brennstoffzelle der in der Brennstoffzelle wirkende Absolutdruck verringert. Dadurch wird das in der Brennstoffzelle enthaltene flüssige Wasser bei einer tieferen Temperatur verdampft und somit sehr schnell und einfach eine Trocknung erreicht. Das Spülgas ist im Einzelnen nicht beschränkt. Vorzugsweise wird als Spülgas jedoch Frischluft verwendet, da somit Materialkosten für das Spülgas entfallen und Frischluft nahezu allerorts frei zugänglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Brennstoffzellensysteme mit einer Brennstoffzelle oder mit einem Brennstoffzellenstack bestens geeignet, wobei das Verfahren ohne hohen technischen Aufwand kostengünstig und in kurzer Zeit durchführbar ist.
  • Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Erzeugung des Unterdrucks eine der Brennstoffzelle Kathodengas zuführende Fördervorrichtung in ihrer Förderrichtung umgekehrt. Dies kann am einfachsten elektronisch erfolgen. Damit wird der gesamte Luftpfad der Brennstoffzelle kurzfristig in seiner Förderrichtung umgekehrt. Spülgas, und darunter Frischluft, kann dabei beispielsweise aus einer Umgebung der Brennstoffzelle angesaugt und z. B. über einen Einlassluftfilter zugeführt werden. Die Menge an zu fördernder Frischluft sowie ihr Druckniveau können vorzugsweise über eine Drosselklappe gesteuert werden. Die Fördervorrichtung ist vorzugsweise ein in umgekehrter Richtung betriebener Kompressor, der bei normaler Anwendung der Brennstoffzelle Kathodengas zuführt. Diese Ausgestaltung des Verfahrens erfordert im Wesentlichen keine baulichen Änderungen am Brennstoffzellensystem und ist daher insbesondere im Hinblick auf die Kosten zur Durchführung des Verfahrens bevorzugt.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zur Erzeugung des Unterdrucks eine Förderrichtung in der Brennstoffzelle umgekehrt wird. Dies betrifft insbesondere den Kathodenpfad der Brennstoffzelle. Hierdurch kann die Brennstoffzelle sehr effektiv gespült werden.
  • Weiter vorteilhaft wird Spülgas über eine Brennstoffzellenabgasleitung angesaugt. Da die Brennstoffzellenabgasleitung direkt mit der zu spülenden Brennstoffzelle in Verbindung steht, wird keine separate Spülgaszuführung benötigt, um insbesondere Frischluft aus der Brennstoffzellenumgebung zu fördern. Das Ansaugen kann dabei direkt aus dem Brennstoffzellenabgasauslass oder über eine in die Brennstoffzellenabgasleitung mündende Zuleitung erfolgen.
  • Unter dem Gesichtspunkt einer einfachen Verfahrensführung wird das Spülgas vorzugsweise über einen Brennstoffzellenabgasauslass angesaugt. Der Brennstoffzellenabgasauslass befördert bei Normalbetrieb der Brennstoffzelle, Anodenabgas, Kathodenabgas oder Brennstoffzellenmischabgas, das auch Wasser enthalten kann, in die Umgebung. Somit kann es zwar vorkommen, dass zunächst wasserhaltiges Abgas durch Unterdruck durch die Brennstoffzelle angesaugt wird, jedoch kann bereits in der Brennstoffzellenabgasleitung eine Durchmischung mit angesaugter Frischluft erfolgen, so dass eine schnelle und einfache Trocknung der Brennstoffzelle erzielt wird. Um ein Ansaugen von wasserhaltiger Brennstoffzellenabluft zu reduzieren bzw. zu vermeiden, kann besonders bevorzugt nach dem Abschalten der Brennstoffzelle zunächst für wenige Sekunden, vorzugsweise für 1 bis 10 Sekunden, insbesondere für 2 bis 5 Sekunden, die normale Förderrichtung beibehalten werden, bevor Spülgas über den Brennstoffzellenabgasauslass angesaugt wird.
  • Alternativ oder additiv dazu kann Spülgas über eine in einer Kathodengaszuführung der Brennstoffzelle zusätzlich vorgesehene Spülgaszuführung angesaugt werden. Vorteilhaft hieran ist, dass sofort Frischluft mittels Unterdruck durch die Brennstoffzelle gesaugt werden kann, ohne dass wasserhaltige Brennstoffzellenabluft befördert werden muss. Die Trocknungszeit der Brennstoffzelle wird dadurch reduziert. Für diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fördervorrichtung in Normalrichtung betrieben.
  • Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass das durch die Brennstoffzelle gesaugte Spülgas über eine Kathodengaszuführung ausgefördert wird. Dies fördert ein schnelles Austreiben von nun befeuchtetem Spülgas aus dem Brennstoffzellensystem.
  • Zur weiteren Vereinfachung des Verfahrens wird das durch die Brennstoffzelle gesaugte Spülgas über einen in einer Kathodengaszuführung der Brennstoffzelle vorgesehenen Spülgasauslass ausgefördert.
  • Zur weiteren Verkürzung der Trocknungszeit wird aus der Brennstoffzellenabluft und/oder aus dem Spülgas vor dem Saugen durch die Brennstoffzelle Wasser auskondensiert.
  • Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens angegeben. Die Vorrichtung ist beispielsweise ein Brennstoffzellensystem und umfasst mindestens eine Brennstoffzelle mit einer Kathodengaszuführung zur Zuführung von Kathodengas zu der Brennstoffzelle und einer Brennstoffzellenabgasleitung zur Ausförderung von Anodenabgas, Kathodenabgas oder Brennstoffzellenmischabgas aus der Brennstoffzelle. In der Kathodengaszuführung ist eine Fördervorrichtung vorgesehen, insbesondere ein Kompressor, die eingerichtet ist, Unterdruck in der Brennstoffzelle zu erzeugen und Spülgas durch die Brennstoffzelle zu saugen. Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Saugen von Spülgas anstelle eines Drückens von Spülgas durch die Brennstoffzelle mittels hohem Druck ermöglicht, kann eine Trocknung der Brennstoffzelle innerhalb kürzester Zeit erfolgen und eine Brennstoffzelle mit guten Froststarteigenschaften bereitgestellt werden.
  • Die für das erfindungsgemäße Verfahren dargelegten Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Im Hinblick auf eine einfache Bauteilanordnung ist die Fördervorrichtung eine Kathodengasfördervorrichtung zum Zuführen von Kathodengas zur Brennstoffzelle, die in umgekehrter Förderrichtung betrieben wird. Dies ist durch eine elektronische Steuerung einfach und kostengünstig umsetzbar. Es kann ferner auf zusätzliche Fördervorrichtungen verzichtet und eine Vorrichtung mit einem Minimum an funktionalen Bauteilen bereitgestellt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Vorrichtung ferner eine Spülgaszuführung und/oder einen Spülgasauslass umfasst, die in der Kathodengaszuführung zwischen der Fördervorrichtung und der Brennstoffzelle angeordnet sind. So kann die Fördervorrichtung in normaler Förderrichtung betrieben werden, und dennoch Spülgas mit hoher Effizienz durch die Brennstoffzelle gesaugt werden. Das Betreiben der Fördervorrichtung in üblicher Förderrichtung ist im Hinblick auf die in Förderrichtung ausgelegte geometrische Anordnung der Fördervorrichtungsbauteile (meist Schaufelgeometrie) und eine damit erhöhte Fördermenge besonders vorteilhaft.
  • Weiter vorteilhaft umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste Bypassleitung und/oder eine zweite Bypassleitung, wobei die erste Bypassleitung die Brennstoffzellenabgasleitung und die Kathodengaszuführung stromabwärts der Fördervorrichtung verbindet und wobei die zweite Bypassleitung die Kathodengaszuführung stromabwärts der Fördervorrichtung mit der Kathodengaszuführung stromaufwärts der Fördervorrichtung verbindet. Hierdurch werden unter baulichen Gesichtspunkten einfache Förderwege für das durch die Brennstoffzelle zu saugende Spülgas bereitgestellt, ohne wesentlich in die Architektur der Vorrichtung einzugreifen.
  • Zur Vereinfachung der Steuerung der Flussrichtung des Spülgases sind die erste Bypassleitung und die zweite Bypassleitung über ein Mehrwegeventil miteinander verbunden.
  • Um die für die Trocknung der Brennstoffzelle erforderliche Zeit zu reduzieren, insbesondere bei der Verwendung von durch die Brennstoffzellenabgasleitung angesaugter Frischluft als Spülgas, umfasst die Vorrichtung mindestens einen in der Brennstoffzellenabgasleitung angeordneten Kondenser. Ein Kondenser kann alternativ oder additiv auch am Brennstoffzellenauslass vor Abzweigung der ersten Bypassleitung vorgesehen sein.
  • Erfindungsgemäß wird auch die Verwendung einer in umgekehrter Förderrichtung betriebenen Fördervorrichtung zum Erzeugen von Unterdruck in einer Brennstoffzelle zum Spülen der Brennstoffzelle mit Spülgas beschrieben.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösungen sowie deren Weiterbildungen ergeben sich folgende Vorteile:
    • – Es wird ein einfach umsetzbares und kostengünstiges Verfahren zum Spülen und Trocknen einer Brennstoffzelle bereitgestellt.
    • – Die mindestens eine Brennstoffzelle enthaltende Vorrichtung eignet sich gut für einen Froststart.
    • – Die Vorrichtung kann mit minimalen baulichen Abwandlungen bereitgestellt werden.
    • – Eine Vereinfachung der Verfahrensführung ist selbst ohne bauliche Abwandlung der Vorrichtung lediglich durch Abänderung der elektronischen Steuerung möglich.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
  • 1 einen Ausschnitt einer eine Brennstoffzelle enthaltenden Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 einen Ausschnitt einer eine Brennstoffzelle enthaltenden Vorrichtung gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung,
  • 3 einen Ausschnitt einer eine Brennstoffzelle enthaltenden Vorrichtung gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung und
  • 4 einen Ausschnitt einer eine Brennstoffzelle enthaltenden Vorrichtung gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen im Vergleich zum Stand der Technik im Detail erläutert. In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, alle übrigen Bauteile sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
  • 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung 10, beispielsweise einem Brennstoffzellensystem, die gemäß dem Stand der Technik betrieben wird. Vorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffzelle 1, die an ihrem Eingang mit einer Kathodengaszuführung 2 verbunden ist. Über die Kathodengaszuführung 2 wird mittels einer Fördervorrichtung 3, insbesondere einem Kompressor, Kathodengas zur Brennstoffzelle 1 befördert. Die Fördervorrichtung 3 fördert das Kathodengas dabei so, dass es mit erhöhtem Förderdruck zur Brennstoffzelle 1 gelangt. An einen Brennstoffzellenausgang schließt sich eine Brennstoffzellenabgasleitung 5 an. Am Ende der Brennstoffzellenabgasleitung 5 entweicht das Brennstoffzellenabgas über einen Brennstoffzellenabgasauslass 6 aus der Vorrichtung 10 in die Umgebung. In der Brennstoffzellenabgasleitung 5 kann eine Drosselklappe 4 angeordnet sein, die eine Ausfördermenge an Brennstoffzellenabgas regelt.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Bypassleitung 7, die stromabwärts der Brennstoffzelle 1 von der Brennstoffzellenabgasleitung 5 abzweigt, die Brennstoffzelle 1 umgeht und stromaufwärts der Brennstoffzelle 1 über ein Mehrwegeventil 8 in die Kathodengaszuführung 2 stromabwärts der Fördervorrichtung 3 einmündet.
  • Im Falle des Abschaltens der Vorrichtung 10, also beim so genannten Shut-Down-Vorgang der Brennstoffzelle 1, wird über die Kathodengaszuführung 2 Spülgas durch die in normaler Richtung betriebene Fördervorrichtung 3 zur Brennstoffzelle 1 befördert, die Brennstoffzelle 1 gespült und Spülgas sowie darin enthaltenes Wasser über die Brennstoffzellenabgasleitung 5 und den Brennstoffzellenabgasauslass 6 ausgefördert.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung 20 gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Vorrichtung 20 ist identisch zu Vorrichtung 10 aus 1 aufgebaut, umfasst also sämtliche Bauteile in analoger Anordnung. Lediglich die Fördervorrichtung 3 wird in umgekehrter Förderrichtung betrieben. Dies kann elektronisch gesteuert werden, so dass keine baulichen Maßnahmen an der Vorrichtung 20 durchgeführt werden müssen, um einen effektiven Spüleffekt zu erzielen. Die Fördervorrichtung 3 erzeugt somit einen Unterdruck. Durch den Unterdruck wird über den Brennstoffzellenabgasauslass 6 Frischluft angesaugt und durch die Brennstoffzellenabgasleitung 5 und durch die Brennstoffzelle 1 gefördert. Dadurch wird die Brennstoffzelle 1 mit Frischluft gespült und in der Brennstoffzelle 1 enthaltenes Wasser daraus entfernt. Das durch das in der Brennstoffzelle 1 enthaltene Wasser befeuchtete Spülgas wird über die Kathodengaszuführung 2 ausgefördert. Über die Drosselklappe 4 kann die Menge an Spülgas und das Druckniveau in der Brennstoffzelle 1 gezielt gesteuert werden.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Vorrichtung 30 gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Hier wird die Fördervorrichtung 3 in aus dem Stand der Technik bekannter normaler Förderrichtung betrieben. Die stromaufwärtige Richtung der Fördervorrichtung 3 ist mit ihrer stromabwärtigen Richtung durch eine zweite Bypassleitung 13 verbunden. Die Bypassleitung 13 ist durch zwei Mehrwegeventile 11 und 12 an die Kathodengaszuführung 2 angeschlossen. Am Mehrwegeventil 11 ist ein Spülgasauslass 9 vorgesehen, über den befeuchtetes, durch die Brennstoffzelle 1 gesaugtes Spülgas ausgefördert werden kann.
  • Wie bereits für die Vorrichtung 20 aus 2 beschrieben, wird über den Brennstoffzellenabgasauslass 6 Frischluft durch den durch die Fördervorrichtung 3 erzeugten Unterdruck angesaugt und über die Brennstoffzellenabgasleitung 5 durch die Brennstoffzelle 1 gefördert. Alternativ dazu kann in der Brennstoffzellenabgasleitung 5 auch eine separate Spülgaszuführung (nicht gezeigt) angeordnet sein, über die Frischluft eingesaugt werden kann.
  • Die Brennstoffzelle 1 kann so mit Frischluft gespült und in der Brennstoffzelle 1 enthaltenes Wasser daraus entfernt werden. Das durch das in der Brennstoffzelle 1 enthaltene Wasser befeuchtete Spülgas wird über die Kathodengaszuführung 2 geleitet und am Mehrwegeventil 11 einer zweiten Bypassleitung 13 zugeführt. Über das Mehrwegeventil 12 gelangt das befeuchtete Spülgas in die Kathodengaszuführung 2, wird durch die Fördervorrichtung 3 geführt und über das Mehrwegeventil 11 durch den Spülgasauslass 9 ausgeschleust. Über die Drosselklappe 4 kann die Menge an Spülgas und das Druckniveau in der Brennstoffzelle 1 gezielt geregelt werden.
  • In der Brennstoffzellenabluftleitung 5 kann bzw. können Kondenser 16, 17 angeordnet sein, durch die Wasser aus der über die Brennstoffzellenabgasleitung 5 angesaugte Frischluft vor dem Durchgang durch die Brennstoffzelle 1 entfeuchtet werden kann. Das durch die Brennstoffzelle 1 zu saugende Spülgas ist somit vorgetrocknet und kann eine größere Menge an Wasser aufnehmen, was den Trocknungsvorgang der Brennstoffzelle 1 beschleunigt.
  • Die in 4 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung 40 unterscheidet sich von Vorrichtung 30 aus 3 darin, dass die erste Bypassleitung 7 und die zweite Bypassleitung 13 über ein Mehrwegeventil 15 miteinander koppelbar sind. Des Weiteren ist in der Kathodengaszuführung 2 eine Spülgaszuführung 14 vorgesehen, über die Spülgas, und insbesondere Frischluft, eingesaugt werden kann. Die Drosselklappe 4 wird hierzu geschlossen. Die in normaler Förderrichtung betriebene Fördervorrichtung 3 saugt somit über die Spülgaszuführung 14 Spülgas durch die Brennstoffzelle 1. Das durch das in der Brennstoffzelle 1 enthaltene und daraus ausgetriebene Wasser befeuchtete Spülgas wird über die erste Bypassleitung 7 und die zweite Bypassleitung 13 und die Fördervorrichtung 3 in die Kathodengaszuführung 2 gesaugt und am Mehrwegeventil 11 in den Spülgasauslass 9 abgeleitet.
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennstoffzelle
    2
    Kathodengaszuführung
    3
    Fördervorrichtung
    4
    Drosselklappe
    5
    Brennstoffzellenabgasleitung
    6
    Brennstoffzellenabgasauslass
    7
    erste Bypassleitung
    8
    Mehrwegeventil
    9
    Spülgasauslass
    10
    Vorrichtung
    11
    Mehrwegeventil
    12
    Mehrwegeventil
    13
    zweite Bypassleitung
    14
    Spülgaszuführung
    15
    Mehrwegeventil
    16
    Kondenser
    17
    Kondenser
    20
    erfindungsgemäße Vorrichtung
    30
    erfindungsgemäße Vorrichtung
    40
    erfindungsgemäße Vorrichtung

Claims (10)

  1. Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle (1), gekennzeichnet durch den Schritt des Saugens von Spülgas durch die Brennstoffzelle (1) mittels Unterdruck.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Unterdrucks eine der Brennstoffzelle (1) Kathodengas zuführende Fördervorrichtung (3), insbesondere ein Kompressor, in ihrer Förderrichtung umgekehrt wird und/oder dass zur Erzeugung des Unterdrucks eine Förderrichtung in der Brennstoffzelle (1) umgekehrt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Spülgas über eine Brennstoffzellenabgasleitung (5), insbesondere über einen Brennstoffzellenabgasauslass (6), angesaugt wird oder dass Spülgas über eine in einer Kathodengaszuführung (2) der Brennstoffzelle (1) vorgesehene Spülgaszuführung (14) angesaugt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Brennstoffzelle (1) gesaugte Spülgas über eine Kathodengaszuführung (2) ausgefördert wird und/oder dass das durch die Brennstoffzelle (1) gesaugte Spülgas über einen in einer Kathodengaszuführung (2) der Brennstoffzelle (1) vorgesehenen Spülgasauslass (9) ausgefördert wird und/oder dass aus der Brennstoffzellenabluft und/oder aus dem Spülgas vor dem Saugen durch die Brennstoffzelle (1) Wasser auskondensiert wird.
  5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Brennstoffzelle (1) mit einer Kathodengaszuführung (2) und einer Brennstoffzellenabgasleitung (5), wobei in der Kathodengaszuführung (2) eine Fördervorrichtung (3), insbesondere ein Kompressor, angeordnet ist, die eingerichtet ist, Unterdruck in der Brennstoffzelle (1) zu erzeugen und Spülgas durch die Brennstoffzelle (1) zu saugen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung eine Fördervorrichtung (3) zum Zuführen von Kathodengas zur Brennstoffzelle (1) ist, die in umgekehrter Förderrichtung betrieben wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Spülgaszuführung (14) und/oder einen Spülgasauslass (9), die in der Kathodengaszuführung (2) zwischen der Fördervorrichtung (3) und der Brennstoffzelle (1) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Bypassleitung (7) und/oder eine zweite Bypassleitung (13) umfasst, wobei die erste Bypassleitung (7) die Brennstoffzellenabgasleitung (5) und die Kathodengaszuführung (2) stromabwärts der Fördervorrichtung (3) verbindet und wobei die zweite Bypassleitung (13) die Kathodengaszuführung (2) stromabwärts der Fördervorrichtung (3) mit der Kathodengaszuführung (2) stromaufwärts der Fördervorrichtung (3) verbindet, wobei insbesondere die erste Bypassleitung (7) und die zweite Bypassleitung (13) über ein Mehrwegeventil (15) miteinander verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner umfassend mindestens einen in der Brennstoffzellenabgasleitung (5) angeordneten Kondenser (16, 17).
  10. Verwendung einer in umgekehrter Förderrichtung betriebenen Fördervorrichtung (3) zum Erzeugen von Unterdruck in einer Brennstoffzelle (1) zum Spülen der Brennstoffzelle (1) mit Spülgas.
DE102014207450.9A 2014-04-17 2014-04-17 Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Withdrawn DE102014207450A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014207450.9A DE102014207450A1 (de) 2014-04-17 2014-04-17 Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
PCT/EP2015/055309 WO2015158478A1 (de) 2014-04-17 2015-03-13 Verfahren zum spülen einer brennstoffzelle sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens
CN201580004292.9A CN105917509B (zh) 2014-04-17 2015-03-13 用于吹扫燃料电池的方法以及用于实施该方法的装置
US15/227,048 US10236524B2 (en) 2014-04-17 2016-08-03 Method for purging a fuel cell and device for carrying out said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014207450.9A DE102014207450A1 (de) 2014-04-17 2014-04-17 Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014207450A1 true DE102014207450A1 (de) 2015-10-22

Family

ID=52686358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014207450.9A Withdrawn DE102014207450A1 (de) 2014-04-17 2014-04-17 Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10236524B2 (de)
CN (1) CN105917509B (de)
DE (1) DE102014207450A1 (de)
WO (1) WO2015158478A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018208987A1 (de) * 2018-06-07 2019-12-12 Audi Ag Spülsystem für ein Gehäuse und Brennstoffzellensystem
WO2021228915A3 (de) * 2020-05-15 2021-12-23 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Brennstoffzellensystem

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112701327B (zh) * 2020-12-29 2021-11-30 浙江高成绿能科技有限公司 一种风冷式燃料电池吹扫系统及其关机方法
CN116072926A (zh) * 2022-10-29 2023-05-05 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种乘用车燃料电池负压吹扫空气系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10354907A1 (de) * 2002-11-26 2004-06-24 Denso Corp., Kariya Brennstoffzellensystem mit verbesserter Startfähigkeit
DE10314820A1 (de) * 2003-04-01 2004-12-02 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
JP2005259458A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Fuji Heavy Ind Ltd 燃料電池システム
DE602004000440T2 (de) * 2003-05-28 2006-08-31 Renault S.A.S. Brennstoffzellen-Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Auftauen einer Brennstoffzelle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3807674B2 (ja) * 2002-10-01 2006-08-09 本田技研工業株式会社 排出燃料希釈器
US6984464B2 (en) * 2003-08-06 2006-01-10 Utc Fuel Cells, Llc Hydrogen passivation shut down system for a fuel cell power plant
US20050142399A1 (en) * 2003-12-31 2005-06-30 Kulp Galen W. Procedure for starting up a fuel cell using a fuel purge
KR20080046025A (ko) * 2006-11-21 2008-05-26 현대자동차주식회사 연료전지 스택의 작동 유체 배출장치 및 그 제어 방법
JP4332568B2 (ja) * 2007-04-03 2009-09-16 本田技研工業株式会社 移動装置
US8057942B2 (en) * 2007-10-18 2011-11-15 GM Global Technology Operations LLC Assisted stack anode purge at start-up of fuel cell system
WO2009085034A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Utc Power Corporation Combustion of hydrogen in fuel cell cathode upon startup
JP2012163341A (ja) * 2011-02-03 2012-08-30 Honda Motor Co Ltd 水素検出システム
US8900766B2 (en) * 2012-09-28 2014-12-02 GM Global Technology Operations LLC Automated cold storage protection for a fuel cell system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10354907A1 (de) * 2002-11-26 2004-06-24 Denso Corp., Kariya Brennstoffzellensystem mit verbesserter Startfähigkeit
DE10314820A1 (de) * 2003-04-01 2004-12-02 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
DE602004000440T2 (de) * 2003-05-28 2006-08-31 Renault S.A.S. Brennstoffzellen-Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Auftauen einer Brennstoffzelle
JP2005259458A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Fuji Heavy Ind Ltd 燃料電池システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018208987A1 (de) * 2018-06-07 2019-12-12 Audi Ag Spülsystem für ein Gehäuse und Brennstoffzellensystem
WO2021228915A3 (de) * 2020-05-15 2021-12-23 Cellcentric Gmbh & Co. Kg Brennstoffzellensystem

Also Published As

Publication number Publication date
US20160344047A1 (en) 2016-11-24
US10236524B2 (en) 2019-03-19
CN105917509A (zh) 2016-08-31
WO2015158478A1 (de) 2015-10-22
CN105917509B (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009121561A1 (de) Brennstoffzelleneinrichtung und verfahren zum betreiben einer brennstoffzelleneinrichtung
DE102014207450A1 (de) Verfahren zum Spülen einer Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP2609310B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur reinigung von verkokten hohlräumen, insbesondere von einlasskanälen und ventilen eines verbrennungsmotors
DE102011114797A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
WO2013152836A1 (de) Anodenkreislauf für eine brennstoffzelle
EP2216529A1 (de) Verfahren zum Spülen eines Abschnitts eines Brennstoffsystems einer Gasturbine
DE102014201169A1 (de) Verfahren zum Trockenblasen einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellensystem
DE102015015005A1 (de) Verfahren zum Spülen eines Brennstoffzellensystems
DE102020128035A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE10048439A1 (de) Dampfturbinenanlage und Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbinenanlage
DE102007026004A1 (de) Brennstoffkreislauf eines Brennstoffzellensystems und Verfahren zum Betreiben desselben
DE102016010450A1 (de) Flüssigkeitsabscheider und seine Verwendung
WO2017125178A1 (de) Gasturbine mit wet-compression-einrichtung zur einbringung einer tensidischen flüssigkeitsmischung
WO2016000978A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung mit wasser übertragendem anodengaspfad und verfahren zum betreiben einer brennstoffzelle
DE102020127726A1 (de) Brennstoffzellensystem und Spülverfahren dafür
AT520600A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen von Schüttgut
DE202020105020U1 (de) Luftkanalbefeuchter
DE102011114716A1 (de) Gasstrahlpumpe zur Förderung eines Hauptgasstroms
DE102020208834A1 (de) Anodensubsystem für ein Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellensystem
DE102011116856A1 (de) Gasversorgungsvorrichtung
DE102020113991A1 (de) Brennstoffzellensystem mit einem kathodenseitigen Flüssigkeitsreservoir und Kraftfahrzeug
AT523896A1 (de) Prüfstandsystem zum Prüfen von zumindest einer Brennstoffzelle
DE102018216263A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung und Kraftfahrzeug mit einer solchen
DE102011114798A1 (de) Gasstrahlpumpe mit wenigstens einer Düse
DE102020209211A1 (de) Verfahren zur Bereitstellung eines flüssigen Arbeits-Schaummittels und Schaumzubereitungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000

Ipc: H01M0008048280