DE102014214420A1 - Redox fuel cell system and method of operating a redox fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Redox-Brennstoffzellensystem 10, mit mindestens einer Redox-Brennstoffzelle und mindestens einen Regenerator 60. Die mindestens eine Redox-Brennstoffzelle umfasst eine Anode 20 und eine Kathode 30, die durch einen ionenselektiven Separator 40 getrennt sind. Die Anode 20 weist eine Zufuhr 22 für einen Brennstoff auf. Der mindestens eine Regenerator 60 dient zur Regeneration einer nichtflüchtigen Katholytlösung L durch ein Oxidationsmittel. Die Kathode 30 und der Regenerator 60 sind durch ein Fluidleitungsystem 100, 110 verbunden, so dass die Katholytlösung L zwischen der Kathode 30 und dem Regenerator 60 zirkulieren kann. Das Fluidleitungssystem 100, 110 weist mindestens einen Oxidationsmitteleinlass 120, 120', 120'' auf, durch den das Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem 100, 110 strömt.The invention relates to a redox fuel cell system 10, comprising at least one redox fuel cell and at least one regenerator 60. The at least one redox fuel cell comprises an anode 20 and a cathode 30, which are separated by an ion-selective separator 40. The anode 20 has a supply 22 for a fuel. The at least one regenerator 60 serves to regenerate a nonvolatile catholyte solution L by an oxidizing agent. The cathode 30 and the regenerator 60 are connected by a fluid line system 100, 110 so that the catholyte solution L can circulate between the cathode 30 and the regenerator 60. The fluid conduit system 100, 110 includes at least one oxidant inlet 120, 120 ', 120 "through which the oxidant flows into the fluid conduit system 100, 110.
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Redox-Brennstoffzellensystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Redox-Brennstoffzellensystems.The present application relates to a redox fuel cell system and a method of operating a redox fuel cell system.
Brennstoffzellensysteme für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Beispielsweise wird in einer solchen Brennstoffzelle Wasserstoff als Brennstoff und Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet. Das Reaktionsprodukt der Reaktion in der Brennstoffzelle ist beispielsweise Wasser. Die Gase werden dabei in entsprechende Diffusionselektroden gespeist, die durch einen festen oder flüssigen Elektrolyten voneinander getrennt werden. Der Elektrolyt transportiert geladene Ionen zwischen den beiden Elektroden. In einem indirekten oder Redox-Brennstoffzellensystem reagiert das Oxidationsmittel (und/oder der Brennstoff in manchen Fällen) nicht direkt an der Kathode (Anode für Brennstoff). Vielmehr reagiert eine reduzierte Form (oxidierte Form für Brennstoff) eines Redox-Paares an einer Stelle beabstandet von der Kathode (Anode für Brennstoff), um oxidiert zu werden (reduziert zu werden für Brennstoff). Diese oxidierte Form (reduzierte Form für Brennstoff) des Redox-Paares wird dann der Kathode (Anode für Brennstoff) zugeführt. Aus der
Bei solchen Redox-Systemen sowie auch bei herkömmlichen Systemen tritt das Problem auf, dass die Brennstoffzelle für den Transport des Oxidationsmittels zum Regenerator relativ viel Leistung bereitstellen muss (vgl.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, die vorgenannten Nachteile zu verringern bzw. zu beheben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen dar.It is an object of the present application to reduce or remedy the aforementioned disadvantages. The object of the present invention is achieved by the subject matter of patent claim 1. The dependent claims represent advantageous embodiments.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ein Redox-Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Redox-Brennstoffzelle. Die Redox-Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die insbesondere durch einen ionenselektiven Separator getrennt sind. Die Anode weist eine Zufuhr für einen Brennstoff zur Anode auf. Mit anderen Worten ist die Anode bei Betrieb des Redox-Brennstoffzellensystem in Fluidverbindung mit einem Brennstoffreservoir. Bevorzugte Brennstoffe für das Redox-Brennstoffzellensystem sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode weist beispielsweise eine Zufuhr für Katholytlösung zur Kathode auf. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind: Nafion®, Flemion® und Aciplex®. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Wasserstoff und Peroxide. Als Redox-Paar kann bspw. ein Polyoxometallat (POM) und/oder als Lösungsmittel der Katholytlösung kann beispielsweise Wasser eingesetzt werden. Mehrere Redox-Brennstoffzellen können zu einem Stapel bzw. Stack zusammengefasst sein.The technology disclosed herein includes a redox fuel cell system having at least one redox fuel cell. The redox fuel cell comprises an anode and a cathode, which are separated in particular by an ion-selective separator. The anode has a supply for a fuel to the anode. In other words, during operation of the redox fuel cell system, the anode is in fluid communication with a fuel reservoir. Preferred fuels for the redox fuel cell system are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode has, for example, a supply of catholyte solution to the cathode. The ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM). Preferably, a cation-selective polymer electrolyte membrane is used. Materials for such a membrane include Nafion ®, Flemion ® and Aciplex ®. Preferred oxidizing agents are, for example, air, hydrogen and peroxides. As a redox couple, for example, a polyoxometalate (POM) and / or as a solvent of the catholyte solution, for example, water can be used. Several redox fuel cells can be combined to form a stack.
Ferner kann das Redox-Brennstoffzellensystem mindestens einen Regenerator zur Regeneration einer unter Betriebsbedingungen nichtflüchtigen Katholytlösung aufweisen, wobei die Kathode und der Regenerator fluidverbunden sind, insbesondere derart, dass die Katholytlösung zwischen der Kathode und dem Regenerator in einem Kreislauf zirkulieren kann. Der Regenerator ist bevorzugt separat und beabstandet von der Kathode angeordnet.Further, the redox fuel cell system may include at least one regenerator for regenerating a non-volatile catholyte solution under operating conditions, wherein the cathode and the regenerator are fluidly coupled, in particular such that the catholyte solution may circulate between the cathode and the regenerator. The regenerator is preferably separate and spaced from the cathode.
Ein Redox-Brennstoffzellensystem umfasst die mindestens eine Redox-Brennstoffzelle sowie die peripheren Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Redox-Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Figurenbeschreibung wird beispielsweise vereinfachend ein System mit einer Brennstoffzelle und einem Regenerator gezeigt. Sofern eine Systemkomponente nachstehend in der Einzahl angeführt ist, soll die Mehrzahl ebenfalls mit umfasst sein. Beispielsweise kann eine Mehrzahl an Brennstoffzellen durch eine Mehrzahl an Fluidsystemen mit einer Mehrzahl an Regeneratoren fluidverbunden sein.A redox fuel cell system comprises the at least one redox fuel cell and the peripheral system components (BOP components) that can be used during operation of the at least one redox fuel cell. For example, in the description of the figures, a system with a fuel cell and a regenerator is shown in simplified form. If a system component is listed below in the singular, the majority should also be included. For example, a plurality of fuel cells may be fluidly coupled through a plurality of fluid systems having a plurality of regenerators.
Die Katholytlösung umfasst beispielsweise ein Lösungsmittel und ein Redox-Paar. Das Redox-Paar ist an der Kathode zumindest teilweise reduzierbar. Das Redox-Paar ist an dem Regenerator nach der Reduktion an der Kathode zumindest teilweise regenerierbar. Mit anderen Worten wird das Redox-Paar nach der Reduktion an der Kathode zumindest teilweise wieder an bzw. im Regenerator oxidiert zur ursprünglichen Form. Im Zusammenhang mit der hier offenbarten Technologie umfasst ein Redox-Paar zumindest zwei Moleküle, die durch Elektronenaufnahme bzw. Elektronenabgabe ineinander überführbar sind. Bei der hier offenbarten Redox-Brennstoffzelle können u. a. folgende Reaktionen ablaufen:
- a) Kationen (z. B. H+-Protonen) und Elektronen werden an der Anode gebildet, die sich neben dem ionenselektiven Separator befindet;
- b) die Katholytlösung mit ihrem Redox-Paar wird im oxidierten Zustand zur Kathode befördert, die sich benachbart zum ionenselektiven Separator gegenüber der Anode befindet;
- c) die oxidierte Form der Katholytlösung wird beim Kontakt mit der Kathode und den Kationen (H+-Protonen) reduziert (d. h. Elektronenaufnahme);
- d) die Katholytlösung gelangt von der Kathode zum Regenerator, wo die reduzierte Form der Katholytlösung reoxidiert d. h. regeneriert wird;
- e) die regenerierte Katholytlösung kann dann wieder zur Kathode befördert werden.
- a) Cations (eg, H + protons) and electrons are formed at the anode, which is adjacent to the ion-selective separator;
- b) the catholyte solution with its redox couple is transported in the oxidized state to the cathode, which is adjacent to the ion-selective separator with respect to the anode;
- c) the oxidized form of the catholyte solution is reduced on contact with the cathode and the cations (H + protons) (ie electron uptake);
- d) the catholyte solution passes from the cathode to the regenerator where the reduced form of the catholyte solution is reoxidized ie regenerated;
- e) the regenerated catholyte solution can then be returned to the cathode.
Die zirkulierende Katholytlösung bzw. deren Redox-Paare kann also beliebig oxidiert und reduziert werden. Im Regenerator des Redox-Brennstoffzellensystems können spezielle katalytisch aktive Zentren der Redox-Moleküle der Katholytlösung als Katalysator für die Reduktion des Oxidationsmittels agieren. Für Wasserstoff als Brennstoff, Sauerstoff als Oxidationsmittel und Polyoxometallat als Redox-Paar sind die Reaktionen an der Kathode und Anode beispielsweise gezeigt in dem Artikel
Das Redox-Brennstoffzellensystem umfasst eine Vorrichtung für die Bereitstellung eines elektrischen Stromkreises zwischen der Anode und der Kathode bzw. zwischen entsprechenden Anschlüssen des Stapels. An einem solchen Stromkreis ist beispielsweise ein elektrischer Verbraucher angeschlossen.The redox fuel cell system includes means for providing an electrical circuit between the anode and the cathode and between respective terminals of the stack. For example, an electrical consumer is connected to such a circuit.
Der hier offenbarten Technologie liegt unter anderem auch der Gedanke zugrunde, einen Teil der Redox-Reaktion in das Fluidleitungssystem zu verlagern. Dies kann bspw. durch mindestens einen Oxidationsmitteleinlass und/oder durch mindestens eine Vernebelungsvorrichtung geschehen, die in dem Fluidleitungssystem angeordnet ist/sind. Es kann also Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem eingespeist bzw. eingebracht werden, um dort die Regeneration zu ermöglichen. Es lässt sich somit vorteilhaft die Größe und das Gewicht des Regenerators und/oder der Oxidationsfluidfördereinheit verringern. Ferner bevorzugt können kleinere Oxidationsfluidfördereinheiten eingesetzt werden.Among other things, the technology disclosed here is based on the idea of shifting part of the redox reaction into the fluid line system. This can happen, for example, by at least one oxidant inlet and / or by at least one atomization device which is / are arranged in the fluid line system. It can therefore be fed or introduced into the fluid conduit system oxidizing agent to allow regeneration there. It can thus be advantageous to reduce the size and weight of the regenerator and / or the Oxidationsfluidfördereinheit. Further preferred smaller oxidation fluid delivery units can be used.
Der hier offenbarten Technologie liegt unter anderem auch der Gedanke zugrunde, den Betrieb der Oxidationsfluidfördereinheit zumindest im ineffizienten Teillastbereich durch andere Vorrichtungen zu ersetzen, die einen besseren Wirkungsgrad zumindest in einem Teillastbereich aufweisen können.Among other things, the technology disclosed here is based on the idea of replacing the operation of the oxidation fluid delivery unit, at least in the inefficient partial load range, with other devices which can have better efficiency, at least in a partial load range.
Das Redox-Brennstoffzellensystem kann mindestens einen Oxidationsmitteleinlass aufweisen. Durch den Oxidationsmitteleinlass kann das Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem strömen. Insbesondere kann das Redox-Brennstoffzellensystem eine Zuleitung zum Oxidationsmitteleinlass aufweisen, durch die das Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem einströmen kann.The redox fuel cell system may include at least one oxidant inlet. Through the oxidant inlet, the oxidant may flow into the fluid conduit system. In particular, the redox fuel cell system may have a supply line to the oxidant inlet, through which the oxidant can flow into the fluid line system.
Insbesondere kann das Oxidationsmittel durch den mindestens einen Oxidationsmitteleinlass direkt in das Fluidleitungssystem strömen. Mit anderen Worten ist das Einströmen von Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem nicht gleichzusetzen mit einem indirekten Einströmen von Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem. Beim indirekten Einströmen fließt das Oxidationsmittel direkt in den Regenerator, beispielsweise über eine Regeneratorzuleitung, und gelangt danach erst, d. h. durch den Regeneratorauslass, in das Fluidleitungssystem.In particular, the oxidant may flow through the at least one oxidant inlet directly into the fluid conduit system. In other words, the inflow of oxidant into the fluid line system is not equated with an indirect influx of oxidant into the fluid line system. In the case of indirect inflow, the oxidant flows directly into the regenerator, for example via a regenerator feed line, and then passes thereafter, i. H. through the regenerator outlet, into the fluid line system.
Der Begriff Fluidleitungssystem bzw. Katholyt-Fluidleitungssystem umfasst alle Rohrleitungselemente des Katholyt-Fluidstromkreises bzw. Fluidkreislaufes, die die anderen Elemente des Brennstoffzellensystems miteinander verbinden. Mit anderen Worten ist der abstrakte Begriff „Fluidleitungssystem” abzugrenzen von den Komponenten, die an der/den Fluidleitung(en) angeschlossen sind, wie bspw. der Regenerator und die Kathode. In der einfachsten Ausgestaltung umfasst das Fluidleitungssystem eine erste Fluidleitung, die die Kathode mit dem Regenerator verbindet, und eine zweite Fluidleitung, die den Regenerator mit der Kathode verbindet. Das Fluidleitungssystem kann jedoch auch mehrere Verzweigungen aufweisen. Der Begriff „Fluidleitungssystem” umfasst also sämtliche Leitungen, die wiederum zusammen mit den an diesen Leitungen angeschlossenen Komponenten bzw. Elementen den Katholyt-Fluidstromkreis ausbilden.The term fluid conduit system or catholyte fluid conduit system comprises all pipeline elements of the catholyte fluid circuit or fluid circuit, which connect the other elements of the fuel cell system with each other. In other words, the abstract term "fluid conduit system" is to be distinguished from the components connected to the fluid conduit (s), such as the regenerator and the cathode. In the simplest embodiment, the fluid conduit system comprises a first fluid conduit connecting the cathode to the regenerator and a second fluid conduit connecting the regenerator to the cathode. However, the fluid line system may also have multiple branches. The term "fluid line system" thus includes all lines, which in turn form together with the components or elements connected to these lines the catholyte fluid circuit.
Zusätzlich zur Regeneration im Regenerator wird somit eine weitere Regeneration in dem Fluidleitungssystem ermöglicht. Das durch den mindestens einen Oxidationsmitteleinlass in das Fluidleitungssystem einströmende Oxidationsmittel strömt dabei bevorzugt als kleine Oxidationsmittelblasen in das Fluidleitungssystem ein. Dies kann beispielsweise durch Turbulenzen ermöglicht werden. Somit entsteht eine vergleichsweise große Kontaktfläche zwischen der Katholytlösung und dem Oxidationsmittel, die einen vergleichsweise guten Übertrag von Sauerstoff in die Lösung ermöglichen kann. Vorteilhaft ist hierbei die Ausnutzung der Fluidleitungslänge vom Oxidationsmitteleinlass bis zum Oxidationsmittelauslass, um eine möglichst hohe Verweilzeit des Oxidationsmittels und somit einen möglichst guten Übertrag zu ermöglichen. Bevorzugt können somit kleinere Regeneratoren und/oder Oxidationsfluidfördereinheiten verwendet werden. Die vergleichsweise kleinen Oxidationsfluidfördereinheiten können weniger Energie verbrauchen. Ferner können sie vorteilhaft in einem besseren Betriebspunkt betrieben werden. Das Redox-Brennstoffzellensystem kann somit leichter, effizienter und kleiner als vorbekannte Systeme ausgebildet sein.In addition to the regeneration in the regenerator thus further regeneration in the fluid conduit system is made possible. The through the at least one oxidant inlet into the In this case, oxidizing agent flowing in fluid line system preferably flows into the fluid line system as small oxidant bubbles. This can be made possible for example by turbulence. This results in a comparatively large contact area between the catholyte solution and the oxidizing agent, which can enable a comparatively good transfer of oxygen into the solution. The advantage here is the utilization of the fluid line length from the oxidant inlet to Oxidationsmittelauslass to allow the highest possible residence time of the oxidizing agent and thus the best possible carry. Thus, smaller regenerators and / or oxidation fluid delivery units can preferably be used. The comparatively small oxidation fluid delivery units may consume less energy. Furthermore, they can advantageously be operated at a better operating point. The redox fuel cell system can thus be made lighter, more efficient and smaller than previously known systems.
Der mindestens eine Oxidationsmitteleinlass kann in der ersten Fluidleitung und/oder in der zweiten Fluidleitung vorgesehen sein. Insbesondere ein Oxidationsmitteleinlass in der ersten Fluidleitung kann bewirken, dass eine turbulente Strömung aus Katholytlösung und Oxidationsmittel in den Regenerator einströmt. Diese einströmende turbulente Strömung kann eine bessere Durchmischung von Oxidationsmittel und Katholytlösung im Regenerator selbst bewirken.The at least one oxidant inlet may be provided in the first fluid line and / or in the second fluid line. In particular, an oxidant inlet in the first fluid line may cause a turbulent flow of catholyte solution and oxidant to flow into the regenerator. This incoming turbulent flow may cause better mixing of oxidant and catholyte solution in the regenerator itself.
Vorteilhaft kann das Redox-Brennstoffzellensystem einen Katholyt-Separator stromabwärts des Regenerators umfassen. Der Katholyt-Separator kann geeignet sein, Katholytlösung und Oxidationsmittel voneinander zu trennen. Der Regenerator und der Katholyt-Separator stellen bevorzugt eine bauliche Einheit mit einem Gehäuse dar. Eine solche bauliche Einheit von Regenerator und Katholyt-Separator ist unabhängig von dem vorgenannten Grundgedanken, die Regeneration zumindest teilweise in das Fluidleitungssystem zu verlagern. Bevorzugt findet jedoch die Einheit auch in Kombination der hier offenbarten Regenerations-Technologie Einsatz.Advantageously, the redox fuel cell system may include a catholyte separator downstream of the regenerator. The catholyte separator may be capable of separating the catholyte solution and the oxidizer. The regenerator and the catholyte separator preferably constitute a structural unit with a housing. Such a constructional unit of regenerator and catholyte separator is independent of the aforementioned basic idea of at least partially relocating the regeneration into the fluid line system. Preferably, however, the unit will also find use in combination with the regeneration technology disclosed herein.
Das Redox-Brennstoffzellensystem weist in der Regel mindestens eine Hauptoxidationsfluidfördereinheit auf, die stromaufwärts im Oxidationsmittelstrom zum Regenerator angeordnet ist und Oxidationsmittel in den Regenerator einspeist. Ferner kann mindestens eine weitere Oxidationsfluidfördereinheit vorgesehen sein, die stromaufwärts vom mindestens einen Oxidationsmitteleinlass vorgesehen ist. Diese weitere Oxidationsfluidfördereinheit ist geeignet, den mindestens einen Oxidationsmitteleinlass mit Oxidationsmittel zu versorgen. Bevorzugt kann jeder Oxidationsmitteleinlass jeweils mit einer weiteren Oxidationsfluidfördereinheit verbunden sein. Ferner kann jeweils eine weitere Oxidationsfluidfördereinheit mehrere Oxidationsmitteleinlässe mit Oxidationsmittel versorgen.The redox fuel cell system typically includes at least one main oxidation fluid delivery unit positioned upstream of the oxidant flow to the regenerator and feeding oxidant into the regenerator. Furthermore, at least one further oxidation fluid delivery unit may be provided, which is provided upstream of the at least one oxidant inlet. This further oxidation fluid delivery unit is suitable for supplying the at least one oxidant inlet with oxidizing agent. Preferably, each oxidant inlet can each be connected to a further oxidation fluid delivery unit. Furthermore, in each case a further oxidation fluid delivery unit can supply a plurality of oxidant inlets with oxidizing agent.
Bevorzugt fördert die mindestens eine weitere Oxidationsfluidfördereinheit Oxidationsmittel zu dem mindestens einen Oxidationsmitteleinlass mit einem Differenzdruck von 0 bis 5 bar, ferner bevorzugt von 0,1 bis 2,0 bar, und besonders bevorzugt von 0,4 bis 1,0 bar wobei es sich um einen Differenzdruck zum Atmosphärendruck handelt. Eine solche weitere Oxidationsfluidfördereinheit kann mit einer entsprechend kleineren Antriebseinheit ausgestattet sein, wodurch vorzugsweise die parasitäre Verbrauchsleistung verringert und die Effizienz gesteigert werden kann. Anstatt einer sehr großen Hauptoxidationsfluidfördereinheit können also mehrere Oxidationsfluidfördereinheiten vorgesehen sein, die in Summe vorzugsweise weniger Leistung verbrauchen als die sehr große Hauptoxidationsfluidfördereinheit. Die Effizienz der Brennstoffzelle kann somit weiter gesteigert werden, insbesondere im Teillastbereich. Im niedrigen Lastbetrieb kann es ausreichen, dass lediglich die weitere Oxidationsfluidfördereinheit aktiviert wird. In einem solchen niedrigen Lastbereich ist es somit möglich, das Redox-Brennstoffzellensystem ohne Betrieb der vergleichsweise großen Oxidationsfluidfördereinheit zu verwenden.Preferably, the at least one further Oxidationsfluidfördereinheit promotes oxidizing agent to the at least one oxidant inlet with a differential pressure of 0 to 5 bar, further preferably from 0.1 to 2.0 bar, and particularly preferably from 0.4 to 1.0 bar which is is a differential pressure to atmospheric pressure. Such a further oxidation fluid delivery unit can be equipped with a correspondingly smaller drive unit, whereby preferably the parasitic consumption power can be reduced and the efficiency can be increased. Instead of a very large Hauptoxidationsfluidfördereinheit so more Oxidationsfluidfördereinheiten be provided, which in total preferably consume less power than the very large Hauptoxidationsfluidfördereinheit. The efficiency of the fuel cell can thus be further increased, especially in the partial load range. In low load operation it may be sufficient that only the further oxidation fluid delivery unit is activated. In such a low load range, it is thus possible to use the redox fuel cell system without operating the comparatively large oxidizing fluid conveying unit.
Das Oxidationsmittel, welches dem mindestens einen Oxidationsmitteleinlass zugeführt wird, kann auch durch die Hauptoxidationsfluidfördereinheit bereitgestellt werden, die den Regenerator mit Oxidationsmittel versorgt. Mit anderen Worten kann aus der Hauptluftleitung, d. h. der Regeneratorzuleitung, Oxidationsmittel abgezweigt werden, die dann dem mindestens einen Oxidationsmitteleinlass zugeführt wird. Das Oxidationsmittel kann bspw. Luft oder Sauerstoff sein. Bevorzugt wird das Oxidationsmittel für den mindestens einen Oxidationsmitteleinlass vor oder hinter der Hauptoxidationsfluidfördereinheit abgegriffen, die den Regenerator mit Oxidationsfluid versorgt. Bevorzugt können der Regenerator und der mindestens eine Oxidationsmitteleinlass aus einem gemeinsamen Oxidationsmittelstrom mit Oxidationsmittel versorgt werden. Vorteilhaft kann dieser gemeinsame Oxidationsmittelstrom mit einem gemeinsamen Filter, bspw. einem Luftfilter, gefiltert werden. Ferner kann das Oxidationsmittel, welches dem mindestens einen Oxidationsmitteleinlass zugeführt wird, aus der Umgebung des Stacks bzw. aus dem Gehäuse stammen.The oxidant supplied to the at least one oxidant inlet may also be provided by the main oxidation fluid delivery unit, which supplies oxidant to the regenerator. In other words, from the main air duct, i. H. the regenerator, oxidizer are diverted, which is then fed to the at least one oxidant inlet. The oxidizing agent may be, for example, air or oxygen. Preferably, the oxidant for the at least one oxidant inlet is tapped before or after the main oxidation fluid feed unit, which supplies the regenerator with oxidizing fluid. Preferably, the regenerator and the at least one oxidant inlet can be supplied with oxidant from a common oxidant stream. Advantageously, this common oxidant stream can be filtered with a common filter, for example an air filter. Furthermore, the oxidant, which is supplied to the at least one oxidant inlet, originate from the environment of the stack or from the housing.
Das Redox-Brennstoffzellensystem kann mindestens eine Vernebelungsvorrichtung umfassen. Die Vernebelungsvorrichtung kann die Katholytlösung innerhalb des Fluidleitungssystems vernebeln. Ferner bevorzugt kann die Vernebelungsvorrichtung die Katholytlösung innerhalb eines Behälters vernebeln, der mit dem Fluidleitungssystem fluidverbunden ist. Das Vernebeln bzw. Zerstäuben von Katholytlösung führt zu einer Oberflächenvergrößerung der Katholytlösung bzw. zu Aerosolpartikeln. Unter Anwesenheit von Oxidationsmittel kommt es aufgrund der Oberflächenvergrößerung zu einem verbesserten Übertrag von Sauerstoff in die Lösung. Der Behälter kann ferner als Vorratsbehälter für Katholytlösung ausgestaltet sein. Der Aspekt der Verneblungsvorrichtung ist funktional nicht mit dem mindestens einen Oxidationsmitteleinlass verbunden. Es ist also auch ein Brennstoffzellensystem vorstellbar, das mindestens eine Verneblungsvorrichtung aber nicht mindestens einen Oxidationsmitteleinlass aufweist.The redox fuel cell system may include at least one nebulizer. The nebulizer may nebulise the catholyte solution within the fluid conduit system. Further preferably, the nebulizer may nebulize the catholyte solution within a container connected to the fluid conduit system fluidly connected. The nebulization or sputtering of catholyte solution leads to a surface enlargement of the catholyte solution or to aerosol particles. In the presence of oxidizing agent, due to the increase in surface area, an improved transfer of oxygen into the solution occurs. The container can also be designed as a storage container for catholyte solution. The aspect of the nebulizing device is not functionally connected to the at least one oxidant inlet. Thus, it is also conceivable to have a fuel cell system that has at least one nebulizing device but not at least one oxidant inlet.
Bevorzugt umfasst das Redox-Brennstoffzellensystem mindestens eine Bypass-Leitung. Die Bypass-Leitung kann stromaufwärts vom Regenerator von der ersten Leitung abzweigen und stromabwärts vom Regenerator in die zweite Fluidleitung münden. Bevorzugt kann/können mindestens ein Oxidationsmitteleinlass und/oder mindestens eine Vernebelungsvorrichtung in der Bypass-Leitung angeordnet sein. In der ersten und/oder zweiten Fluidleitung können weitere Oxidationsmitteleinlässe und/oder Vernebelungsvorrichtungen vorgesehen sein. Vorteilhaft kann der Bypass vor dem Katholyt-Separator in die zweite Fluidleitung münden. Als Bypass wird hier eine Leitung des Fluidleitungssystems verstanden, die parallel zu einem weiteren Fluidleitungsabschnitt des Fluidleitungssystems bzw. parallel zu einem Element des Fluidkreises angeordnet ist.The redox fuel cell system preferably comprises at least one bypass line. The bypass line may branch off from the first line upstream of the regenerator and open into the second fluid line downstream of the regenerator. Preferably, at least one oxidant inlet and / or at least one fogging device may be arranged in the bypass line. In the first and / or second fluid line further oxidant inlets and / or nebulization devices may be provided. Advantageously, the bypass in front of the catholyte separator open into the second fluid line. As a bypass is here understood a line of the fluid conduit system, which is arranged parallel to a further fluid conduit section of the fluid conduit system or parallel to an element of the fluid circuit.
Ferner können mindestens zwei bevorzugt unterschiedlichen Oxidationsmitteleinlässe und/oder mindestens zwei bevorzugt unterschiedlichen Vernebelungsvorrichtungen vorgesehen sein. Bevorzugt sind die Oxidationsmitteleinlässe und/oder Vernebelungsvorrichtungen in Serie und/oder parallel zueinander angeordnet bzw. geschaltet. Beispielsweise können vier Oxidationsmitteleinlässe vorgesehen sein, wobei jeweils zwei Oxidationsmitteleinlässe zu zwei Paaren in Serie geschaltet sind, wobei die zwei Paare zueinander parallel angeordnet sind.Furthermore, at least two preferably different oxidant inlets and / or at least two preferably different atomization devices can be provided. Preferably, the oxidant inlets and / or nebulizers are arranged or connected in series and / or parallel to each other. For example, four oxidant inlets may be provided, with two oxidant inlets each connected in series to two pairs, the two pairs being arranged parallel to one another.
Bevorzugt umfasst das Redox-Brennstoffzellensystem mindestens einen Fluidstrom-Regler. Der Fluidstrom-Regler kann geeignet sein, einen Strom an Katholytlösung in mehrere Teilströme aufzuteilen. Beispielsweise kann der Fluidstrom-Regler einen eintreffenden Fluidstrom in zwei oder drei Teilströme aufgliedern. Der Fluidstrom-Regler kann als 3- oder 4-Wege-Ventil ausgestaltet sein. Der Fluidstrom-Regler kann vorzugsweise einen Teil des Stroms an Katholytlösung aus der ersten Fluidleitung in eine Bypass-Leitung abzweigen. Bevorzugt ist die Aufteilung des Gesamtvolumenstroms auf mehrere Teilströme steuer- bzw. regelbar. Vorzugsweise lässt sich die Aufteilung des Katholytlösungsstroms in Abhängigkeit vom Betriebszustand und der Lastanforderung regeln. Durch die Regelung der Aufteilung des Katholytstroms auf verschiedene Leitungsabschnitte kann die Fließgeschwindigkeit der Katholytlösung sowie die Einbringung von Oxidationsmittel beeinflusst werden. Somit kann, je nach Lastanforderung, durch geeignetes Steuern des Katholytstroms die parasitäre Verlustleistung reduziert werden. Beispielsweise könnte im Niedriglastbereich bzw. im unteren Lastbereich des Brennstoffzellensystems die Hauptoxidationsfluidfördereinheit abgeschaltet sein. Auch kann zumindest im Niedriglastbereich der Regenerator durch eine Bypassschaltung umgangen werden. Die Bypassschaltung kann dann geringere Fließwiderstände aufweisen, was wiederum den Leistungsbedarf der Pumpvorrichtung für die Katholytströmung reduzieren kann.The redox fuel cell system preferably comprises at least one fluid flow regulator. The fluid flow regulator may be adapted to divide a stream of catholyte solution into several sub-streams. For example, the fluid flow regulator can divide an incoming fluid flow into two or three partial flows. The fluid flow regulator can be designed as a 3- or 4-way valve. The fluid flow regulator may preferably branch off a portion of the flow of catholyte solution from the first fluid conduit into a bypass conduit. Preferably, the distribution of the total volume flow to a plurality of partial flows can be controlled or regulated. Preferably, the division of the catholyte solution flow can be regulated as a function of the operating state and the load requirement. By controlling the distribution of the catholyte stream to different line sections, the flow rate of the catholyte solution and the introduction of oxidant can be influenced. Thus, depending on the load requirement, the parasitic power dissipation can be reduced by appropriately controlling the catholyte current. For example, in the low load range or in the lower load range of the fuel cell system, the main oxidation fluid delivery unit could be switched off. Also, at least in the low load range of the regenerator can be bypassed by a bypass circuit. The bypass circuit may then have lower flow resistances, which in turn may reduce the power requirements of the catholyte flow pumping device.
Der mindestens eine Oxidationsmitteleinlass und/oder die mindestens eine Vernebelungsvorrichtung kann/können bspw. als Venturi-Düse ausgebildet sein. Eine Venturi-Düse umfasst generell ein Rohrstück mit einer Querschnittsverengung, bspw. durch zwei gegeneinander gerichtete Konen, die an der Stelle ihres geringsten Durchmessers vereint sind. An dieser Stelle oder benachbart hierzu ist mindestens eine Öffnung zum Einlass des Oxidationsmittels vorgesehen. Mit einer solchen Venturi-Düse lässt sich beispielsweise eine besonders gute Verteilung von Oxidationsmittel und Katholytlösung erzielen. Bei der Vernebelungsvorrichtung kann somit eine feindisperse Zerstäubung erzielt werden.The at least one oxidant inlet and / or the at least one atomization device can be designed, for example, as a Venturi nozzle. A Venturi nozzle generally comprises a pipe section with a cross-sectional constriction, for example by two oppositely directed cones, which are united at the point of their smallest diameter. At this point or adjacent thereto, at least one opening is provided for the inlet of the oxidizing agent. With such a Venturi nozzle, for example, a particularly good distribution of oxidizing agent and catholyte solution can be achieved. In the nebulization device, a finely dispersed atomization can thus be achieved.
Der mindestens eine Oxidationsmitteleinlass kann ferner ein poröses Material bzw. Löcher aufweisen, die zusätzlich die Blasenbildung verstärken können.The at least one oxidant inlet may further comprise a porous material or holes which may additionally enhance bubble formation.
Der mindestens eine Oxidationsmitteleinlass kann/können bspw. als Strahlpumpe bzw. Jetpumpe ausgebildet sein, insbesondere derart, dass das Oxidationsmittel von der im Fluidleitungssystem fließenden Katholytlösung angesaugt wird. Mit anderen Worten dient die Katholytlösung als Treibmedium, welches das Saugmedium „Oxidationsmittel” in der Strahlpumpe ansaugt. Insbesondere vorteilhaft kann zumindest ein Teil der Strahlpumpe als Venturi-Düse ausgebildet sein. Ferner können die Pumpvorrichtung und der mindestens eine Fluidstrom-Regler derart angesteuert sein, dass die mindestens eine Strahlpumpe Oxidationsmittel ansaugen kann.The at least one oxidant inlet can / can be designed, for example, as a jet pump or jet pump, in particular in such a way that the oxidizing agent is sucked in by the catholyte solution flowing in the fluid line system. In other words, the catholyte solution serves as a driving medium, which sucks the suction medium "oxidizing agent" in the jet pump. Particularly advantageously, at least part of the jet pump can be designed as a Venturi nozzle. Furthermore, the pump device and the at least one fluid flow regulator can be controlled such that the at least one jet pump can suck in oxidizing agent.
Ist der mindestens eine Oxidationsmitteleinlass als Strahlpumpe ausgebildet, kann bevorzugt zumindest die weitere Oxidationsfluidfördereinheit entfallen. Mit anderen Worten stellt dann die Strahlpumpe eine weitere Oxidationsfluidfördereinheit dar. Eine Strahlpumpe ist im Vergleich zu den herkömmlichen Oxidationsfluidfördereinheiten (z. B. Kompressoren) robuster und preiswerter. Zudem kann das Redox-Brennstoffzellensystem effizienter betrieben werden. Beispielsweise kann die Strahlpumpe insbesondere im unteren Teillastbereich einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als die Hauptoxidationsfluidfördereinheit. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zumindest im unteren Teillastbereich die Hauptoxidationsfluidfördereinheit abgeschaltet ist und lediglich zumindest eine Strahlpumpe dem Fluidleitungssystem zugeschaltet ist bzw. den Katholytstromkreis mit Oxidationsmittel versorgt. Als unterer Lastbereich des Brennstoffzellensystems wird hier allgemein ein Lastbereich unterhalb des oberen Lastbereiches angesehen. Beispielsweise kann hier ein Bereich von ca. 0% bis 70%, bevorzugt von ca. 0% bis 50%, und besonders bevorzugt von ca. 0% bis 15% der Stack-Bruttoleistung bzw. der maximalen Stromdichte des Brennstoffzellensystems als unterer Lastbereich angenommen werden. Der obere Lastbereich wäre dann ein Bereich von ca. 70% bis 100%, bevorzugt von ca. 50% bis 100%, und besonders bevorzugt von ca. 85% bis 100% der Stack-Bruttoleistung bzw. der maximalen Stromdichte des Brennstoffzellensystems.If the at least one oxidant inlet is designed as a jet pump, then preferably at least the further oxidation fluid delivery unit can be dispensed with. In other words, the jet pump then constitutes another oxidation fluid delivery unit. A jet pump is more robust and less expensive than the conventional oxidation fluid delivery units (eg, compressors). In addition, the redox fuel cell system can be operated more efficiently. For example, the jet pump in particular have a higher efficiency in the lower part load range than the Hauptoxidationsfluidfördereinheit. It can be provided, for example, that at least in the lower part-load range the main oxidation fluid delivery unit is switched off and only at least one jet pump is connected to the fluid line system or supplies the catholyte circuit with oxidizing agent. As a lower load range of the fuel cell system, a load range below the upper load range is generally considered here. For example, here a range of about 0% to 70%, preferably from about 0% to 50%, and more preferably from about 0% to 15% of the stack gross power and the maximum current density of the fuel cell system is assumed as the lower load range become. The upper load range would then be a range from about 70% to 100%, preferably from about 50% to 100%, and most preferably from about 85% to 100% of the stack gross horsepower or maximum current density of the fuel cell system.
Die Strahlpumpe benötigt für das Ansaugen eine gewisse Fließgeschwindigkeit der Katholytlösung. Die Fließgeschwindigkeit der Katholytlösung kann beispielsweise über die Pumpvorrichtung und/oder über den Fluidstrom-Regler gesteuert bzw. geregelt werden. Dabei kann in manchen Lastbereichen der Energieverbrauch der Pumpvorrichtung ansteigen, was jedoch durch den Effizienzgewinn beim Fördern des Oxidationsmittels (z. B. Weglassen der (Haupt)Oxidationsfluidfördereinheit) mehr als kompensiert wird. In vielen Lastbereichen kann zudem die Pumpe effizienter betrieben werden.The jet pump requires a certain flow rate of the catholyte solution for suction. The flow rate of the catholyte solution can be controlled or regulated, for example, via the pump device and / or via the fluid flow regulator. In this case, the energy consumption of the pump device may increase in some load ranges, which however is more than compensated by the efficiency gain in conveying the oxidant (eg omitting the (main) oxidation fluid delivery unit). In many load ranges, the pump can also be operated more efficiently.
Das Redox-Brennstoffzellensystem kann beispielsweise mindestens zwei unterschiedliche Strahlpumpen umfassen. Die unterschiedlichen Strahlpumpen können beispielsweise in Serie oder parallel zueinander verschaltet sein, insbesondere im hier offenbarten Bypass. Unterschiedliche Strahlpumpen sind hier beispielsweise Strahlpumpen mit unterschiedlichen Förderdrücken bei unterschiedlichen Treibmittelgeschwindigkeiten. Sie besitzen beispielsweise unterschiedliche optimale Betriebspunkte und unterschiedliche Effizienzkennlinien. Die Unterschiedlichkeit bezieht sich also auf die Strahlpumpenkennwerte, die für die Anwendung berücksichtigt werden. Zweckmäßig ist das Brennstoffzellensystem derart ausgestaltet, dass der Strom an Katholytlösung mit einer solchen Geschwindigkeit zur mindestens einen Strahlpumpe gelangt, dass effizient Oxidationsmittel angesaugt wird. Um bei einem Druckabfall (z. B. beim Abstellen des Systems) zu verhindern, dass die Katholytlösung über den Oxidationsmitteleinlass in die Oxidationsmittelzuleitung gelangen kann, kann ein Ventil (beispielsweise ein Rückschlagventil) vorgesehen bzw. in den Oxidationsmitteleinlass integriert sein.For example, the redox fuel cell system may include at least two different jet pumps. The different jet pumps may, for example, be connected in series or parallel to one another, in particular in the bypass disclosed here. Different jet pumps are here, for example jet pumps with different delivery pressures at different propellant velocities. For example, they have different optimal operating points and different efficiency characteristics. The difference therefore relates to the jet pump parameters, which are taken into account for the application. Suitably, the fuel cell system is designed such that the flow of catholyte reaches the at least one jet pump at such a speed that oxidizing agent is sucked in efficiently. In order to prevent the catholyte solution from entering the oxidant supply line via the oxidant inlet at a pressure drop (eg, when shutting down the system), a valve (eg, a check valve) may be provided or integrated into the oxidant inlet.
Bevorzugt kann innerhalb des Fluidleitungssystems ein Rezirkulationskreis vorgesehen sein, bei dem stromabwärts eines Fluidleitungssystemabschnittes Katholytlösung abgezweigt wird, die dann durch einen Rezirkulationsabschnitt fließt und stromaufwärts des Fluidleitungssystemabschnittes, insbesondere vor dem Katholyt-Separator und/oder dem Behälter, wieder zugeführt wird. Bevorzugt umfasst der Rezirkulationsabschnitt mindestens einen Oxidationsmitteleinlass und/oder mindestens eine Vernebelungsvorrichtung. Somit kann die Verweilzeit von regenerierendem Gemisch umfassend Katholytlösung und Oxidationsmittel im Fluidleitungssystem bzw. im Rezirkulationskreis erhöht werden.Preferably, within the fluid conduit system, a recirculation circuit may be provided, in which catholyte solution is branched off downstream of a fluid conduit system section which then flows through a recirculation section and is recycled upstream of the fluid conduit system section, in particular in front of the catholyte separator and / or vessel. The recirculation section preferably comprises at least one oxidant inlet and / or at least one misting device. Thus, the residence time of regenerating mixture comprising catholyte solution and oxidizing agent in the fluid conduit system or in the recirculation circuit can be increased.
Anstatt einer Pumpvorrichtung für die Katholytströmung können auch mehrere Pumpvorrichtungen vorgesehen sein, die die erforderliche Gesamtpumpleistung bereitstellen. Ferner vorteilhaft umfasst das Brennstoffzellensystem mindestens eine weitere Pumpvorrichtung, die insbesondere einen Teilstrom des Fluidsystems, bevorzugt den Fluidteilstrom des Rezirkualtionsabschnittes, fördert. Vorteilhaft kann/können die mindestens eine Pumpvorrichtung und/oder die mindestens eine weitere Pumpvorrichtung stromaufwärts direkt benachbart zum mindestens einen Oxidationsmitteleinlass und/oder zur mindestens einen Vernebelungsvorrichtung angeordnet sein. Somit fließt die Katholytlösung durch den Oxidationsmitteleinlass und/oder durch die Vernebelungsvorrichtung mit relativ hohem Druck bzw. relativ hoher Geschwindigkeit.Instead of a pump device for the flow of catholyte, it is also possible to provide a plurality of pump devices which provide the required total pumping power. Further advantageously, the fuel cell system comprises at least one further pumping device, which in particular promotes a partial flow of the fluid system, preferably the partial fluid flow of the recirculation section. Advantageously, the at least one pumping device and / or the at least one further pumping device can be arranged directly upstream of the at least one oxidizing agent inlet and / or the at least one atomizing device. Thus, the catholyte solution flows through the oxidant inlet and / or through the relatively high pressure or relatively high velocity nebulizer.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Redox-Brennstoffzellensystem. Das Verfahren umfasst bevorzugt die Schritte: Bereitstellen eines Redox-Brennstoffzellensystem wie es hier offenbart ist; und direktes Einbringen von Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem. Das Einbringen von Oxidationsmittel kann bspw. durch mindestens eine Vernebelungsvorrichtung und/oder mindestens einem Oxidationsmitteleinlass erfolgen.The technology disclosed herein further includes a method of operating a redox fuel cell system. The method preferably comprises the steps of: providing a redox fuel cell system as disclosed herein; and direct introduction of oxidant into the fluid conduit system. The introduction of oxidizing agent can be carried out, for example, by at least one misting device and / or at least one oxidant inlet.
Bevorzugt kann das Einbringen von Oxidationsmittel in das Fluidleitungssystem durch mindestens eine Strahlpumpe erfolgen, die das Oxidationsmittel zumindest in einem Teillastbereich des Redox-Brennstoffzellensystems fördert. Insbesondere in einem Teillastbereich, in dem die Hauptoxidationsfluidfördereinheit, z. B. ein Kompressor, einen schlechteren Wirkungsgrad bzw. einen höheren Leistungsverbrauch hat als die mindestens eine Strahlpumpe. Die mindestens eine Strahlpumpe kann bevorzugt das Oxidationsmittel zumindest im unteren Teillastbereich des Redox-Brennstoffzellensystems fördern. Vorteilhaft kann die Oxidationsmittelzuführung ohne den Betrieb einer Hauptoxidationsfluidfördereinheit ausschließlich über mindestens eine Strahlpumpe und/oder mindestens einer weiteren Oxidationsfluidfördereinheit erfolgen. Bevorzugt erfolgt der ausschließliche Betrieb über die mindestens einen Strahlpumpe und/oder mindestens einen weiteren Oxidationsfluidfördereinheit nur im unteren Teillastbereich.The introduction of oxidizing agent into the fluid line system can preferably take place by means of at least one jet pump, which conveys the oxidizing agent at least in a partial load range of the redox fuel cell system. In particular, in a part load range in which the main oxidation fluid delivery unit, z. As a compressor, a lower efficiency or higher power consumption than the at least one jet pump. The at least one jet pump can preferably promote the oxidizing agent at least in the lower part-load range of the redox fuel cell system. Advantageously, the oxidant supply without the operation of a Hauptoxidationsfluidfördereinheit exclusively via at least one jet pump and / or at least one other Oxidationsfluidfördereinheit carried out. The exclusive operation preferably takes place via the at least one jet pump and / or at least one further oxidation fluid delivery unit only in the lower part-load range.
Die Hauptoxidationsfluidfördereinheit kann das Oxidationsmittel beispielsweise in einem oberen Teillastbereich des Redox-Brennstoffzellensystems fördern. Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Aufteilen des Stroms an Katholytlösung in mehrere Teilströme, wobei mindestens ein Teilstrom mindestens eine Strahlpumpe derart durchfließt, dass Oxidationsmittel angesaugt wird. Ferner können mindestens zwei unterschiedliche Strahlpumpen derart von Katholytlösung durchfließbar sein, dass jeweils Oxidationsmittel angesaugt werden kann. Das Aufteilen des Stroms an Katholytlösung in mehrere Teilströme durch den mindestens einen Fluidstrom-Regler kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Last des Brennstoffzellensystems erfolgen. Die Last des Brennstoffzellensystems ist hier die vom Fahrer/Fahrzeug angeforderte elektrische Leistung, die das Brennstoffzellensystem dem Fahrzeug bereitstellen soll. Wird beispielsweise eine Last aus dem unteren Teillastbereich angefordert, kann beispielsweise die Steuerung des Brennstoffzellensystems feststellen, dass durch Betrieb einer oder mehrerer Strahlpumpen genügend Regeneration bereitgestellt werden kann. Die Steuerung kann dann die Hauptoxidationsfluidfördereinheit ausschalten und über den mindestens einen Fluidstrom-Regler die eine oder mehreren Strahlpumpe(n) zum Fluidstromkreis dazu schalten, beispielsweise durch Aktivierung einer Bypassschaltung. Dabei wird dann vorzugsweise die Katholytstromgeschwindigkeit derart gesteuert bzw. geregelt, dass die Strahlpumpe(n) effizient betrieben werden.The main oxidation fluid delivery unit may promote the oxidant, for example, in an upper part-load range of the redox fuel cell system. Preferably, the method further comprises the step of dividing the stream of catholyte solution into a plurality of partial streams, wherein at least one partial stream flows through at least one jet pump in such a way that oxidizing agent is sucked in. Furthermore, at least two different jet pumps can be flowed through by catholyte solution such that in each case oxidizing agent can be sucked in. The splitting of the stream of catholyte solution into a plurality of partial streams through the at least one fluid flow regulator can be effected, for example, as a function of the load of the fuel cell system. The load of the fuel cell system here is the driver's / vehicle's requested electrical power that the fuel cell system is to provide to the vehicle. If, for example, a load is requested from the lower part-load range, the control of the fuel cell system, for example, may find that sufficient regeneration can be provided by operating one or more jet pumps. The controller may then turn off the main oxidation fluid delivery unit and, via the at least one fluid flow regulator, switch the one or more jet pump (s) to the fluid circuit thereto, for example by activating a bypass circuit. In this case, the catholyte flow rate is then preferably controlled or regulated such that the jet pump (s) are operated efficiently.
Nachstehend wird die offenbarte Technologie anhand von Figuren erläutert, wobeiHereinafter, the disclosed technology will be explained with reference to Figs
Das Redox-Brennstoffzellensystem gemäß
Ein weiterer hier dargestellter Aspekt betrifft den Behälter
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.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Redox-BrennstoffzelleRedox fuel cell
- 2020
- Anodeanode
- 2222
- Zufuhrsupply
- 3030
- Kathodecathode
- 4040
- ionenselektiver Separatorion-selective separator
- 5050
- Vorrichtung für die Bereitstellung eines elektrischen StromkreisesDevice for providing an electrical circuit
- 6060
- Regeneratorregenerator
- 6262
- bauliche Einheit, Gehäusestructural unit, housing
- 7070
- HauptoxidationsfluidfördereinheitMain oxidizing fluid delivery unit
- 70'70 '
- weitere Oxidationsfluidfördereinheitfurther oxidation fluid delivery unit
- 7272
- RegeneratorzuleitungRegeneratorzuleitung
- 7474
- Zuleitung zum OxidationsmittelauslassSupply line to Oxidationsmittelauslass
- 7676
- Auslass des BehältersOutlet of the container
- 80, 80'80, 80 '
- Pumpvorrichtungpumping device
- 8282
- weitere Pumpvorrichtungfurther pumping device
- 9090
- FluidauffangeinrichtungFluid collection device
- 9292
- Katholyt-SeparatorCatholyte separator
- 100, 110 100, 110
- Fluidleitungssystem, FluidkreisFluid line system, fluid circuit
- 100100
- erste Fluidleitungfirst fluid line
- 102102
- Verbindungsstückjoint
- 104104
- Bypassleitungbypass line
- 110110
- zweite Fluidleitungsecond fluid line
- 114114
- Teil der ersten FluidleitungPart of the first fluid line
- 120, 120', 120''120, 120 ', 120' '
- OxidationsmitteleinlassOxidant inlet
- 130, 130'130, 130 '
- Fluidstrom-Regler, Fluidstrom-Aktuator, VentilFluid flow regulator, fluid flow actuator, valve
- 140, 140', 140''140, 140 ', 140' '
- Vernebelungsvorrichtung, ZerstäuberFogging device, atomizer
- 150150
- Behältercontainer
- LL
- Katholytlösungcatholyte
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2014/001786 A1 [0002] WO 2014/001786 A1 [0002]
- DE 102013217858 A1 [0002, 0003] DE 102013217858 A1 [0002, 0003]
- EP 1999811 B1 [0002] EP 1999811 B1 [0002]
- WO 2010/128333 A1 [0002] WO 2010/128333 A1 [0002]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Performance and analysis of a novel polymer electrolyte membrane fuel cell using a solution based redox mediator”, der im Journal of Power Sources 201 (2012, Seiten 159–163, Autoren: R. Singh, A. A. Shah, A. Potter, B. Clarkson, A. Creeth, C. Downs, F. C. Walsh) [0009] "Journal of Power Sources 201 (2012, pages 159-163, authors: R. Singh, AA Shah, A. Potter, B." Performance and analysis of a novel polymer electrolyte fuel cell using a solution based redox mediator ". Clarkson, A. Creeth, C. Downs, FC Walsh) [0009]
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Applications Claiming Priority (1)
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