DE102015213913A1 - Method and system for discharging anode exhaust gas of a fuel cell - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betreiben von mindestens einer Brennstoffzelle. Ein aus einem Anodensubsystem abzulassendes Anodenabgas und aus dem Anodensubsystem abzuscheidendes Wasser werden getrennt dem Anodensubsystem entnommen. Das Anodenabgas wird der Kathodenzuluft und/oder dem Kathodenabgas zugeführt. Das Wasser zur Befeuchtung wird in die Kathodenzuluft eingespritzt.The technology disclosed herein relates to a method of operating at least one fuel cell. An anode exhaust gas to be discharged from an anode subsystem and water to be separated from the anode subsystem are separately withdrawn from the anode subsystem. The anode exhaust gas is fed to the cathode feed and / or the cathode exhaust gas. The water for humidification is injected into the cathode feed air.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren und ein System zum Ablassen von Anodenabgas einer Brennstoffzelle.The technology disclosed herein relates to a method and system for venting anode exhaust gas of a fuel cell.
Brennstoffzellensysteme als solche sind bekannt. Für die Brennstoffversorgung von Brennstoffzellensystemen wird beispielsweise Wasserstoff einer Anodeneingangsseite einer Brennstoffzelle zugeführt. Zur Verbesserung der Wasserstoffverteilung innerhalb der Brennstoffzelle wird ein Gasanteil über eine Rezirkulationspumpe vom Anodenaustritt zum Anodeneintritt gepumpt. Alternativ kann auch eine Venturi-Düse verwendet werden, die einen Unterdruck auf der Anodenaustrittsseite der Brennstoffzelle erzeugt, so dass so auch eine Gas-Rezirkulation erreicht wird. Beim Systemstart aber auch im Betrieb kommt es zu Stickstoff- und Flüssigwasseranreicherungen im Anodensubsystem. Beide Medien, Stickstoff und Flüssigwasser, müssen ab einer bestimmten Menge aus dem Anodenkreis genommen werden, was als Purge-Vorgang/Spülvorgang (für Gase) bzw. Drain-Vorgang/Entwässerungsvorgang (für Flüssigwasser) bezeichnet wird. Zur Steigerung der H2-Konzentration wird der dabei entstehende Druckabfall durch die Zugabe von Wasserstoff ausgeglichen. Das Entlüften/Entwässern führt dazu, dass sich die Menge an Stickstoff und Flüssigwasser im Anodensubsystem verringert und die Konzentration an Wasserstoff erhöht. Stickstoff und Flüssigwasser werden dabei in eine Abgasleitung des Brennstoffzellensystems eingebracht. Hierbei muss sichergestellt sein, dass ausreichend Kathodenabgas zur Verdünnung vorliegt. Ansonsten könnte sich eine unerwünscht hohe Konzentration an Wasserstoff im Abgas einstellen.Fuel cell systems as such are known. For the fuel supply of fuel cell systems, for example, hydrogen is supplied to an anode input side of a fuel cell. To improve the hydrogen distribution within the fuel cell, a gas fraction is pumped from the anode outlet to the anode inlet via a recirculation pump. Alternatively, it is also possible to use a Venturi nozzle which generates a negative pressure on the anode outlet side of the fuel cell, so that a gas recirculation is also achieved in this way. During system start-up but also during operation nitrogen and liquid water accumulations occur in the anode subsystem. Both media, nitrogen and liquid water, must be taken from a certain amount of the anode circuit, which is referred to as purge process / purge process (for gases) or drain process / drainage process (for liquid water). To increase the H2 concentration of the resulting pressure drop is compensated by the addition of hydrogen. Venting / dewatering reduces the amount of nitrogen and liquid water in the anode subsystem and increases the concentration of hydrogen. Nitrogen and liquid water are introduced into an exhaust pipe of the fuel cell system. It must be ensured that there is sufficient cathode exhaust gas for dilution. Otherwise, an undesirably high concentration of hydrogen in the exhaust gas could occur.
Um beim Kaltstart das Brennstoffzellensystem schnell auf Betriebstemperatur zu bringen, kann das Brennstoffzellensystem bei niedrigen Temperaturen weniger effizient betrieben werden. Besonders beim Kaltstart des Brennstoffzellensystems wird daher die Frischluftzufuhr und damit auch der Abgasmassenstrom begrenzt, um eine möglichst kurze Aufwärmzeit des Brennstoffzellensystems zu erreichen. Für die Anodenentlüftungsvorgänge kann beim Kaltstart nicht ausreichend Verdünnungsluft vorhanden sein, so dass die maximale Wasserstoff-Konzentration im Systemabgas überschritten werden könnten, wenn nicht zusätzliche Maßnahmen vorgesehen wären.In order to quickly bring the fuel cell system up to operating temperature during a cold start, the fuel cell system can be operated less efficiently at low temperatures. Especially during the cold start of the fuel cell system, therefore, the fresh air supply and thus also the exhaust gas mass flow is limited in order to achieve the shortest possible warm-up time of the fuel cell system. During the cold start, there may not be enough dilution air for the anode venting processes so that the maximum hydrogen concentration in the system exhaust gas could be exceeded, unless additional measures were provided.
Die
Es ist eine Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu verringern oder zu beheben. Weitere Aufgaben ergeben sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is an object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate the disadvantages of the prior art solutions. Other objects arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of claim 1. The dependent claims are preferred embodiments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Verfahren zum Betreiben von mindestens einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems. Ein solches Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle.The technology disclosed herein relates to a method of operating at least one fuel cell of a fuel cell system. Such a fuel cell system comprises at least one fuel cell.
Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge gedacht. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven Separator getrennt sind. Die Anode weist eine Zufuhr für einen Brennstoff zur Anode auf. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff, niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode weist beispielsweise eine Zufuhr für Oxidationsmittel auf. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Sauerstoff und Peroxide. 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 beispielsweise: Nafion®, Flemion® und Aciplex®. Ein Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle sowie periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.The fuel cell system is intended for example for mobile applications such as motor vehicles. In its simplest form, a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel and oxidant into reaction products, producing electricity and heat. The fuel cell includes an anode and a cathode separated by an ion selective separator. The anode has a supply for a fuel to the anode. Preferred fuels are: hydrogen, low molecular weight alcohol, biofuels, or liquefied natural gas. The cathode has, for example, a supply of oxidizing agent. Preferred oxidizing agents are, for example, air, oxygen and peroxides. 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 are, for example: Nafion ®, Flemion ® and Aciplex ®. A fuel cell system comprises at least one fuel cell and peripheral system components (BOP components) that can be used during operation of the at least one fuel cell. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack.
Gemäß dem hier offenbarten Verfahren wird während einer ersten Zeitspanne ein abzulassendes Anodenabgas der Brennstoffzelle zumindest zeitweise ausschließlich der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt. Das Anodenabgas ist dabei das Gasgemisch, welches die Anode der Brennstoffzelle verlässt. Das abzulassende Anodenabgas ist der Teil des Abgases, der nicht rezirkuliert wird. Insbesondere ist das abzulassende Anodenabgas der Teil des Anodenabgases, der über das Entlüftungsventil bzw. Purgeventil dem Anodensubsystem entnommen wird. Durch Purging-Vorgänge wird dieser Teil des Anodenabgases, im Wesentlichen Stickstoff Wasserdampf und Wasserstoff, dem Anodenabgas entnommen. Als Rezirkulation wird in diesem Zusammenhang die Rückführung des Anodenabgases in die Anodenzuluft bzw. den Anodeneinlass bezeichnet. Zeitweise kann während der Entlüftungsvorgänge das abzulassende Abgas bevorzugt komplett in die Kathode abgelassen werden. According to the method disclosed here, an anode exhaust gas to be discharged from the fuel cell is at least temporarily supplied exclusively to the cathode of the fuel cell during a first period of time. The anode exhaust gas is the gas mixture leaving the anode of the fuel cell. The anode exhaust gas to be discharged is the part of the exhaust gas that is not recirculated. In particular, the anode exhaust gas to be vented is the part of the anode exhaust gas which is taken from the anode subsystem via the vent valve or purge valve. By purging processes, this part of the anode exhaust gas, essentially nitrogen, water vapor and hydrogen, is taken from the anode exhaust gas. Recirculation in this context refers to the recycling of the anode exhaust gas into the anode feed air or the anode inlet. At times, during the venting operations, the exhaust gas to be vented can preferably be drained completely into the cathode.
Bevorzugt ist die erste Zeitspanne die Aufwärmphase der Brennstoffzelle. Die Aufwärmphase ist dabei die Phase, in der das Brennstoffzellensystem des Kraftfahrzeuges auf die (optimale) Betriebstemperatur erwärmt wird. Die Aufwärmphase beginnt i. d. R. mit der Aktivierung des Brennstoffzellensystems und endet mit dem Erreichen der Betriebstemperatur, ab welcher der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges vom Fahrzeug bzw. einer Steuerung zugelassen wird. Besonders bevorzugt wird die Aufwärmphase der Brennstoffzelle bereits vor der Betätigung des Zündschlüssels bzw. des Starterknopfs aktiviert. Beispielsweise kann die Aufwärmphase durch ein Funksignal oder durch eine Zeitschaltuhr initiiert werden. In einer Ausgestaltung kann der Fahrzeugführer bspw. über eine entsprechende Software eines Mobiltelefons die Aufwärmung des Brennstoffzellensystems starten. Alternativ kann die Aufwärmphase mit dem Signal zum Entriegeln der Zentralverriegelung beginnen. Besonders bevorzugt kann eine erste Zeitspanne eine Kalt- oder Froststartphase der Brennstoffzelle sein. Beim Betrieb von Brennstoffzellen ist insbesondere der Kaltstart (Start bei einer Umgebungstemperatur von 0°C bis 25°C) sowie der Froststart (Start bei einer Umgebungstemperatur unter 0°C) problembehaftet. Aus diesem Grund besteht ein Bedürfnis, das Brennstoffzellensystem möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur zu bringen, bei der das System einen besseren Wirkungsgrad aufweist. Gemäß der hier offenbarten Technologie wird während einer zweiten Zeitspanne das abzulassende Anodenabgas zumindest teilweise der Kathodenabgas beigemischt. Das Kathodenabgas ist dabei das Gas, das die Kathode verlässt. Bevorzugt ist die zweite Zeitspanne eine sich an die Aufwärmphase der Brennstoffzelle anschließende Betriebsphase der Brennstoffzelle. Die Betriebsphase tritt ein, nachdem die Brennstoffzelle ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Die Betriebstemperatur kann bspw. ein zuvor festgelegter Temperaturwert sein. Bevorzugt wird das Anodenabgas ausschließlich der Kathode zugeführt, wenn der Massenstrom an Luft, der der Kathode zu und/oder aus dieser abgeführt wird, unterhalb von einem Grenzwert liegt. Insbesondere kann der Grenzwert für den Massenstrom an Luft so gewählt sein, dass es zu keiner kritischen Wasserstoffkonzentration im Kathodenabgas kommt. Ferner bevorzugt wird das Anodenabgas ausschließlich der Kathode zugeführt, wenn die Wasserstoffkonzentration in zumindest einem Teilbereich des Kathodenabgases oberhalb von einem Wasserstoff-Grenzwert liegt. Anstatt den Massenstrom zu messen, könnte also auch direkt die Wasserstoffkonzentration im Kathodenabgas herangezogen werden. Mitunter kann also auch durch andere Parameter als die Brennstoffzellentemperatur festgelegt werden, ob das abzulassende Anodenabgas der Kathode (erste Zeitspanne) oder dem Kathodenabgas (zweite Zeitspanne) zugeführt wird.Preferably, the first time period is the warm-up phase of the fuel cell. The warm-up phase is the phase in which the fuel cell system of the motor vehicle is heated to the (optimal) operating temperature. The warm-up begins i. d. R. with the activation of the fuel cell system and ends with the reaching of the operating temperature, from which the driving of the motor vehicle from the vehicle or a control is allowed. Particularly preferably, the warm-up phase of the fuel cell is activated before the ignition key or the starter button is actuated. For example, the warm-up phase can be initiated by a radio signal or by a timer. In one embodiment, the driver may, for example, start the warming up of the fuel cell system via an appropriate software of a mobile telephone. Alternatively, the warm-up phase may begin with the signal to unlock the central lock. Particularly preferably, a first period of time may be a cold or frost start phase of the fuel cell. When operating fuel cells in particular, the cold start (start at an ambient temperature of 0 ° C to 25 ° C) and the frost start (start at an ambient temperature below 0 ° C) is problematic. For this reason, there is a need to bring the fuel cell system as soon as possible to an operating temperature at which the system has a better efficiency. According to the technology disclosed herein, the anode exhaust gas to be discharged is at least partially admixed with the cathode exhaust gas during a second period of time. The cathode exhaust gas is the gas leaving the cathode. The second period of time is preferably an operating phase of the fuel cell following the warm-up phase of the fuel cell. The operating phase occurs after the fuel cell has reached its operating temperature. The operating temperature may be, for example, a predetermined temperature value. Preferably, the anode exhaust gas is fed exclusively to the cathode when the mass flow of air, which is the cathode to and / or discharged from this, below a threshold value. In particular, the limit value for the mass flow of air can be selected such that no critical hydrogen concentration in the cathode exhaust gas occurs. Further preferably, the anode exhaust gas is supplied exclusively to the cathode when the hydrogen concentration in at least a portion of the cathode exhaust gas is above a hydrogen limit. Instead of measuring the mass flow, therefore, the hydrogen concentration in the cathode exhaust gas could also be used directly. Sometimes it can be determined by other parameters than the fuel cell temperature, whether the anode exhaust gas to be discharged from the cathode (first period) or the cathode exhaust gas (second period) is supplied.
Bevorzugt kann Wasser, das im Anodenabgas enthalten ist, aus dem Anodenabgas abgeschieden werden (Drain, Entwässerung). Bevorzugt wird das Wasser dem Kathodenabgas beigemischt. Besonders bevorzugt wird Flüssigwasser während des Aufwärmens der Brennstoffzelle dem Kathodenabgas zugemischt. Somit kann vorteilhaft die Gefahr verringert werden, dass sich Flüssigwasser im Brennstoffzellen-Stack ansammelt und eine gleichmäßige Luftversorgung über alle Zellen stört. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei höheren Betriebstemperaturen (> 80°C) das Flüssigwasser der Anodenseite zur Befeuchtung der Kathodenzuluft eingesetzt wird.Preferably, water contained in the anode exhaust gas may be separated from the anode exhaust gas (drain, drainage). Preferably, the water is added to the cathode exhaust gas. More preferably, liquid water is added to the cathode exhaust gas during the warm-up of the fuel cell. Thus, advantageously, the risk can be reduced that liquid water accumulates in the fuel cell stack and disturbs a uniform air supply across all cells. Furthermore, it can be provided that at higher operating temperatures (> 80 ° C.), the liquid water of the anode side is used for moistening the cathode feed air.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle. Auf der Anodenseite des Brennstoffzellensystems ist mindestens ein Schaltmittel vorgesehen. Das Schaltmittel ist ausgebildet, während einer ersten Zeitspanne ein abzulassendes Anodenabgas der Brennstoffzelle zumindest zeitweise ausschließlich einer Kathode der Brennstoffzelle zuzuführen, und während einer zweiten Zeitspanne das abzulassende Anodenabgas zumindest teilweise dem Kathodenabgas beizumischen. Die Anodenseite, auch Anodensubsystem genannt, ist dabei der Anodenfluidstromkreis, der unter anderem die zum Anodeneinlass führende Anodenzuleitung, die vom Anodenauslass wegführende Anodenableitung und die Rezirkulationsleitung umfasst.The technology disclosed herein further includes a fuel cell system having at least one fuel cell. At least one switching means is provided on the anode side of the fuel cell system. The switching means is configured to supply an anode exhaust gas of the fuel cell to be discharged at least temporarily only to a cathode of the fuel cell during a first period of time, and to at least partially mix the anode exhaust gas to be discharged with the cathode exhaust gas during a second period of time. The anode side, also called the anode subsystem, is the anode fluid circuit which, inter alia, comprises the anode inlet leading to the anode inlet, the anode outlet leading away from the anode outlet, and the recirculation line.
Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner ein Verfahren zum Betreiben von mindestens einer Brennstoffzelle, wonach ein aus einem Anodensubsystem abzulassendes Anodenabgas und aus dem Anodensubsystem abzuscheidendes Wasser getrennt, insbesondere zeitlich versetzt, dem Anodensubsystem entnommen werden. Zweckmäßig wird zunächst das Wasser abgelassen und dann das Anodenabgas. Eine andere Reihenfolge wäre aber auch denkbar. Vorteilhaft wird das Anodenabgas der Kathodenzuluft und/oder dem Kathodenabgas zugeführt. Ferner kann das Wasser zur Befeuchtung in die Kathodenzuluft eingespritzt werden.The technology disclosed here further comprises a method for operating at least one fuel cell, after which an anode exhaust gas to be discharged from an anode subsystem and water to be separated from the anode subsystem are removed separately, in particular offset in time, from the anode subsystem. Appropriately, the water is first drained and then the Anode exhaust gas. Another order would also be conceivable. Advantageously, the anode exhaust gas is supplied to the cathode feed air and / or the cathode exhaust gas. Furthermore, the water can be injected for humidification in the Kathodenzuluft.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Wasser und/oder das Anodenabgas stromauf von einem Wärmetauscher in die Kathodenzuluft eingespritzt werden. Dabei kann die erhöhte Lufttemperatur der verdichteten Luft (z. B. bis zu 200°C) dazu genutzt werden, das eingespritzte Wasser zu verdampfen. Das Einspritzen von Wasser erhöht die für die Verdunstung vorhandene Oberfläche und verbessert ebenfalls die Verdunstung. Bevorzugt wird das Wasser benachbart zum Oxidationsmittelförderer eingespritzt. Hier ist die Temperatur der Kathodenzuluft am höchsten.The method may include the step of injecting the water and / or the anode exhaust gas upstream of a heat exchanger into the cathode feed. The increased air temperature of the compressed air (eg up to 200 ° C) can be used to evaporate the injected water. Injecting water increases the evaporation surface and also improves evaporation. Preferably, the water is injected adjacent to the oxidizer conveyor. Here the temperature of the cathode feed is highest.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Wasser und/oder das Anodenabgas mittels einer Strahlpumpe in die Kathodenzuluft eingespritzt werden. Bevorzugt ist die mindestens eine Wassereinspritzvorrichtung also als Strahlpumpe ausgebildet. Strahlpumpen als solche sind bekannt. Sie stellen im Wesentlichen ein gedrehtes Prandl-Staurohr dar, welches bspw. nach dem Venturi-Effekt Wasser selbst ansaugen kann. Solche Strahlpumpen werden auch als Ejektoren oder als Jet-Pumpen bezeichnet. Als Treibmedium kann hier das an der Strahlpumpe vorbeiströmende Oxidationsmittel dienen, welches zweckmäßig bewirkt, dass die Strahlpumpe Wasser und/oder Anodenabgas ansaugt. Eine solche Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da die Strahlpumpe so ausgestaltet sein kann, dass sie ohne externe (z. B. elektrische oder pneumatische) Energie auskommt.The method may comprise the step of injecting the water and / or the anode off-gas into the cathode feed by means of a jet pump. Preferably, the at least one water injection device is thus designed as a jet pump. Jet pumps as such are known. Essentially, they represent a twisted prandl pitot tube, which, for example, can suck in water itself after the Venturi effect. Such jet pumps are also referred to as ejectors or jet pumps. The driving medium used here can be the oxidizing agent flowing past the jet pump, which expediently causes the jet pump to draw in water and / or anode exhaust gas. Such a configuration is particularly advantageous, since the jet pump can be configured such that it can do without external (eg electrical or pneumatic) energy.
Sie ist besonders kostengünstig und robust und nimmt überdies nur wenig Bauraum in Anspruch.It is particularly inexpensive and robust and also takes up little space to complete.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das abzulassende Anodenabgas und das abzuscheidende Wasser durch einen Wasserabscheider entnommen werden. Dies hat den Vorteil, dass im Rezirkulationskreis lediglich eine Komponente zum Spülen und Entwässern verbaut ist.The method may include the step of removing the anode exhaust gas to be discharged and the water to be separated by a water separator. This has the advantage that only one component for flushing and dewatering is installed in the recirculation circuit.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das abgeschiedene Wasser (nachstehend ist vereinfachend lediglich der Begriff „Wasser” angeführt) in einer Entwässerungsleitung stromab vom Wasserabscheider geführt wird. Ferner kann ein Wasseraufnahmebehälter das Wasser speichern, der fluidisch mit der Entwässerungsleitung verbunden ist. Das gespeicherte Wasser kann dann zur Befeuchtung in die Kathodenzuluft eingespritzt werden.The method may include the step of passing the separated water (hereinafter for simplicity only the term "water") in a drain line downstream of the water separator. Further, a water receptacle may store the water that is fluidly connected to the drainage line. The stored water can then be injected for humidification in the Kathodenzuluft.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach der Wasserabscheider und der Wasseraufnahmebehälter und gegebenenfalls auch etwaige Verbindungsleitungen so angeordnet sind, dass das Wasser durch Schwerkraft in den Wasseraufnahmebehälter strömt bzw. strömen kann.The method may comprise the step of disposing the water separator and the water receiver, and optionally also any connecting pipes, so that the water can flow or flow by gravity into the water receiver.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach, insbesondere stromab des Wasserabscheiders, mindestens ein Schaltmittel vorgesehen ist, welches den Durchfluss von Wasser oder Anodenabgas verändert, beispielsweise den Durchfluss durch verschiedene Leitungen stromab vom Wasserabscheider.The method may include the step of providing, in particular downstream of the water separator, at least one switching means which alters the flow of water or anode exhaust gas, for example the flow through various conduits downstream of the water separator.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das mindestens eine Schaltmittel mehrere Ventile umfasst, die in verschiedenen Leitungen angeordnet sein können. Das Anodenabgas kann vom Wasser getrennt werden durch das Aktuieren der Ventile und/oder mittels Schwerkraft aufgrund der Anordnung der Leitungen.The method may include the step of having the at least one switching means comprise a plurality of valves that may be disposed in different lines. The anode exhaust gas can be separated from the water by the actuation of the valves and / or by gravity due to the arrangement of the lines.
Das mindestens eine Schaltmittel kann mindestens ein Entwässerungsventil oder Drain-Ventil umfassen. Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Drain-Ventil stromab vom Wasseraufnahmebehälter und benachbart zum Ort der Wassereinspritzung die Zufuhr an Wasser zum Einspritzen verändert. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass durch das Ventil das Einspritzen besonders gut geregelt/gesteuert werden kann. Die Funktionen Wassereinspritzen und Entwässern des Anodensubsystems sind hier getrennt und mit nur einem Drain-Ventil realisiert, das auch als Einspritzventil bezeichnet werden könnte. Alternativ oder zusätzlich könne das bzw. ein weiteres Drain-Ventil stromauf des Wasseraufnahmebehälters vorgesehen sein. Beispielsweise, falls keine gravimetrische Trennung von Wasser und Anodenabgas vorgesehen ist.The at least one switching means may comprise at least one drain valve or drain valve. The method may include the step of having the drain valve downstream of the water receptacle and adjacent to the location of the water injection alter the supply of water for injection. This has the advantage that the injection can be controlled particularly well by the valve. The functions of water injection and dewatering of the anode subsystem are separated here and realized with only one drain valve, which could also be referred to as an injection valve. Alternatively or additionally, the or a further drain valve may be provided upstream of the water storage container. For example, if no gravimetric separation of water and anode exhaust gas is provided.
Das Verfahren kann den Schritt umfassen, wonach das Wasser in das Kathodenabgas geleitet wird, wenn der Wasseraufnahmebehälter voll ist. Dies kann insbesondere während der Aufwärmphase vorgesehen sein, wenn die Kathodenzuluft noch vergleichsweise wenig Wasser aufnehmen kann. So könnte ein zu hoher Wassereintrag in die Kathode vermieden werden.The method may include the step of passing the water into the cathode exhaust gas when the water receptacle is full. This can be provided, in particular during the warm-up phase, when the cathode supply air can still absorb comparatively little water. Thus, an excessive water entry into the cathode could be avoided.
Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen dabei die
Stromab des Wasserabscheiders
Zweckmäßig kann während der Aufwärmphase (aber auch während der Betriebsphase) der Brennstoffzelle
Bei der Reaktion an den Oberflächen der Kathode wird Wärme freigesetzt, die dazu beiträgt, dass die Brennstoffzelle schnell ihre Betriebstemperatur erreicht. Bevorzugt wird während einer Aufwärmphase der Brennstoffzelle
Nach Abschluss der Aufwärmphase wird die Brennstoffzelle im „normalen” Betriebsmodus betrieben. Das erste Schaltventil
Die hier dargestellte Lösung ist insbesondere geeignet, selektiv über die erste Verbindungsleitung
Die hier vorgeschlagene Systemkonfiguration sieht also zwei Anodenentlüftungsventile
Im Anodensubsystem ist hier eine Strahlpumpe vorgesehen, die das rezirkulierte Anodenabgas in die Anodenzuleitung
In der Purge-Leitung Lpurge ist hier ein Schaltmittel
Der Port 2 stellt eine Alternative zu Port 1 dar, wobei die Zumischung vor dem Wärmetauscher den Vorteil haben kann, eine vollständigere Vermischung des Anodenabgases mit der Kathodenzuluft zu erreichen. Port 3 indes ist stromab der Kathode in der Kathodenabluft
In der Kathodenzuluft
In der hier gezeigten Systemkonfiguration sind zwei Ventile vorgesehen, die beide unterhalb des Anodenwasserabscheiders
Die
Die in Zusammenhang mit den Figuren offenbarten Merkmale sind auch untereinander kombinierbar. Beispielsweise ist die Strahlpumpe der
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.
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