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Stand der Technik
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Es ist bereits eine Brennstoffzellenvorrichtung, welche dazu vorgesehen ist, mit einem in einer Trägerflüssigkeit gebundenen Wasserstoff betrieben zu werden, mit einer Festoxidbrennstoffzelleneinheit und mit einer Dehydrierungseinheit, welche dazu vorgesehen ist, den Wasserstoff von der Trägerflüssigkeit zu Trennen und einer Anode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zuzuführen, vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffzellenvorrichtung, welche dazu vorgesehen ist, mit einem in einer Trägerflüssigkeit gebundenen Wasserstoff betrieben zu werden, mit einer Festoxidbrennstoffzelleneinheit und mit einer Dehydrierungseinheit, welche dazu vorgesehen ist, den Wasserstoff von der Trägerflüssigkeit zu trennen und einer Anode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zuzuführen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Temperiereinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, der Dehydrierungseinheit ein Kathodenabgas der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zur Temperierung der Dehydrierungseinheit zuzuführen.
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Unter einer „Brennstoffzellenvorrichtung“ soll insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche insbesondere einen, insbesondere funktionstüchtigen, Bestandteil, insbesondere eine Konstruktions- und/oder Funktionskomponente, eines Brennstoffzellensystems oder das gesamte Brennstoffzellensystem ausbildet. Unter einer „Festoxidbrennstoffzelleneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Festoxidbrennstoffzelle verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest eine chemische Energie zumindest eines, insbesondere kontinuierlich zugeführten, Brenngases, insbesondere Wasserstoff, und zumindest eines Oxidationsmittels, insbesondere Sauerstoff, insbesondere in elektrische Energie umzuwandeln. Zum Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung wird einer Anode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zumindest im Wesentlichen kontinuierlich zumindest im Wesentlichen reiner Wasserstoff als Brenngas zugeführt. Einer Kathode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit wird zu einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zumindest im Wesentlichen kontinuierlich ein Kathodengas, insbesondere Sauerstoff, vorzugsweise Luftsauerstoff, als Oxidationsmittel zugeführt. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit eine Vielzahl von Festoxidbrennstoffzellen, welche insbesondere in einem Brennstoffzellenstack angeordnet sind. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Unter einer „Trägerflüssigkeit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein flüssiger organischer Wasserstoffträger verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, durch eine chemische Reaktion Wasserstoff aufzunehmen und/oder abzugeben. Insbesondere reagiert eine dehydrierte Form der Trägerflüssigkeit in einer exothermen Hydrierungsreaktion mit dem zu bindenden Wasserstoff. Insbesondere kann der Wasserstoff durch eine endotherme Dehydrierungsreaktion aus einer hydrierten Trägerflüssigkeit freigesetzt werden. Insbesondere kann die Trägerflüssigkeit Toluol, N-Ethylcarbazol, Benzyltoluol, Naphthalin und/oder vorzugsweise Dibenzyltoluol sein. Unter einer „Dehydrierungseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine chemisch-technische Einheit verstanden werden, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, gebundenen Wasserstoff mittels einer Dehydrierungsreaktion aus einer hydrierten Trägerflüssigkeit herauszulösen. Die hydrierte Trägerflüssigkeit wird der Dehydrierungseinheit während eines Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung vorzugsweise kontinuierlich zugeführt. Die Dehydrierungseinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, die zugeführte hydrierte Trägerflüssigkeit während eines Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung kontinuierlich zu dehydrieren und den gewonnenen Wasserstoff kontinuierlich einer Anode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zuzuführen. Insbesondere erfordert die endotherme Dehydrierungsreaktion eine Temperatur von ca. 200°C bis 350°C. Insbesondere kann die Dehydrierungseinheit eine Reinigungsstufe aufweisen, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, den gewonnenen Wasserstoff von Verunreinigungen, beispielsweise von einem Dampf der Trägerflüssigkeit, zu reinigen.
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Unter einer „Temperiereinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, eine Einheit, Komponente und/oder Baugruppe der Brennstoffzellenvorrichtung durch ein Zuführen und/oder durch ein Abführen von thermischer Energie auf eine benötigte Prozesstemperatur zu bringen und/oder eine benötigte Prozesstemperatur zumindest im Wesentlichen zu halten. Insbesondere ist die Temperiereinheit dazu vorgesehen, der Dehydrierungseinheit eine für die endotherme Dehydrierungsreaktion benötigte thermische Energie zuzuführen. Insbesondere umfasst die Temperiereinheit zumindest eine Fluidleitung, welche dazu vorgesehen ist, der Dehydrierungseinheit ein heißes Kathodenabgas der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zur Bereitstellung der benötigten thermischen Energie zuzuführen.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Dehydrierung einer hydrierten Trägerflüssigkeit zur Bereitstellung von Wasserstoff für eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch die Zuführung eines Kathodenabgases eine vorteilhafte Temperierung unter Verwendung einer thermischen Verlustleistung einer Festoxidbrennstoffzelleneinheit erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Temperiereinheit zumindest einen Wärmeübertrager aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das Kathodenabgas vor einem Eintritt in die Dehydrierungseinheit auf eine Prozesstemperatur zu kühlen. Unter einem „Wärmeübertrager“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Wärme in Richtung eines Temperaturgefälles zwischen zumindest zwei insbesondere fluiden Stoffströmen zu übertragen, insbesondere in einem Gegenstrombetrieb, Kreuzstrombetrieb und/oder Gleichstromprinzip. Der Wärmeübertrager ist insbesondere dazu vorgesehen, Wärme von dem Kathodenabgas der Festoxidbrennstoffzelleneinheit auf ein Kühlfluid, insbesondere ein der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zugeführtes Kathodengas, zu übertragen. Insbesondere ist der Wärmeübertrager dazu vorgesehen das Kathodengas von einer Austrittstemperatur aus einer Kathode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit, insbesondere ca. 600°C bis 800°C, auf eine Temperatur von ca. 400°C bis 450°C abzukühlen. Hierdurch kann die Dehydrierungseinheit vorteilhaft einfach auf eine benötigte Prozesstemperatur temperiert werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Temperiereinheit zumindest einen Wärmeübertrager aufweist, welchem zu einer Temperaturregelung des Kathodenabgases vor einem Eintritt in die Dehydrierungseinheit ein regelbarer Kühlmediumstrom zuführbar ist. Insbesondere weist die Temperiereinheit zumindest ein Proportionalventil auf, welches dazu vorgesehen ist, einen dem Wärmetauscher zugeführten Kühlmediumstrom zu regeln. Insbesondere kann der Kühlmediumstrom von einem der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zugeführten Kathodengas gebildet sein. Hierdurch kann eine vorteilhafte Regelung einer Kühlleistung des Wärmeübertragers und somit einer Temperatur des der Dehydrierungseinheit zugeführten Kathodenabgases erfolgen. Insbesondere kann hierdurch eine vorteilhafte Regelung des Dehydrierungsprozesses ermöglicht werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Temperiereinheit zumindest einen Wärmeerzeuger aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, die Dehydrierungseinheit während eines Startvorgangs der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zu temperieren. Insbesondere kann der Wärmeerzeuger als ein elektrischer Wärmeerzeuger ausgebildet sein. Insbesondere ist der Wärmeerzeuger dazu vorgesehen, die Dehydrierungseinheit solange zu temperieren bis eine ausreichende Menge eines Kathodenabgases der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zur Temperierung der Dehydrierungseinheit bereitsteht. Hierdurch kann vorteilhaft ein Betrieb der Dehydrierungseinheit während eines Startvorgangs der Festoxidbrennstoffzelleneinheit sichergestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen Wärmeübertrager aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, Wärme von einer durch die Dehydrierungseinheit dehydrierten Trägerflüssigkeit auf die der Dehydrierungseinheit zugeführte hydrierte Trägerflüssigkeit zu übertragen. Hierdurch kann die der Dehydrierungseinheit zugeführte hydrierte Trägerflüssigkeit vorteilhaft erwärmt werden, wodurch eine Effizienz der Dehydrierungseinheit vorteilhaft gesteigert werden kann.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen Rezirkulationskreis aufweist, welcher zu einer Rückführung eines Anodenabgases der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zu einer zumindest teilweisen Vermischung mit dem Wasserstoff vorgesehen ist. Unter einem „Rezirkulationskreis“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Fluidverbindung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, ein wasserstoff- und wasserhaltiges Anodenabgas der Festoxidbrennstoffzelleneinheit einer Mischstelle zuzuführen, an welcher das Anodenabgas mit zumindest im Wesentlichen reinem Wasserstoff vermischt wird. Insbesondere ist der Rezirkulationskreis dazu vorgesehen, der Festoxidbrennstoffzellenvorrichtung nicht umgesetzten Wasserstoff erneut anodenseitig zuzuführen. Insbesondere ist die Mischung des Anodenabgases und des Wasserstoffs dazu vorgesehen, der Festoxidbrennstoffzelleneinheit anodenseitig zugeführt zu werden. Hierdurch kann eine vorteilhaft hohe Brenngasausnutzung und somit eine vorteilhaft hohe Effizienz der Brennstoffzellenvorrichtung erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen Rezirkulationskreis, welcher zu einer Rückführung eines wasserstoff- und wasserhaltigen Anodenabgases der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zu einer zumindest teilweisen Vermischung mit dem Wasserstoff vorgesehen ist und eine Wasserabscheideeinheit aufweist, welche innerhalb des Rezirkulationskreises angeordnet ist und welche dazu vorgesehen ist, Wasser aus dem Anodenabgas abzuscheiden. Unter einer „Wasserabscheideeinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine physikalisch-technische und/oder chemische Einheit verstanden werden, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, dampfförmiges und/oder disperses Wasser zumindest zu einem Großteil aus einem gasförmigen Volumenstrom abzuscheiden. Die während eines Betriebs der Festoxidbrennstoffzelleneinheit durch die Wasserabscheideeinheit aus dem Anodenabgas abgeschiedene Gesamtwassermenge entspricht zumindest im Wesentlichen und vorzugsweise exakt einer Gesamtmenge eines während des Betriebs der Festoxidbrennstoffzelleneinheit anodenseitig erzeugten Produktwassers. Die Wasserabscheideeinheit weist insbesondere zumindest eine Abführleitung auf, welche dazu vorgesehen ist, das abgeschiedene Wasser zumindest im Wesentlichen vollständig aus der Brennstoffzellenvorrichtung auszuleiten. Die Wasserabscheideeinheit stellt, insbesondere neben einem Kathodenausgang mit sauerstoffarmer Luft und einem Auslass für dehydrierte Trägerflüssigkeit, einen Medienauslass der Brennstoffzellenvorrichtung dar. Die Wasserabscheideeinheit ist insbesondere zwischen einem Anodenabgasauslass der Festoxidbrennstoffzelleneinheit und einer Mischstelle, an welcher das Anodenabgas mit zumindest im Wesentlichen reinem Wasserstoff vermischt wird, angeordnet. Vorzugsweise ist die Wasserabscheideeinheit als eine Kondensationseinheit ausgebildet, welche dazu vorgesehen ist, Wasser durch Kondensation aus dem Anodenabgas abzuscheiden. Vorzugsweise weist die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Temperiereinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil der Wasserabscheideeinheit zu temperieren. Insbesondere ist die Temperiereinheit dazu vorgesehen, die Wasserabscheideeinheit auf eine Prozesstemperatur zu temperieren, bei welcher der Wasseranteil des Anodenabgases auskondensiert. Vorzugsweise ist die Temperiereinheit dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der Wasserabscheideeinheit zu kühlen. Vorzugsweise ist die Temperiereinheit zumindest teilweise von einem Wärmeübertrager gebildet. Die Temperiereinheit ist zumindest teilweise thermisch mit der Wasserabscheideeinheit gekoppelt. Insbesondere ist die Temperiereinheit zumindest teilweise einstückig mit der Wasserabscheideeinheit ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Hierdurch kann das Anodenabgas der Festoxidbrennstoffzelleneinheit vorteilhaft entwässert und der verbleibende Wasserstoff der Anode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit wieder zugeführt werden, wodurch eine vorteilhaft hohe Brenngasausnutzung erreicht werden kann. Insbesondere kann durch eine Temperierung der Wasserabscheideeinheit ein vorteilhaft zuverlässiges und/oder effektives Auskondensieren des Wassers aus dem Anodenabgas erreicht werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung zumindest eine Bypassleitung für eine Kathodengaszuführung aufweist, welche dazu vorgesehen ist, der Wasserabscheideeinheit zu einer Temperierung zumindest eine Teilmenge eines Kathodengases zuzuführen. Unter einer „Bypassleitung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Fluidleitung verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil eines Kathodengasstroms von einer Kathodengaszuleitung, welche dazu vorgesehen ist, das Kathodengas einer Kathode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zuzuführen, abzuzweigen, über die Wasserabscheideeinheit, insbesondere über eine Temperiereinheit der Wasserabscheideeinheit, umzuleiten und der Kathode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zuzuführen. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Bypassleitung zumindest ein Ventil aufweist, welches dazu vorgesehen ist, einen der Wasserabscheideeinheit zugeführten Kathodengasvolumenstrom zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist das Ventil als ein insbesondere elektromagnetisches und/oder elektromotorisches Proportionalventil ausgebildet. Insbesondere ist das Ventil der Wasserabscheideeinheit, insbesondere der Temperiereinheit der Wasserabscheideeinheit, strömungstechnisch vorgeschaltet. Hierdurch kann vorteilhaft einfach eine Kühlung der Wasserabscheideeinheit erreicht werden. Insbesondere kann ein der Wasserabscheideeinheit, insbesondere der Temperiereinheit der Wasserabscheideeinheit, zugeführter Kathodengasvolumenstrom vorteilhaft geregelt und/oder gesteuert werden. Insbesondere kann eine Kühlwirkung der Temperiereinheit vorteilhaft entkoppelt von einem der Kathode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zugeführten Kathodengasvolumenstrom geregelt werden.
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Zudem wird ein Brennstoffzellensystem mit zumindest einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung vorgeschlagen. Hierdurch kann ein Brennstoffzellensystem mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Dehydrierung einer hydrierten Trägerflüssigkeit zur Bereitstellung von Wasserstoff für eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch die Zuführung eines Kathodenabgases eine vorteilhafte Temperierung unter Verwendung einer thermischen Verlustleistung einer Festoxidbrennstoffzelleneinheit erreicht werden.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenvorrichtung vorgeschlagen, welche dazu vorgesehen ist, mit einem in einer Trägerflüssigkeit gebundenen Wasserstoff betrieben zu werden, mit einer Festoxidbrennstoffzelleneinheit und mit einer Dehydrierungseinheit, welche dazu vorgesehen ist, den Wasserstoff von der Trägerflüssigkeit zu Trennen und einer Anode der Festoxidbrennstoffzelleneinheit zuzuführen, wobei die Dehydrierungseinheit mittels eines Kathodenabgas der Festoxidbrennstoffzelleneinheit temperiert wird. Hierdurch eine vorteilhafte Temperierung der Dehydrierungseinheit unter Verwendung einer thermischen Verlustleistung einer Festoxidbrennstoffzelleneinheit erreicht werden.
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Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems mit einer Dehydrierungseinheit, welche dazu vorgesehen ist, Wasserstoff von einer Trägerflüssigkeit zu trennen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 50 mit einer Brennstoffzellenvorrichtung 10. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 ist dazu vorgesehen, mit einem in einer Trägerflüssigkeit 12 gebundenen Wasserstoff 14 betrieben zu werden. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 auf. Die Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 ist hier vereinfacht als eine Festoxidbrennstoffzelle 52 dargestellt. Zweckmäßig ist jedoch eine Ausbildung einer Festoxidbrennstoffzelleneinheit als ein Brennstoffzellenstack mit einer Vielzahl von Festoxidbrennstoffzellen. Die Festoxidbrennstoffzelle 52 weist eine Anode 20 und eine Kathode 54 auf. Der Anode 20 wird der Wasserstoff 14 als Brenngas zugeführt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Dehydrierungseinheit 18 auf, welche dazu vorgesehen ist, den Wasserstoff 14 von der Trägerflüssigkeit 12 zu trennen und der Anode 20 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 zuzuführen. Die hydrierte Trägerflüssigkeit 12 wird der Dehydrierungseinheit 18 während eines Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung 10 kontinuierlich zugeführt. Die hydrierte Trägerflüssigkeit 12 wird über eine Versorgungsleitung 56 in das Brennstoffzellensystem 50 eingeleitet. Die hydrierte Trägerflüssigkeit 12 wird mittels eines Verdichters 58 gefördert. Die Dehydrierungseinheit 18 ist dazu vorgesehen, die hydrierte Trägerflüssigkeit 12 kontinuierlich zu dehydrieren und den gewonnen Wasserstoff 14 der Anode 20 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 zuzuführen. Der Kathode 54 wird ein Kathodengas 48, insbesondere Luftsauerstoff, zugeführt. Das Kathodengas 48 wir über eine weitere Versorgungsleitung 60 in das Brennstoffzellensystem 50 eingespeist. Das Kathodengas 48 wird mittels eines Verdichters 62 gefördert.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Temperiereinheit 22 auf, welche dazu vorgesehen ist, der Dehydrierungseinheit 18 ein Kathodenabgas 24 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 zur Temperierung der Dehydrierungseinheit 18 zuzuführen. Die Temperiereinheit 22 weist einen Wärmeübertrager 26 auf, welcher dazu vorgesehen ist, das Kathodenabgas 24 vor einem Eintritt in die Dehydrierungseinheit 18 auf eine Prozesstemperatur zu kühlen. Der Wärmeübertrager 26 ist strömungstechnisch unmittelbar hinter der Kathode 54 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 angeordnet. Bei einem Austritt aus der Kathode 54 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 weist das Kathodenabgas 24 eine Temperatur von ca. 750°C bis 800°C auf. Der Wärmeübertrager 26 ist dazu vorgesehen, das Kathodenabgas 24 auf ca. 400°C bis 450°C abzukühlen. Als Kühlmedium wird dem Wärmeübertrager 26 das Kathodengas 48 zugeführt, bevor es in die Kathode 54 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 eingeleitet wird. Die Temperiereinheit 22 weist einen weiteren Wärmeübertrager 28 auf, welcher zu einer Temperaturregelung des Kathodenabgases 24 vor einem Eintritt in die Dehydrierungseinheit 18 vorgesehen ist. Der weitere Wärmeübertrager 28 ist dem Wärmeübertrager 26 strömungstechnisch nachgeschaltet. Dem weiteren Wärmeübertrager 28 ist ein regelbarer Kühlmediumstrom 30 zuführbar. Der Kühlmediumstrom 30 ist von einem Teilstrom des Kathodengases 48 gebildet. Der Kühlmediumstrom 30 ist über ein Proportionalventil 64 regelbar. Vorzugsweise weist die Temperiereinheit 22 einen insbesondere elektrischen Wärmeerzeuger 32 auf, welcher dazu vorgesehen ist, die Dehydrierungseinheit 18 während eines Startvorgangs der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 zu temperieren. Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 einen weiteren Wärmeübertrager 34 auf, welcher dazu vorgesehen ist, Wärme von einer durch die Dehydrierungseinheit 18 dehydrierten Trägerflüssigkeit 36 auf die der Dehydrierungseinheit 18 zugeführte hydrierte Trägerflüssigkeit 12 zu übertragen.
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Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist einen Rezirkulationskreis 38 auf, welcher zu einer Rückführung eines wasserstoff- und wasserhaltigen Anodenabgases 40 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 zu einer zumindest teilweisen Vermischung mit dem Wasserstoff 14 vorgesehen ist. Der Rezirkulationskreis 38 ist insbesondere dazu vorgesehen, in der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 nicht umgesetzten Wasserstoff 66 mit dem Wasserstoff 14 zu vermischen und der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 erneut anodenseitig zuzuführen. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist einen Verdichter 68 auf, welcher dazu vorgesehen ist, das Anodenabgas 40 durch den Rezirkulationskreis 38 zu fördern. Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Wasserabscheideeinheit 42 auf, welche innerhalb des Rezirkulationskreises 38 angeordnet ist. Die Wasserabscheideeinheit 42 ist dazu vorgesehen, Wasser aus dem Anodenabgas 40 abzuscheiden. Die Wasserabscheideeinheit 42 ist zwischen einem Anodenabgasauslass 70 der Festoxidbrennstoffzelleneinheit 16 und einer Mischstelle 72 angeordnet, an welcher der Wasserstoff 66 des Anodenabgases 40 mit dem Wasserstoff 14 vermischt wird, angeordnet.
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Die Wasserabscheideeinheit 42 ist als eine Kondensationseinheit 74 ausgebildet, welche dazu vorgesehen ist, Wasser durch Kondensation aus dem Anodenabgas 40 abzuscheiden. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine weitere Temperiereinheit 76 auf, welche dazu vorgesehen ist, die Wasserabscheideeinheit 42 zu temperieren. Insbesondere ist die Temperiereinheit 76 dazu vorgesehen, die Wasserabscheideeinheit 42 auf eine Prozesstemperatur zu temperieren, bei welcher der Wasseranteil des Anodenabgases 40 auskondensiert. Die Temperiereinheit 76 ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der Wasserabscheideeinheit 42 zu kühlen. Die Temperiereinheit 76 ist zumindest teilweise von einem Wärmeübertrager 78 gebildet. Das abgeschiedene Wasser wird über eine Abführleitung 80 aus dem Brennstoffzellensystem 50 ausgeleitet.
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Ferner weist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 eine Bypassleitung 44 für eine Kathodengaszuführung auf, welche dazu vorgesehen ist, der Wasserabscheideeinheit 42 zu einer Temperierung zumindest eine Teilmenge des Kathodengases 48 zuzuführen. Die Bypassleitung 44 zweigt hinter dem Verdichter 62 von der Versorgungsleitung 60 ab. Die Bypassleitung 44 weist ein Ventil 82 auf, welches dazu vorgesehen ist, einen der Wasserabscheideeinheit 42 zugeführten Kathodengasvolumenstrom zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere ist das Ventil 82 als ein insbesondere elektromagnetisches und/oder elektromotorisches Proportionalventil ausgebildet. Insbesondere ist das Ventil 82 der Wasserabscheideeinheit 42, insbesondere der Temperiereinheit 76 der Wasserabscheideeinheit 42, strömungstechnisch vorgeschaltet.
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Während eines Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung 10 wird das Anodenabgas 40 der Wasserabscheideeinheit 42 zugeführt, welche das Anodenabgas 40 so weit kühlt, dass das Wasser aus dem Anodenabgas 40 auskondensiert. Das auskondensierte Wasser wird über die Abführleitung 80 ausgeleitet und der verbleibende Wasserstoff 66 wird der Mischstelle 72 zugeführt.
