DE102017210339A1 - Brennstoffzellenvorrichtung mit Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff - Google Patents

Brennstoffzellenvorrichtung mit Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung (10) aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) zur Befeuchtung von Brennstoff bei einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10), wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Beladung von Wasser strömungstechnisch mit einer Abgasleitung (22, 28, 34) verbunden ist. Es wird vorgeschlagen die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung (22, 28, 34) anzuordnen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (40) aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) zur Befeuchtung von Brennstoff, wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Beladung von Wasser mit Abgas durchspült wird. Dabei wird vorgeschlagen, die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung zu bewahren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff bei einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zur Beladung von Wasser strömungstechnisch mit einer Abgasleitung verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Das Dokument US 2010/0028734 A1 offenbart eine Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff, wobei diese zur Beladung von Wasser in einem Abgasstrang einer Brennstoffzelle angeordnet ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung angeordnet ist, wodurch ermöglicht wird, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung durch Abgas bewahrt werden kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch möglich. So ist bevorzugt, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zur Entladung von Wasser strömungstechnisch mit einer Brennstoffleitung verbunden ist, wobei insbesondere die mindestens eine Befeuchtungseinheit strömungstechnisch parallel zu der Brennstoffleitung angeordnet ist. Dadurch kann ein Entladen von Wasser, bzw. eine Befeuchtung des Brennstoffs, in Abhängigkeit des Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung flexibel stattfinden.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Befeuchtungseinheit ein Material, insbesondere poröses Material, vorzugsweise aus der Stoffgruppe der Zeolithe, insbesondere mit einer hohen aktiven Oberfläche, zur Adsorption und/oder Desorption von Wasser aufweist, wodurch eine effiziente Beladung und/oder Entladung von Wasser ermöglicht wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführung weist die mindestens eine Befeuchtungseinheit ein Kühlelement zum Abkühlen von Abgas, insbesondere Anodenabgas, auf, wodurch die Effektivität bei einer Beladung von Wasser gesteigert werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die mindestens eine Befeuchtungseinheit ein Heizelement zum Aufheizen von Brennstoff auf, wodurch die Effektivität bei der Entladung von Wasser, bzw. bei der Befeuchtung von Brennstoff, gesteigert werden kann.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere einer Brennstoffzellenvorrichtung nach der vorhergehenden Beschreibung, aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff, wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zur Beladung von Wasser mit Abgas durchspült wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung bewahrt wird, wodurch das Wasser, welches während dem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung beladen wurde, für einen ggf. späteren Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung gespeichert werden kann. Dementsprechend ist es dadurch auch möglich auf einen separaten Anschluss zur Befeuchtung des Brennstoffs zu verzichten, wodurch die Kosten der Brennstoffzellenvorrichtung reduziert werden.
  • Bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Befeuchtungseinheit in einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zum Entladen von Wasser mit Brennstoff durchspült wird, wodurch eine direkte und effiziente Befeuchtung des Brennstoffs stattfinden kann. So kann dadurch auch die Gefahr der Bildung von Kohlenstoffablagerungen bei einer ggf. späteren Reformierung des Brennstoffs minimiert oder sogar ganz vermieden werden.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn das Beladen von Wasser durch eine Adsorption erfolgt und/oder das Entladen von Wasser durch eine Desorption erfolgt, wodurch ein besonders effizientes Beladen und/oder Entladen von Wasser ermöglicht wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird das Abgas mittels eines Kühlelements abgekühlt, wodurch die Effizienz bei der Beladung von Wasser zusätzlich gesteigert wird.
  • In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird der Brennstoff mittels eines Heizelements aufgewärmt, wodurch die Effizienz bei der Entladung von Wasser, bzw. der Befeuchtung des Brennstoffs, zusätzlich gesteigert wird.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtu ng,
    • 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung,
    • 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Ausführungsbeispiels einer Befeuchtungseinheit,
    • 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung,
    • 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung.
  • Beschreibung
  • In der 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Brennstoffzelleneinheit 12 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Brennstoffzelleneinheit 12 um eine Brennstoffzelle 14, genau genommen um eine Feststoffoxid-Brennstoffzellen (SOFC-Brennstoffzellen), welche eine Anode 16, eine Kathode 18 und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 20 aufweist. Alternativ ist es aber auch denkbar dass es sich bei der Brennstoffzelleneinheit 12 um einen Brennstoffzellenstack handelt, welcher eine Vielzahl von Brennstoffzellen 14 aufweist.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Brennstoffzelleneinheit 12 anodenseitig Wasserstoff (H2) und kathodenseitig sauerstoffhaltige Luft (O2) zugeführt. Der zugeführte Wasserstoff wird in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellevorrichtung 10 in der Brennstoffzelleneinheit 12 elektrochemisch umgesetzt, wobei Strom und Wärme, beispielsweise für ein Gebäude, erzeugt werden. Dabei wird der anodenseitig zugeführte Wasserstoff oxidiert, während der kathodenseitig zugeführte Sauerstoff, bzw. die kathodenseitig zugeführte Luft, reduziert wird.
  • Unter einem Normalbetrieb ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der planmäßige Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 bei üblicher Beanspruchung zu verstehen. Insbesondere ist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Normalbetrieb auch in der Lage den maximal möglichen Wirkungsgrad zu erreichen. Entsprechend kann im Rahmen dieser Erfindung unter einem Normalbetrieb auch ein Lastbetrieb verstanden werden. Im Normalbetrieb wird die gezeigte Brennstoffzelleneinheit 12 bei Betriebstemperaturen zwischen 500 °C und 1000 °C betrieben.
  • Im Normalbetrieb entsteht bei der anodenseitigen Oxidation des Wasserstoffs Wasser, bzw. Wasserdampf, welches als ein Teil des Anodenabgases über eine Rezirkulationsleitung 22 einem Reformer 24 zugeführt wird. Der Reformer 24 ist dazu vorgesehen Brennstoff, im gezeigten Ausführungsbeispiel Erdgas (CH4), derart zu reformieren, dass Wasserstoff für die chemische Umsetzung in der Brennstoffzelleneinheit 12 zur Verfügung steht.
  • Der Brennstoff, bzw. das Erdgas, wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über eine Brennstoffleitung 26 zugeführt, während der Sauerstoff, bzw. die Luft, über eine Luftleitung 27 der Brennstoffzellenvorrichtung zugeführt wird. Bei der Luft handelt es sich dabei um Umgebungsluft, die beispielsweise über eine Öffnung im Gehäuse der Brennstoffzellenvorrichtung angesaugt wird.
  • Im Normalbetrieb wird der Brennstoff, bzw. das Erdgas, direkt dem Reformer 24 zugeführt. Dort wird der Brennstoff unter Hinzunahme des Wassers, welches mittels der Rezirkulationsleitung 22 von der Brennstoffzelleneinheit 12 rückgeführt wird, zumindest teilweise zu Wasserstoff reformiert. Entsprechend handelt es sich bei dem Reformer 24 um einen Dampfreformer.
  • Bei der Reformierung des Brennstoffs, bzw. des Erdgases, entsteht neben dem benötigten Wasserstoff auch teilweise Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Das Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid werden ebenfalls, zusammen mit dem Wasserstoff, der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführt. In der Brennstoffzelleneinheit 12 wird das Kohlenstoffmonoxid unter Entstehung von weiterem Kohlenstoffdioxid zumindest teilweise oxidiert. Jedoch ist es unter Umständen möglich dass ein Teil des Kohlenstoffmonoxids nicht oxidiert wird. So beinhaltet das Anodenabgas zumindest teilweise nicht oxidiertes Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Wasser und nicht umgesetzten Wasserstoff.
  • Auf der Kathodenseite der Brennstoffzelleneinheit 12 wiederum wird der zugeführte Sauerstoff, bzw. die zugeführte Luft, nicht vollständig reduziert. So beinhaltet das Kathodenabgas zumindest teilweise nicht reduzierten Sauerstoff, bzw. Luft.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Anodenabgas über die Anodenabgasleitung 28 abgeführt. Ein Teil des Anodenabgases wird über die Abgasleitung 28 einem Nachbrenner 32 zugeführt und ein anderer Teil über die Rezirkulationsleitung 22, welche an die Anodenabgasleitung 28 anschließt, dem Reformer 24 für eine Reformierung des Brennstoffs rückgeführt. Da in der Rezirkulationsleitung 22 ebenfalls Anodenabgas geführt wird, kann diese im Rahmen dieser Erfindung ebenfalls als eine Abgasleitung verstanden werden. Das Kathodenabgas wiederum wird über die Kathodenabgasleitung 30 von der Brennstoffzelleneinheit 12 abgeführt und dem Nachbrenner 32 zugeführt.
  • Mittels des Nachbrenners 32 wird dann das verbleibende Kohlenstoffmonoxid aus dem Anodenabgas zusammen mit dem verbleibenden Sauerstoff, bzw. zusammen mit der verbleibenden Luft, aus dem Kathodenabgas zu Kohlenstoffdioxid verbrannt, bzw. oxidiert. In der Brennstoffzelleneinheit 12 nicht umgesetzter Wasserstoff wird in dem Nachbrenner 32 ebenfalls zusammen mit dem verbleibenden Sauerstoff, bzw. zusammen mit der verbleibenden Luft, aus dem Kathodenabgas verbrannt, bzw. oxidiert. Das in dem Nachbrenner 32 entstehende heiße Abgas wird anschließend über eine Abgasleitung 34 abgeführt. Dabei durchläuft das heiße Abgas einen Wärmeübertrager 36, mittels welchem Wärme von dem heißen Abgas teilweise auf den eingangs zugeführten Sauerstoff, bzw. die eingangs zugeführte Luft, in der Luftleitung 27 übertragen wird. So wird der zugeführte Sauerstoff, bzw. die zugeführte Luft, für die gewünschte Reaktion in der Brennstoffzelleneinheit 12 vorgewärmt.
  • Wie bereits erwähnt, wird der Brennstoff, bzw. das Erdgas, im Normalbetrieb direkt dem Reformer 24 zugeführt, wo er unter Hinzunahme des mittels der Rezirkulationsleitung 22 rückgeführten Wassers im Anodenabgas zumindest teilweise zu Wasserstoff reformiert wird. Im Normalbetrieb entsteht in der Brennstoffzelleneinheit 12 in der Regel ausreichend Wasser, welches über die Rezirkulationsleitung 22 für die Reformierung rückgeführt werden kann. Befindet sich die Brennstoffzellenvorrichtung jedoch nicht in einem Normalbetrieb, sondern beispielsweise in einem initialen Startbetrieb, so ist noch kein Wasserstoff vorhanden, welcher in der Brennstoffzelleneinheit 12 zu Wasser umgesetzt werden könnte. Entsprechend ist auch noch kein Wasser vorhanden, welches für die Reformierung dem Reformer 24 zugeführt werden könnte.
  • Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist nun eine Befeuchtungseinheit 40 zur Befeuchtung von Brennstoff bei einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung auf, wodurch Wasser für eine initiale Reformierung des Brennstoffs zur Verfügung gestellt wird. Dadurch werden keine separaten Anschlüsse mehr benötigt, durch die Wasser oder Wasserstoff für einen Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zugeführt werden müsste.
  • Unter einem Startbetrieb ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Betrieb zu verstehen, bei dem die Brennstoffzellenvorrichtung angefahren wird. Insbesondere soll die Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Startbetrieb auf die Betriebstemperaturen gebracht werden, die im Normalbetrieb üblicherweise vorliegen.
  • Die Befeuchtungseinheit 40 ist in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zur Beladung mit Wasser strömungstechnisch mit einer Abgasleitung 22, 28, 34, in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Anodenabgasleitung 28, verbunden, wodurch während dem Normalbetrieb Wasser für einen ggf. späteren Startbetrieb, bei welchem ein Aufheizen der Brennstoffzellenvorrichtung 10 erfolgt, gespeichert wird.
  • Die vorliegende Brennstoffzellenvorrichtung 10 zeichnet sich nun vor allem dadurch aus, dass die Befeuchtungseinheit 40 strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung 22, 28, 34, in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Anodenabgasleitung 28, angeordnet ist, wodurch die Befeuchtungseinheit 40 sowohl im Normalbetrieb als auch im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung durch Abgas bewahrt wird.
  • Befindet sich die Brennstoffzellenvorrichtung 10 nicht in einem Normalbetrieb, bspw. in einem Startbetrieb, so weist das Abgas - wie bereits erläutert - in der Regel kein Wasser auf und neigt dazu eine Entladung der Befeuchtungseinheit 40 herbeizuführen. Dadurch, dass die Befeuchtungseinheit 40 nun strömungstechnisch parallel angeordnet ist, kann ein Entladen der Befeuchtungseinheit 40 gezielt verhindert werden.
  • Mittels eines Drei-Wege-Ventils 42 wird eingestellt, ob Abgas durch die Befeuchtungseinheit 40 für eine Beladung mit Wasser strömt oder nicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Drei-Wege-Ventil 42 in einem Normalbetrieb derart eingestellt, dass das Anodenabgas, welches Wasser enthält, über die Leitungen 46 und 48 so lange durch die Befeuchtungseinheit 40 strömt, bis die Befeuchtungseinheit 40 vollständig oder nahezu vollständig geladen ist. Die Zeitspanne wie lange die Befeuchtungseinheit 40 durchströmt werden soll, bis eine vollständige oder nahezu vollständige Beladung mit Wasser erfolgt ist, kann über eine Schätzung, eine kalkulatorische Berechnung und/oder auf Basis von reellen Messwerten ermittelt werden. Anschließend wird das Drei-Wege-Ventil 42 während des weiteren Normalbetriebs so eingestellt, dass das Anodenabgas nicht durch die Befeuchtungseinheit 40 strömen kann, wodurch diese geschont und vor einer Entladung durch ggf. andere im Anodenabgas enthaltene Stoffe bewahrt wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Anodenabgas nur teilweise durch die Befeuchtungseinheit 40 strömt. So wäre es auch möglich, weitere Abgasleitungen anzuordnen, die strömungstechnisch parallel zur Befeuchtungseinheit 40 verlaufen.
  • Befindet sich die Brennstoffzellenvorrichtung 10 in einem Startbetrieb, so wird das Drei-Wege-Ventil 42 so eingestellt, dass kein Abgas über die Leitungen 46 und 48 durch die Befeuchtungseinheit 40 strömen kann, bis ein Normalbetrieb erreicht ist oder bis die im Abgas enthaltene Wasserkonzentration ausreicht um eine gewünschte Beladung der Befeuchtungseinheit 40 mit Wasser herbeizuführen.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Befeuchtungseinheit 40 zur Beladung von Wasser strömungstechnisch mit der Rezirkulationsleitung 22 verbunden, wodurch analog zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel während einem Normalbetrieb Wasser für einen ggf. späteren Starbetrieb gespeichert wird.
  • In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Befeuchtungseinheit 40 strömungstechnisch parallel zu der Rezirkulationsleitung 22 angeordnet, wodurch ebenfalls analog zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Befeuchtungseinheit 40 sowohl im Normalbetrieb als auch im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung durch Abgas bewahrt bleibt.
  • Sowohl in den Ausführungsbeispielen aus 1, als auch in dem Ausführungsbeispiel aus 2, ist die Befeuchtungseinheit 40 im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zur Entladung von Wasser, bzw. zur Befeuchtung des Brennstoffes, strömungstechnisch mit der Brennstoffleitung 26 verbunden, wodurch eine effiziente Befeuchtung des Brennstoffs ermöglicht wird.
  • Die Befeuchtungseinheit 40 ist dabei über die Leitungen strömungstechnisch parallel zu der Brennstoffleitung angeordnet, wodurch je nach Betriebsart, ob Normalbetrieb oder Startbetrieb, flexibel eingestellt werden kann ob ein Entladen von Wasser, bzw. ein Befeuchten des Brennstoffs, tatsächlich stattfinden soll oder nicht.
  • So wird die Befeuchtungseinheit 40 im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 von einer Entladung von Wasser bewahrt, indem ein weiteres Drei-Wege-Ventil 44 so eingestellt wird dass der zugeführte Brennstoff nicht durch die Befeuchtungseinheit 40 strömt. Entsprechend findet im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 keine Befeuchtung des zugeführten Brennstoffs statt, außer der mittels der Rezirkulationsleitung 22 rückgeführte Wassergehalt im Anodenabgas ist derart gering, dass die gewünschte Reformierung des Brennstoffs im Reformer 24 nicht stattfinden kann.
  • Im Startbetrieb hingegen wird das weitere Drei-Wege-Ventil 44 so eingestellt, dass der zugeführte Brennstoff durch die Befeuchtungseinheit 40 strömt und somit für die darauffolgende Reformierung im Reformer 24 befeuchtet wird. Bei der Befeuchtung des Brennstoffs findet in der Befeuchtungseinheit 40 entsprechend eine Entladung von Wasser statt.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Ausführungsbeispiels einer Befeuchtungseinheit 40 gezeigt. Die Befeuchtungseinheit 40 weist ein Material 54, im gezeigten Fall ein poröses Material 54 zur Adsorption und/oder Desorption von Wasser auf, so kann die Befeuchtungseinheit 40 von Abgas oder Brennstoff durchflossen werden, wobei ein effizientes Beladen oder Entladen von Wasser stattfinden kann.
  • Bei dem Material handelt es sich um ein Material aus der Stoffgruppe der Zeolithe, wodurch eine besonders effiziente Adsorption und/oder Desorption von Wasser ermöglicht wird.
  • Das Material weist eine hohe aktive Oberfläche auf, wodurch in einer bestimmten Zeitspanne eine große Menge an Wasser adsorbiert und/oder desorbiert werden kann.
  • In 4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die gezeigte Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ein Kühlelement 56 zum Abkühlen von Abgasen, im gezeigten Fall der Anodenabgase, auf. Mittels des Kühlelements wird das Abgas, im gezeigten Fall das Anodenabgas, abgekühlt, wodurch eine effektivere Beladung, bzw. Adsorption, von Wasser in der Befeuchtungseinheit 40 erfolgen kann.
  • Das Kühlelement ist in der Leitung 46 stromaufwärts der Befeuchtungseinheit 40 angeordnet. Alternativ wäre es auch denkbar, dass das Kühlelement 56 in die Befeuchtungseinheit 40 integriert ist.
  • Bei dem Kühlelement 56 handelt es sich in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Kühler, welcher mittels eines Kühlmediums das Abgas abkühlt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Kühlelement ein Wärmeübertrager ist, welcher Wärme von dem Abgas auf eine andere Leitung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 abführt, so dass eine Abkühlung des Abgases erfolgt. Beispielsweise könnte die Wärme des Abgases auf die Luft in der Luftleitung 27 übertragen werden.
  • In 5 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die gezeigte Brennstoffzellenvorrichtung weist ein Heizelement 58 zum Aufheizen von Brennstoff auf. Mittels des Heizelements 58 wird der Brennstoff aufgeheizt, wodurch eine effektivere Entladung, bzw. Desorption, von Wasser in der Befeuchtungseinheit 40 erfolgen kann.
  • Das Heizelement 58 ist in der Leitung 50 stromaufwärts der Befeuchtungseinheit 40 angeordnet. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Heizelement 58 in die Befeuchtungseinheit 40 integriert ist.
  • Bei dem Heizelement handelt es sich in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Heizdraht. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Heizelement ein Wärmeübertrager ist, welcher Wärme aus einer anderen Leitung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 abgreift, um den Brennstoff zu erwärmen. Beispielsweise könnte die Wärme des Abgases aus der Abgasleitung 34 genutzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2010/0028734 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Brennstoffzellenvorrichtung (10) aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) zur Befeuchtung von Brennstoff bei einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10), wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Beladung von Wasser strömungstechnisch mit einer Abgasleitung (22, 28, 34) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung (22, 28, 34) angeordnet ist.
  2. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Entladung von Wasser strömungstechnisch mit einer Brennstoffleitung (26) verbunden ist, wobei insbesondere die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) strömungstechnisch parallel zu der Brennstoffleitung (26) angeordnet ist.
  3. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) ein Material (54), insbesondere poröses Material (54), vorzugsweise aus der Stoffgruppe der Zeolithe, insbesondere mit einer hohen aktiven Oberfläche, zur Adsorption und/oder Desorption von Wasser aufweist.
  4. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) ein Kühlelement (56) zum Abkühlen von Abgas, insbesondere Anodenabgas, aufweist.
  5. Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) ein Heizelement (58) zum Aufheizen von Brennstoff aufweist.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (40), insbesondere einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) zur Befeuchtung von Brennstoff, wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Beladung von Wasser mit Abgas durchspült wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung bewahrt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zum Entladen von Wasser mit Brennstoff durchspült wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Beladen von Wasser durch eine Adsorption erfolgt und/oder das Entladen von Wasser durch eine Desorption erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas mittels eines Kühlelements (56) abgekühlt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff mittels eines Heizelements (58) aufgewärmt wird.
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