DE102018204611A1 - Fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1), umfassend eine Brennstoffzelleneinheit (3) mit einer Anode (21) und einer Kathode (22), welche voneinander durch eine Membran (18) getrennt sind, und eine Zufuhrleitung (66) zur Zuführung von Zuluft zu der Kathode (22). Dabei ist mindestens ein Sorptionsspeicher (31, 32) vorgesehen, welcher derart mit der Zufuhrleitung (66) verbindbar ist, dass der Kathode (22) zugeführte Zuluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) durchströmt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems (1), wobei der Kathode (22) der Brennstoffzelleneinheit (3) über eine Zufuhrleitung (66) Zuluft zugeführt wird, wobei der Kathode (22) zugeführte Zuluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) durchströmt.The invention relates to a fuel cell system (1), comprising a fuel cell unit (3) with an anode (21) and a cathode (22), which are separated from each other by a membrane (18), and a supply line (66) for supplying fresh air the cathode (22). In this case, at least one sorption storage (31, 32) is provided which can be connected to the supply line (66) such that the supply air supplied to the cathode (22) flows through the at least one sorption storage (31, 32). The invention also relates to a method for operating a fuel cell system (1) according to the invention, wherein the cathode (22) of the fuel cell unit (3) via a supply line (66) supply air is supplied, wherein the cathode (22) supply air supplied to the at least one Sorptionsspeicher (31 , 32) flows through.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, welches eine Brennstoffzelleneinheit mit einer Anode und einer Kathode, welche voneinander durch eine Membran getrennt sind, und eine Zufuhrleitung zur Zuführung von Zuluft zu der Kathode umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system comprising a fuel cell unit having an anode and a cathode, which are separated from each other by a membrane, and a supply line for supplying supply air to the cathode. The invention also relates to a method for operating a fuel cell system according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.A fuel cell is a galvanic cell that converts the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidant into electrical energy. A fuel cell is therefore an electrochemical energy converter. In known fuel cells in particular hydrogen (H2) and oxygen (O2) in water (H2O), electrical energy and heat are converted.

Unter anderem sind Protonenaustauschmembran (Proton-Exchange-Membran = PEM) -Brennstoffzellen bekannt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen eine zentral angeordnete Membran auf, die für Protonen, also für Wasserstoffionen, durchlässig ist. Das Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich von dem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, getrennt. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen weisen ferner eine Anode und eine Kathode auf. Der Brennstoff wird an der Anode der Brennstoffzelle zugeführt und katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Die Protonen gelangen durch die Membran zu der Kathode. Die abgegebenen Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen externen Stromkreis zu der Kathode.Among others, proton exchange membrane (proton exchange membrane = PEM) fuel cells are known. Proton exchange membrane fuel cells have a centrally arranged membrane which is permeable to protons, that is to say to hydrogen ions. The oxidizing agent, in particular atmospheric oxygen, is spatially separated from the fuel, in particular hydrogen. Proton exchange membrane fuel cells further include an anode and a cathode. The fuel is supplied to the anode of the fuel cell and catalytically oxidized to protons with release of electrons. The protons pass through the membrane to the cathode. The emitted electrons are discharged from the fuel cell and flow through an external circuit to the cathode.

Das Oxidationsmittel wird an der Kathode der Brennstoffzelle zugeführt und es reagiert durch Aufnahme der Elektronen aus dem externen Stromkreis und Protonen, die durch die Membran zur Kathode gelangt sind, zu Wasser. Das so entstandene Wasser wird aus der Brennstoffzelle abgeleitet. Die Bruttoreaktion lautet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O The oxidant is supplied to the cathode of the fuel cell and it reacts by absorbing the electrons from the external circuit and protons that have passed through the membrane to the cathode to water. The resulting water is discharged from the fuel cell. The gross reaction is: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

Zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle liegt dabei eine Spannung an. Zur Erhöhung der Spannung können mehrere Brennstoffzellen mechanisch hintereinander zu einem Brennstoffzellenstapel angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet werden.In this case, a voltage is applied between the anode and the cathode of the fuel cell. To increase the voltage, a plurality of fuel cells can be arranged mechanically one behind the other to form a fuel cell stack and electrically connected in series.

Die Membran der Membran-Elektrodeneinheit muss feucht gehalten werden damit die Brennstoffzelle ordnungsgemäß funktioniert. Insbesondere bei Betrieb der Brennstoffzelle bei verhältnismäßig hoher Temperatur sowie bei höherem Druck kann die Membran aufgrund der erhöhten Wasseraufnahmefähigkeit der Luft austrocknen, wodurch die Funktion der Brennstoffzelle beeinträchtigt werden kann.The membrane of the membrane electrode assembly must be kept moist for the fuel cell to function properly. In particular, during operation of the fuel cell at a relatively high temperature and at higher pressure, the membrane may dry out due to the increased water absorbency of the air, whereby the function of the fuel cell may be impaired.

Aus den Dokumenten CA 2 400 677 A1 und CA 2 400 677 C ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, welches eine Brennstoffzelle und eine Befeuchtungsvorrichtung umfasst. Die Befeuchtungsvorrichtung weist dabei einen Membran-Austauschbefeuchter auf. Feuchte Abluft von der Brennstoffzelle wird durch die Befeuchtungsvorrichtung über eine Seite der Membran geleitet, wobei Wasser durch die Membran hindurch diffundiert. Über die andere Seite der Membran wird Zuluft für die Brennstoffzelle geleitet, welche das durch die Membran hindurch diffundierte Waser aufnimmt und dadurch befeuchtet wird.From the documents CA 2 400 677 A1 and CA 2 400 677 C For example, a fuel cell system is known that includes a fuel cell and a humidifier. The moistening device in this case has a membrane exchange humidifier. Damp exhaust air from the fuel cell is passed through the humidifier on one side of the membrane, with water diffusing through the membrane. Supply air for the fuel cell is conducted via the other side of the membrane, which absorbs the water which has diffused through the membrane and is thereby moistened.

Das Dokument CA 2 435 199 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und einer Befeuchtungsvorrichtung. Der feuchten Abluft von der Brennstoffzelle wird in der Befeuchtungsvorrichtung Wasser entzogen. Dieses Wasser dient zur Befeuchtung der Zuluft für die Brennstoffzelleneinheit.The document CA 2 435 199 A1 discloses a fuel cell system including a fuel cell and a humidifier. The moist exhaust air from the fuel cell is deprived of water in the humidifier. This water is used to humidify the supply air for the fuel cell unit.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, welches eine Brennstoffzelleneinheit mit einer Anode und einer Kathode umfasst. Die Anode und die Kathode sind voneinander durch eine Membran getrennt. Das Brennstoffzellensystem umfasst auch eine Zufuhrleitung zur Zuführung von Zuluft zu der Kathode der Brennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise umfasst das Brennstoffzellensystem auch eine Brennstoffleitung zur Zuführung eines Brennstoffs zu der Anode der Brennstoffzelleneinheit. Bei dem Brennstoff handelt es sich beispielsweise um Wasserstoff. Die Zuluft enthält ein Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff.A fuel cell system is proposed, which comprises a fuel cell unit with an anode and a cathode. The anode and the cathode are separated from each other by a membrane. The fuel cell system also includes a supply line for supplying supply air to the cathode of the fuel cell unit. Preferably, the fuel cell system also includes a fuel line for supplying a fuel to the anode of the fuel cell unit. The fuel is, for example, hydrogen. The supply air contains an oxidizing agent, in particular oxygen.

Erfindungsgemäß ist mindestens ein Sorptionsspeicher vorgesehen, welcher derart mit der Zufuhrleitung verbindbar ist, dass Zuluft, welche der Kathode der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird, den mindestens einen Sorptionsspeicher durchströmt.According to the invention, at least one sorption reservoir is provided, which can be connected to the supply line in such a way that supply air, which is supplied to the cathode of the fuel cell unit, flows through the at least one sorption reservoir.

In dem mindestens einen Sorptionsspeicher ist Wasser gespeichert. Durch das Durchströmen der Zuluft, insbesondere bei hoher Temperatur der Zuluft, wird in dem mindestens einen Sorptionsspeicher eine Desorption verursacht, wodurch das gespeicherte Wasser an die trockene Zuluft abgegeben wird. Dabei wird die Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit befeuchtet. Dadurch erfolgt auch eine Befeuchtung der Membran der Brennstoffzelleneinheit.In the at least one Sorptionsspeicher water is stored. By flowing through the supply air, especially at high temperature of the supply air, a desorption is caused in the at least one sorption, whereby the stored water is discharged to the dry supply air. In this case, the supply air for the cathode of the fuel cell unit is moistened. As a result, there is also a moistening of the membrane of the fuel cell unit.

Der mindestens eine Sorptionsspeicher kann als Absorptionsspeicher ausgeführt sein und ein Speichermaterial aufweisen, wobei Wasser innerhalb des Speichermaterials gespeichert wird. Der mindestens eine Sorptionsspeicher kann auch als Adsorptionsspeicher ausgeführt sein und ein Speichermaterial aufweisen, wobei Wasser auf einer Oberfläche des Speichermaterials gespeichert wird. The at least one sorption storage can be embodied as a absorption storage and have a storage material, wherein water is stored within the storage material. The at least one sorption storage can also be designed as adsorption storage and have a storage material, wherein water is stored on a surface of the storage material.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Bypasszuleitung vorgesehen, welche derart mit der Zufuhrleitung verbindbar ist, dass Zuluft, welche der Kathode der Brennstoffzelleneinheit zugeführt wird, den mindestens einen Sorptionsspeicher umgeht. Die durch die Bypasszuleitung strömende Zuluft strömt somit an dem mindestens einen Sorptionsspeicher vorbei in die Kathode und wird nicht zusätzlich befeuchtet.According to an advantageous embodiment of the invention, a bypass supply line is provided which can be connected to the supply line such that supply air which is supplied to the cathode of the fuel cell unit bypasses the at least one sorption storage. The supply air flowing through the bypass feed line thus flows past the at least one sorption store into the cathode and is not additionally moistened.

Dadurch ist eine Regelung der Feuchtigkeit der Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit möglich. Durch die Regelung der Menge der Zuluft, welche durch den Sorptionsspeicher strömt, und der Menge der Zuluft, welche durch die Bypasszuleitung an dem Sorptionsspeicher vorbei strömt, kann die gewünschte relative Feuchte der Zuluft eingestellt werden. Damit ist es möglich, die optimale relative Feuchte für Membran der Brennstoffzelleneinheit in jedem Betriebspunkt einzustellen.This makes it possible to control the humidity of the supply air for the cathode of the fuel cell unit. By controlling the amount of supply air flowing through the Sorptionsspeicher, and the amount of supply air flowing through the bypass supply to the Sorptionsspeicher over, the desired relative humidity of the supply air can be adjusted. This makes it possible to set the optimum relative humidity for membrane of the fuel cell unit at each operating point.

Vorzugsweise ist auch eine Abfuhrleitung zur Abführung von Abluft von der Kathode vorgesehen. Die Abluft enthält dabei überschüssiges Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff, und durch die Reaktion in der Brennstoffzelleneinheit entstandenes Wasser. Der mindestens eine Sorptionsspeicher ist derart mit der Abfuhrleitung verbindbar, dass Abluft, welche von der Kathode der Brennstoffzelleneinheit abgeführt wird, den mindestens einen Sorptionsspeicher durchströmt.Preferably, a discharge line for the removal of exhaust air from the cathode is provided. The exhaust air contains excess oxidant, in particular oxygen, and water formed by the reaction in the fuel cell unit. The at least one sorption reservoir can be connected to the discharge line in such a way that exhaust air, which is discharged from the cathode of the fuel cell unit, flows through the at least one sorption reservoir.

Durch das Durchströmen der Abluft wird in dem mindestens einen Sorptionsspeicher eine Sorption des in der Abluft enthaltenen Wassers verursacht, wodurch das Wasser an den mindestens einen Sorptionsspeicher abgegeben wird. Das Wasser wird dabei in dem mindestens einen Sorptionsspeicher gespeichert. Somit enthält der mindestens eine Sorptionsspeicher Wasser zur Befeuchtung der Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit.By flowing through the exhaust air sorption of the water contained in the exhaust air is caused in the at least one Sorptionsspeicher, whereby the water is discharged to the at least one Sorptionsspeicher. The water is stored in the at least one sorption storage. Thus, the at least one sorption reservoir contains water for humidifying the supply air for the cathode of the fuel cell unit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Bypassableitung vorgesehen, welche derart mit der Abfuhrleitung verbindbar ist, dass von der Kathode abgeführte Abluft den mindestens einen Sorptionsspeicher umgeht. Die durch die Bypassableitung strömende Abluft strömt somit an dem mindestens einen Sorptionsspeicher vorbei und gibt dadurch kein Wasser an den mindestens einen Sorptionsspeicher ab.According to an advantageous embodiment of the invention, a bypass discharge is provided which can be connected to the discharge line such that exhaust air discharged from the cathode bypasses the at least one sorption storage. The exhaust air flowing through the bypass discharge thus flows past the at least one sorption reservoir and thereby does not deliver water to the at least one sorption reservoir.

Dadurch ist eine Regelung der Menge an in dem Sorptionsspeicher gespeicherten Wasser möglich. Durch die Regelung der Menge der Abluft, welche durch den Sorptionsspeicher strömt, und der Menge der Abluft, welche durch die Bypassableitung an dem Sorptionsspeicher vorbei strömt, kann die gewünschte Menge an in dem Sorptionsspeicher gespeicherten Wasser eingestellt werden.This makes it possible to control the amount of water stored in the sorption storage. By regulating the amount of exhaust air flowing through the sorption accumulator and the amount of exhaust air flowing past the sorption accumulator through bypass discharge, the desired amount of water stored in the sorption accumulator can be adjusted.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind ein erster Sorptionsspeicher und ein zweiter Sorptionsspeicher vorgesehen. Der erste Sorptionsspeicher und der zweite Sorptionsspeicher sind derart mit der Zufuhrleitung und mit der Abfuhrleitung verbindbar, dass der Kathode zugeführte Zuluft den ersten Sorptionsspeicher durchströmt, und gleichzeitig von der Kathode abgeführte Abluft den zweiten Sorptionsspeicher durchströmt.According to an advantageous development of the invention, a first sorption storage and a second sorption storage are provided. The first sorption and the second sorption are so connected to the supply line and the discharge line, that the cathode supplied supply air flows through the first sorption, and simultaneously discharged from the cathode exhaust air flows through the second Sorptionsspeicher.

Dabei wird die Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit beim Durchströmen des ersten Sorptionsspeichers befeuchtet. Gleichzeitig wird Wasser von der Abluft von der Kathode an den zweiten Sorptionsspeicher abgegeben.The supply air for the cathode of the fuel cell unit is humidified while flowing through the first sorption storage. At the same time, water is released from the exhaust air from the cathode to the second sorption reservoir.

Der erste Sorptionsspeicher und der zweite Sorptionsspeichersind dabei auch derart mit der Zufuhrleitung und mit der Abfuhrleitung verbindbar, dass der Kathode zugeführte Zuluft den zweiten Sorptionsspeicher durchströmt, und gleichzeitig von der Kathode abgeführte Abluft den ersten Sorptionsspeicher durchströmt.The first sorption storage and the second sorption storage are also connectable to the supply line and to the removal line in such a way that the supply air supplied to the cathode flows through the second sorption store, and at the same time exhaust air discharged from the cathode flows through the first sorption store.

Dabei wird die Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit beim Durchströmen des zweiten Sorptionsspeichers befeuchtet. Gleichzeitig wird Wasser von der Abluft von der Kathode an den ersten Sorptionsspeicher abgegeben.The supply air for the cathode of the fuel cell unit is humidified while flowing through the second sorption storage. At the same time, water is released from the exhaust air from the cathode to the first sorption reservoir.

So kann abwechselnd einer der beiden Sorptionsspeicher Wasser von der Abluft von der Kathode sorbieren, während gleichzeitig der andere Sorptionsspeicher Wasser an die Zuluft für die Kathode abgibt. Wenn der eine Sorptionsspeicher eine ausreichende Menge Wasser enthält und/oder wenn der andere Sorptionsspeicher eine zu geringe Menge Wasser enthält, erfolgt eine Umschaltung.Thus, alternately one of the two Sorptionsspeicher sorb water from the exhaust air from the cathode, while at the same time emits the other Sorptionsspeicher water to the supply air for the cathode. If the one sorption storage contains a sufficient amount of water and / or if the other sorption storage contains too small a quantity of water, a changeover takes place.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der mindestens eine Sorptionsspeicher eine Kühlvorrichtung und/oder eine Heizvorrichtung. Beispielsweise umfasst der mindestens eine Sorptionsspeicher einen Wärmetauscher, welcher von einem Kühlmittel und/oder von einem Heizmittel durchfließbar ist. Bevorzugt weist der mindestens eine Sorptionsspeicher Anschlüsse zur Durchleitung eines Fluids auf, welches ein Heizmittel sowie ein Kühlmittel sein kann. Der mindestens eine Sorptionsspeicher kann aber auch getrennte Anschlüsse für das Heizmittel und für das Kühlmittel aufweisen.According to an advantageous development of the invention, the at least one sorption reservoir comprises a cooling device and / or a heating device. For example, the at least one sorption reservoir comprises a heat exchanger, which can be flowed through by a coolant and / or by a heating medium. The at least one sorption reservoir preferably has connections for the passage of a fluid, which may be a heating medium and a coolant. However, the at least one sorption storage can also have separate connections for the heating means and for the coolant.

Es wird auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems vorgeschlagen. Dabei wird der Kathode der Brennstoffzelleneinheit über eine Zufuhrleitung Zuluft zugeführt wird, wobei der Kathode zugeführte Zuluft den mindestens einen Sorptionsspeicher durchströmt. In dem mindestens einen Sorptionsspeicher ist Wasser gespeichert. Durch das Durchströmen der Zuluft, insbesondere bei hoher Temperatur der Zuluft, wird in dem mindestens einen Sorptionsspeicher eine Desorption verursacht, wodurch das gespeicherte Wasser an die trockene Zuluft abgegeben wird. Dabei wird die Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit befeuchtet. Dadurch erfolgt auch eine Befeuchtung der Membran der Brennstoffzelleneinheit. A method for operating a fuel cell system according to the invention is also proposed. In this case, the cathode of the fuel cell unit is supplied via a feed line supply air, wherein the cathode supplied supply air flows through the at least one Sorptionsspeicher. In the at least one Sorptionsspeicher water is stored. By flowing through the supply air, especially at high temperature of the supply air, a desorption is caused in the at least one sorption, whereby the stored water is discharged to the dry supply air. In this case, the supply air for the cathode of the fuel cell unit is moistened. As a result, there is also a moistening of the membrane of the fuel cell unit.

Vorzugsweise wird von der Kathode der Brennstoffzelleneinheit über eine Abfuhrleitung Abluft abgeführt, wobei von der Kathode abgeführte Abluft den mindestens einen Sorptionsspeicher durchströmt. Durch das Durchströmen der Abluft wird in dem mindestens einen Sorptionsspeicher eine Sorption des in der Abluft enthaltenen Wassers verursacht, wodurch das Wasser an den mindestens einen Sorptionsspeicher abgegeben wird. Das Wasser wird dabei in dem mindestens einen Sorptionsspeicher gespeichert. Somit enthält der mindestens eine Sorptionsspeicher Wasser zur Befeuchtung der Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit.Preferably, exhaust air is discharged from the cathode of the fuel cell unit via a discharge line, wherein exhaust air discharged from the cathode flows through the at least one sorption storage. By flowing through the exhaust air sorption of the water contained in the exhaust air is caused in the at least one Sorptionsspeicher, whereby the water is discharged to the at least one Sorptionsspeicher. The water is stored in the at least one sorption storage. Thus, the at least one sorption reservoir contains water for humidifying the supply air for the cathode of the fuel cell unit.

Bevorzugt sind ein erster Sorptionsspeicher und ein zweiter Sorptionsspeicher vorgesehen, wobei der Kathode zugeführte Zuluft den ersten Sorptionsspeicher durchströmt, und gleichzeitig von der Kathode abgeführte Abluft den zweiten Sorptionsspeicher durchströmt. Dabei wird die Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit beim Durchströmen des ersten Sorptionsspeichers befeuchtet. Gleichzeitig wird Wasser von der Abluft von der Kathode an den zweiten Sorptionsspeicher abgegeben.Preferably, a first Sorptionsspeicher and a second Sorptionsspeicher are provided, wherein the cathode supplied supply air flows through the first Sorptionsspeicher, and simultaneously discharged from the cathode exhaust air flows through the second Sorptionsspeicher. The supply air for the cathode of the fuel cell unit is humidified while flowing through the first sorption storage. At the same time, water is released from the exhaust air from the cathode to the second sorption reservoir.

Alternativ durchströmt der Kathode zugeführte Zuluft den zweiten Sorptionsspeicher, und gleichzeitig durchströmt von der Kathode abgeführte Abluft den ersten Sorptionsspeicher. Dabei wird die Zuluft für die Kathode der Brennstoffzelleneinheit beim Durchströmen des zweiten Sorptionsspeichers befeuchtet. Gleichzeitig wird Wasser von der Abluft von der Kathode an den ersten Sorptionsspeicher abgegeben.Alternatively, the supply air supplied to the cathode flows through the second sorption storage, and at the same time exhaust air discharged from the cathode flows through the first sorption storage. The supply air for the cathode of the fuel cell unit is humidified while flowing through the second sorption storage. At the same time, water is released from the exhaust air from the cathode to the first sorption reservoir.

Vorteilhaft wird der mindestens eine Sorptionsspeicher gekühlt. Insbesondere wird der mindestens eine Sorptionsspeicher gekühlt, während der mindestens eine Sorptionsspeicher von der Abluft durchströmt wird. Dadurch wird bei der Sorption des Wassers frei werdende Sorptionswärme abgeführt. Beispielsweise wird der mindestens eine Sorptionsspeicher dazu von einem Kühlmittel durchflossen.Advantageously, the at least one sorption reservoir is cooled. In particular, the at least one sorption reservoir is cooled, while the at least one sorption reservoir is flowed through by the exhaust air. As a result, sorption heat released during the sorption of the water is removed. For example, a coolant flows through the at least one sorption reservoir.

Vorteilhaft wird der mindestens eine Sorptionsspeicher beheizt. Insbesondere wird der mindestens eine Sorptionsspeicher beheizt, während der mindestens eine Sorptionsspeicher von der Zuluft durchströmt wird. Dadurch wird Wärme zugeführt, die bei der Desorption des Wassers verbraucht wird. Beispielsweise wird der mindestens eine Sorptionsspeicher dazu von einem Heizmittel durchflossen.Advantageously, the at least one sorption storage is heated. In particular, the at least one sorption storage is heated while the at least one sorption storage is flowed through by the supply air. As a result, heat is supplied, which is consumed in the desorption of the water. For example, the at least one sorption storage device is flowed through by a heating medium.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems und insbesondere beim Betrieb des Brennstoffzellensystems mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die optimale relative Feuchte der Membran in jedem Betriebspunkt einzustellen. Die optimale Feuchte kann besonders gut eingestellt werden, wenn eine Bypasszuleitung und eine Bypassableitung vorgesehen sind, so dass Zuluft, beziehungsweise Abluft durch den mindestens einen Sorptionsspeichers und wahlweise daran vorbei geleitet werden können. Vorteilhaft kann die in der Brennstoffzelleneinheit entstehende Abwärme zum Beheizen des mindestens einen Sorptionsspeichers genutzt. Damit wird die Kühlung der Brennstoffzelleneinheit mit dem Beheizen des mindestens einen Sorptionsspeichers und mit der Befeuchtung der Membran kombiniert. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems vorteilhaft erhöht. Der Wirkungsgrad steigt hierbei mit zunehmender Brennstoffzellenabwärme und insbesondere mit zunehmender Kühlmitteltemperatur.Due to the inventive design of the fuel cell system and in particular during operation of the fuel cell system with the method according to the invention, it is possible to set the optimum relative humidity of the membrane at each operating point. The optimum humidity can be adjusted particularly well if a bypass supply line and a bypass outlet are provided, so that supply air, or exhaust air can be passed through the at least one Sorptionsspeichers and optionally past it. Advantageously, the waste heat generated in the fuel cell unit can be used to heat the at least one sorption storage. Thus, the cooling of the fuel cell unit is combined with the heating of the at least one sorption storage and with the humidification of the membrane. As a result, the efficiency of the fuel cell system is advantageously increased. The efficiency increases with increasing fuel cell heat and in particular with increasing coolant temperature.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelleneinheit,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell unit,
  • 2 a schematic representation of a fuel cell system according to a first embodiment,
  • 3 a schematic representation of a fuel cell system according to a second embodiment and
  • 4 a schematic representation of a fuel cell system according to a third embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of embodiments of the invention, the same or similar elements will be denoted by like reference numerals, with repeated description these elements is omitted in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelleneinheit 3 für ein Brennstoffzellensystem 1. Die Brennstoffzelleneinheit 3 weist mehrere, hier nicht explizit dargestellte Brennstoffzellen auf. Die Brennstoffzelleneinheit 3 weist eine Anode 21 und eine Kathode 22 auf. Die einzelnen Brennstoffzellen weisen jeweils negative Elektroden auf, welche gemeinsam die Anode 21 der Brennstoffzelleneinheit 3 bilden. Die einzelnen Brennstoffzellen weisen jeweils positive Elektroden auf, welche gemeinsam die Kathode 22 der Brennstoffzelleneinheit 3 bilden. 1 shows a schematic representation of a fuel cell unit 3 for a fuel cell system 1 , The fuel cell unit 3 has several, not explicitly shown fuel cells. The fuel cell unit 3 has an anode 21 and a cathode 22 on. The individual fuel cells each have negative electrodes, which together form the anode 21 the fuel cell unit 3 form. The individual fuel cells each have positive electrodes, which together form the cathode 22 the fuel cell unit 3 form.

Die Brennstoffzelleneinheit 3 weist ein negatives Terminal 11 auf, welches elektrisch mit der Anode 21 verbunden ist. Ebenso weist die Brennstoffzelleneinheit 3 ein positives Terminal 12 auf, welches elektrisch mit der Kathode 22 verbunden ist. Zwischen dem negativen Terminal 11 und dem positiven Terminal 12 der Brennstoffzelleneinheit 3 liegt im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 eine elektrische Spannung an. Zur Kühlung der Brennstoffzelleneinheit 3 ist eine hier nicht dargestellte Kühleinrichtung vorgesehen.The fuel cell unit 3 has a negative terminal 11 which is electrically connected to the anode 21 connected is. Likewise, the fuel cell unit 3 a positive terminal 12 which is electrically connected to the cathode 22 connected is. Between the negative terminal 11 and the positive terminal 12 the fuel cell unit 3 lies in the operation of the fuel cell system 1 an electrical voltage. For cooling the fuel cell unit 3 a cooling device, not shown here is provided.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine Brennstoffleitung 56 zur Zuführung eines Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff, zu der Anode 21. Dazu ist die Brennstoffleitung 56 mit einem Druckgasspeicher 36 verbunden, in welchem Wasserstoff bei erhöhtem Druck gespeichert ist. Im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 fließt Wasserstoff von dem Druckgasspeicher 36 durch die Brennstoffleitung 56 zu der Anode 21 der Brennstoffzelleneinheit 3.The fuel cell system 1 includes a fuel line 56 for supplying a fuel, in particular hydrogen, to the anode 21 , This is the fuel line 56 with a compressed gas storage 36 connected, in which hydrogen is stored at elevated pressure. In operation of the fuel cell system 1 Hydrogen flows from the compressed gas storage tank 36 through the fuel line 56 to the anode 21 the fuel cell unit 3 ,

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst ferner eine Zufuhrleitung 66 zur Zuführung von Zuluft zu der Kathode 22. Die Zuluft enthält ein Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst auch eine Abfuhrleitung 67 zur Abführung von Abluft von der Kathode 22. Die Abluft enthält dabei überschüssiges Oxidationsmittel, insbesondere Sauerstoff, und durch die Reaktion in der Brennstoffzelleneinheit entstandenes Wasser.The fuel cell system 1 further comprises a supply line 66 for supplying supply air to the cathode 22 , The supply air contains an oxidizing agent, in particular oxygen. The fuel cell system 1 also includes a discharge line 67 for the removal of exhaust air from the cathode 22 , The exhaust air contains excess oxidant, in particular oxygen, and water formed by the reaction in the fuel cell unit.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine in 1 dargestellte Brennstoffzelleneinheit 3 und genau einen ersten Sorptionsspeicher 31. Der erste Sorptionsspeicher 31 umfasst Anschlüsse für eine Fluidleitung 50. Über die Fluidleitung 50 kann wahlweise ein Kühlmittel zum Kühlen oder ein Heizmittel zum Beheizen zugeführt werden. 2 shows a schematic representation of a fuel cell system 1 according to a first embodiment. The fuel cell system 1 According to the first embodiment, an in 1 illustrated fuel cell unit 3 and exactly a first sorption storage 31 , The first sorption storage 31 includes connections for a fluid line 50 , Via the fluid line 50 Optionally, a coolant for cooling or a heating means for heating may be supplied.

Eine Zuluftleitung 60 dient zur Zuführung von Zuluft zu dem Brennstoffzellensystem 1. Eine Abluftleitung 61 dient zur Abführung von Abluft von dem Brennstoffzellensystem 1. Eine Bypasszuleitung 62, in welcher ein Zuluftbypassventil 75 angeordnet ist, verbindet die Zuluftleitung 60 mit der Zufuhrleitung 66. Eine Bypassableitung 63, in welcher ein Abluftbypassventil 86 angeordnet ist, verbindet die Abluftleitung 61 mit der Abfuhrleitung 67.An air supply line 60 serves to supply supply air to the fuel cell system 1 , An exhaust duct 61 serves to remove exhaust air from the fuel cell system 1 , A bypass line 62 in which a Zuluftbypassventil 75 is arranged, connects the supply air line 60 with the supply line 66 , A bypass diversion 63 in which an exhaust air bypass valve 86 is arranged, connects the exhaust duct 61 with the discharge line 67 ,

Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein erstes Zufuhrventil 71 mit der Zuluftleitung 60 verbindbar. Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein erstes Abfuhrventil 84 mit der Abluftleitung 61 verbindbar. Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein Zuluftventil 85 mit der Zufuhrleitung 66 verbindbar. Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein Abluftventil 76 mit der Abfuhrleitung 67 verbindbar.The first sorption storage 31 is via a first supply valve 71 with the supply air line 60 connectable. The first sorption storage 31 is via a first discharge valve 84 with the exhaust pipe 61 connectable. The first sorption storage 31 is via a supply air valve 85 with the supply line 66 connectable. The first sorption storage 31 is via an exhaust valve 76 with the discharge line 67 connectable.

Zur Befeuchtung der Membran 18 strömt heiße, trockene Prozessluft von der Zuluftleitung 60 durch das geöffnete erste Zufuhrventil 71 in den ersten Sorptionsspeicher 31, in welchem sie einen Teil des gespeicherten Wassers aufnimmt. Die nun heiße, feuchte Prozessluft strömt danach durch das geöffnete Zuluftventil 85 und die Zufuhrleitung 66 als Zuluft in die Brennstoffzelleneinheit 3, wo sie zur Befeuchtung der Membran 18 beiträgt. Die Prozessluft verlässt die Brennstoffzelleneinheit 3 durch die Abfuhrleitung 67 als Abluft und strömt durch das geöffnete Abluftbypassventil 86 in die Abluftleitung 61.For moistening the membrane 18 Hot, dry process air flows from the supply air line 60 through the opened first supply valve 71 in the first sorption storage 31 in which it absorbs part of the stored water. The now hot, humid process air then flows through the open supply air valve 85 and the supply line 66 as supply air into the fuel cell unit 3 where they are used to moisten the membrane 18 contributes. The process air leaves the fuel cell unit 3 through the discharge line 67 as exhaust air and flows through the open exhaust air bypass valve 86 in the exhaust duct 61 ,

Um den ersten Sorptionsspeicher 31 mit Wasser zu beladen ist eine Umlenkung des Luftstroms erforderlich. Die heiße, trockene Prozessluft strömt nun durch das geöffnete Zuluftbypassventil 75 als Zuluft in die Brennstoffzelleneinheit 3. Zum Beladen des ersten Sorptionsspeichers 31 strömt heiße, feuchte Prozessluft als Abluft von der Brennstoffzelleneinheit 3 durch das geöffnete Abluftventil 76 in den ersten Sorptionsspeicher 31, wo das in der Abluft enthaltene Wasser sorbiert wird, und weiter durch das erste Abfuhrventil 84 in die Abluftleitung 61. Zum Sicherstellen der Sorption wird der erste Sorptionsspeicher 31 mit Kühlmittel durch die Fluidleitung 50 durchströmt, um die bei Sorption frei werdende Sorptionswärme abzuführen.To the first sorption storage 31 To load with water, a diversion of the air flow is required. The hot, dry process air now flows through the open supply air bypass valve 75 as supply air into the fuel cell unit 3 , For loading the first sorption storage 31 hot, moist process air flows as exhaust air from the fuel cell unit 3 through the opened exhaust valve 76 in the first sorption storage 31 where the water contained in the exhaust air is sorbed, and further through the first discharge valve 84 in the exhaust duct 61 , To ensure sorption, the first sorption reservoir becomes 31 with coolant through the fluid line 50 flows through to dissipate the sorption heat released during sorption.

Durch gleichzeitiges Öffnen des Zuluftbypassventils 75 und des Abluftbypassventils 86 kann die Prozessluft an dem ersten Sorptionsspeicher 31 vorbei geführt werden. Dabei findet weder ein Entladen noch ein Beladen des ersten Sorptionsspeichers 31 statt. Durch gleichzeitiges Öffnen des ersten Zufuhrventils 71 und des ersten Abfuhrventils 84 kann die Brennstoffzelleneinheit 3 auch vollständig umgangen werden. Die Befeuchtung der Membran 18 und die Beladung des ersten Sorptionsspeichers 31 können bei dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform nicht gleichzeitig stattfinden.By simultaneously opening the supply air bypass valve 75 and the exhaust bypass valve 86 can the process air at the first Sorptionsspeicher 31 passed by. There is neither unloading nor loading of the first sorption storage 31 instead of. By simultaneously opening the first supply valve 71 and the first discharge valve 84 can the fuel cell unit 3 be completely bypassed. Humidification of the membrane 18 and the loading of the first sorption storage 31 can at the fuel cell system 1 according to The first embodiment does not take place simultaneously.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine in 1 dargestellte Brennstoffzelleneinheit 3 sowie einen ersten Sorptionsspeicher 31 und einen zweiten Sorptionsspeicher 32. Die Sorptionsspeicher 31, 32 umfassen jeweils Anschlüsse für eine Fluidleitung 50. Über die Fluidleitung 50 kann wahlweise ein Kühlmittel zum Kühlen oder ein Heizmittel zum Beheizen zugeführt werden. 3 shows a schematic representation of a fuel cell system 1 according to a second embodiment. The fuel cell system 1 According to the second embodiment, an in 1 illustrated fuel cell unit 3 and a first sorption storage 31 and a second sorption storage 32 , The sorption storage 31 . 32 each comprise connections for a fluid line 50 , Via the fluid line 50 Optionally, a coolant for cooling or a heating means for heating may be supplied.

Eine Zuluftleitung 60 dient zur Zuführung von Zuluft zu dem Brennstoffzellensystem 1. Eine Abluftleitung 61 dient zur Abführung von Abluft von dem Brennstoffzellensystem 1.An air supply line 60 serves to supply supply air to the fuel cell system 1 , An exhaust duct 61 serves to remove exhaust air from the fuel cell system 1 ,

Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein erstes Zufuhrventil 71 mit der Zuluftleitung 60 verbindbar. Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein erstes Abfuhrventil 84 mit der Abluftleitung 61 verbindbar. Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein erstes Zuleitungsventil 72 mit der Zufuhrleitung 66 verbindbar. Der erste Sorptionsspeicher 31 ist über ein erstes Ableitungsventil 73 mit der Abfuhrleitung 67 verbindbar.The first sorption storage 31 is via a first supply valve 71 with the supply air line 60 connectable. The first sorption storage 31 is via a first discharge valve 84 with the exhaust pipe 61 connectable. The first sorption storage 31 is via a first supply valve 72 with the supply line 66 connectable. The first sorption storage 31 is via a first discharge valve 73 with the discharge line 67 connectable.

Der zweite Sorptionsspeicher 32 ist über ein zweites Zufuhrventil 81 mit der Zuluftleitung 60 verbindbar. Der zweite Sorptionsspeicher 32 ist über ein zweites Abfuhrventil 74 mit der Abluftleitung 61 verbindbar. Der zweite Sorptionsspeicher 32 ist über ein zweites Zuleitungsventil 82 mit der Zufuhrleitung 66 verbindbar. Der zweite Sorptionsspeicher 32 ist über ein zweites Ableitungsventil 83 mit der Abfuhrleitung 67 verbindbar.The second sorption storage 32 is via a second supply valve 81 with the supply air line 60 connectable. The second sorption storage 32 is via a second discharge valve 74 with the exhaust pipe 61 connectable. The second sorption storage 32 is via a second supply valve 82 with the supply line 66 connectable. The second sorption storage 32 is via a second drain valve 83 with the discharge line 67 connectable.

Zur Befeuchtung der Membran 18 strömt heiße, trockene Prozessluft von der Zuluftleitung 60 durch das geöffnete erste Zufuhrventil 71 in den ersten Sorptionsspeicher 31, in welchem sie einen Teil des gespeicherten Wassers aufnimmt. Die nun heiße, feuchte Prozessluft strömt danach durch das geöffnete erste Zuleitungsventil 72 und die Zufuhrleitung 66 als Zuluft in die Brennstoffzelleneinheit 3, wo sie zur Befeuchtung der Membran 18 beiträgt. Die Prozessluft verlässt die Brennstoffzelleneinheit 3 durch die Abfuhrleitung 67 als Abluft und strömt durch das geöffnete zweite Ableitungsventil 83 in den zweiten Sorptionsspeicher 32, wo das in der Abluft enthaltene Wasser sorbiert wird, und weiter durch das zweite Abfuhrventil 74 in die Abluftleitung 61.For moistening the membrane 18 Hot, dry process air flows from the supply air line 60 through the opened first supply valve 71 in the first sorption storage 31 in which it absorbs part of the stored water. The now hot, moist process air then flows through the opened first supply valve 72 and the supply line 66 as supply air into the fuel cell unit 3 where they are used to moisten the membrane 18 contributes. The process air leaves the fuel cell unit 3 through the discharge line 67 as exhaust air and flows through the opened second discharge valve 83 in the second sorption storage 32 where the water contained in the exhaust air is sorbed, and further through the second discharge valve 74 in the exhaust duct 61 ,

Durch Ventilumschaltung kann die Befeuchtung der Membrane auch über den zweiten Sorptionsspeicher 32 durchgeführt werden, um zeitgleich den ersten Sorptionsspeicher 31 zu beladen. Durch gleichzeitiges Öffnen des zweiten Zufuhrventils 81 und des zweiten Abfuhrventils 74 kann die Brennstoffzelleneinheit 3 auch vollständig umgangen werden. Die Befeuchtung der Membran 18 kann bei dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der zweiten Ausführungsform kontinuierlich stattfinden, indem abwechselnd der erste Sorptionsspeicher 31 und der zweite Sorptionsspeicher 32 für die Befeuchtung der Membran 18 verwendet werden, und gleichzeitig der jeweilig andere Sorptionsspeicher 31, 32 wieder mit Wasser beladen wird.Through valve switching, the moistening of the membrane can also be achieved via the second sorption reservoir 32 be performed at the same time the first Sorptionsspeicher 31 to load. By simultaneously opening the second supply valve 81 and the second discharge valve 74 can the fuel cell unit 3 be completely bypassed. Humidification of the membrane 18 can in the fuel cell system 1 take place continuously in accordance with the second embodiment, by alternately the first Sorptionsspeicher 31 and the second sorption storage 32 for moistening the membrane 18 be used, and at the same time the respective other Sorptionsspeicher 31 . 32 is loaded with water again.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform weist alle Komponenten des in 3 gezeigten Brennstoffzellensystems 1 gemäß der zweiten Ausführungsform auf. Das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst zusätzlich eine Bypasszuleitung 62, in welcher ein Zuluftbypassventil 75 angeordnet ist, und welche die Zuluftleitung 60 mit der Zufuhrleitung 66 verbindet, sowie eine Bypassableitung 63, in welcher ein Abluftbypassventil 86 angeordnet ist, und welche die Abluftleitung 61 mit der Abfuhrleitung 67 verbindet. 4 shows a schematic representation of a fuel cell system 1 according to a third embodiment. The fuel cell system 1 According to the third embodiment, all components of the in 3 shown fuel cell system 1 according to the second embodiment. The fuel cell system 1 According to the third embodiment additionally comprises a bypass lead 62 in which a Zuluftbypassventil 75 is arranged, and which the supply air line 60 with the supply line 66 connects as well as a bypass diversion 63 in which an exhaust air bypass valve 86 is arranged, and which the exhaust duct 61 with the discharge line 67 combines.

Die Befeuchtung der Membran 18 kann bei dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform kontinuierlich stattfinden, indem abwechselnd der erste Sorptionsspeicher 31 und der zweite Sorptionsspeicher 32 für die Befeuchtung der Membran 18 verwendet werden, und gleichzeitig der jeweilig andere Sorptionsspeicher 31, 32 wieder mit Wasser beladen wird. Zusätzlich kann die Brennstoffzelleneinheit 3 auch ohne Befeuchtung durch einen der beiden Sorptionsspeicher 31, 32 und ohne Beladen eines der beiden Sorptionsspeicher 31, 32 mit Prozessluft durchströmt werden.Humidification of the membrane 18 can in the fuel cell system 1 take place continuously in accordance with the third embodiment, by alternately the first Sorptionsspeicher 31 and the second sorption storage 32 for moistening the membrane 18 be used, and at the same time the respective other Sorptionsspeicher 31 . 32 is loaded with water again. In addition, the fuel cell unit 3 even without moistening by one of the two Sorptionsspeicher 31 . 32 and without loading one of the two sorption stores 31 . 32 flowed through with process air.

Darüber hinaus bietet das Brennstoffzellensystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform die Möglichkeit, nur einen der beiden Sorptionsspeicher 31, 32 zu durchströmen. So kann der erste Sorptionsspeicher 31 für die Befeuchtung der Membran 18 eingesetzt werden, ohne dass der zweite Sorptionsspeicher 32 beladen wird. Auch kann der zweite Sorptionsspeicher 32 für die Befeuchtung der Membran 18 eingesetzt werden, ohne dass der erste Sorptionsspeicher 31 beladen wird. Ferner kann der erste Sorptionsspeicher 31 beladen werden, ohne dass der zweite Sorptionsspeicher 32 zur Befeuchtung der Membran 18 eingesetzt wird. Ebenso kann der zweite Sorptionsspeicher 32 beladen werden, ohne dass der erste Sorptionsspeicher 31 zur Befeuchtung der Membran 18 eingesetzt wird.In addition, the fuel cell system offers 1 according to the third embodiment, the possibility of only one of the two Sorptionsspeicher 31 . 32 to flow through. So can the first Sorptionsspeicher 31 for moistening the membrane 18 be used without the second Sorptionsspeicher 32 is loaded. Also, the second Sorptionsspeicher 32 for moistening the membrane 18 be used without the first Sorptionsspeicher 31 is loaded. Furthermore, the first sorption storage 31 be loaded without the second Sorptionsspeicher 32 for moistening the membrane 18 is used. Likewise, the second Sorptionsspeicher 32 be loaded without the first Sorptionsspeicher 31 for moistening the membrane 18 is used.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, it is within the range specified by the claims a variety of modifications possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • CA 2400677 A1 [0007]CA 2400677 A1 [0007]
  • CA 2400677 C [0007]CA 2400677 C [0007]
  • CA 2435199 A1 [0008]CA 2435199 A1 [0008]

Claims (11)

Brennstoffzellensystem (1), umfassend eine Brennstoffzelleneinheit (3) mit einer Anode (21) und einer Kathode (22), welche voneinander durch eine Membran (18) getrennt sind, und eine Zufuhrleitung (66) zur Zuführung von Zuluft zu der Kathode (22), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sorptionsspeicher (31, 32) vorgesehen ist, welcher derart mit der Zufuhrleitung (66) verbindbar ist, dass der Kathode (22) zugeführte Zuluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) durchströmt.A fuel cell system (1) comprising a fuel cell unit (3) having an anode (21) and a cathode (22) separated from each other by a diaphragm (18) and a supply line (66) for supplying supply air to the cathode (22 ), characterized in that at least one Sorptionsspeicher (31, 32) is provided, which in such a way with the supply line (66) is connectable, that the cathode (22) supplied supply air flows through the at least one Sorptionsspeicher (31, 32). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, eine Bypasszuleitung (62) vorgesehen ist, welche derart mit der Zufuhrleitung (66) verbindbar ist, dass der Kathode (22) zugeführte Zuluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) umgeht.Fuel cell system (1) after Claim 1 , a bypass supply line (62) is provided which can be connected to the supply line (66) such that the supply air supplied to the cathode (22) bypasses the at least one sorption storage (31, 32). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abfuhrleitung (67) zur Abführung von Abluft von der Kathode (22) vorgesehen ist, und dass der mindestens eine Sorptionsspeicher (31, 32) derart mit der Abfuhrleitung (67) verbindbar ist, dass von der Kathode (22) abgeführte Abluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) durchströmt.Fuel cell system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a discharge line (67) for discharging exhaust air from the cathode (22) is provided, and that the at least one Sorptionsspeicher (31, 32) with the discharge line (67) it can be connected that exhaust air discharged from the cathode (22) flows through the at least one sorption reservoir (31, 32). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassableitung (63) vorgesehen ist, welche derart mit der Abfuhrleitung (67) verbindbar ist, dass von der Kathode (22) abgeführte Abluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) umgeht.Fuel cell system (1) after Claim 3 , characterized in that a bypass discharge (63) is provided, which in such a way with the discharge line (67) is connectable, that from the cathode (22) exhausted air bypasses the at least one Sorptionsspeicher (31, 32). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Sorptionsspeicher (31) und ein zweiter Sorptionsspeicher (32) vorgesehen sind, welche derart mit der Zufuhrleitung (66) und mit der Abfuhrleitung (67) verbindbar sind, dass der Kathode (22) zugeführte Zuluft den ersten Sorptionsspeicher (31) durchströmt, und gleichzeitig von der Kathode (22) abgeführte Abluft den zweiten Sorptionsspeicher (32) durchströmt.Fuel cell system (1) according to one of Claims 3 to 4 , characterized in that a first Sorptionsspeicher (31) and a second Sorptionsspeicher (32) are provided which in such a manner with the supply line (66) and the discharge line (67) are connectable, that the cathode (22) supply air supplied to the first Sorptionsspeicher (31) flows through, and simultaneously discharged from the cathode (22) exhaust air flows through the second Sorptionsspeicher (32). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sorptionsspeicher (31, 32) eine Kühlvorrichtung und/oder eine Heizvorrichtung umfasst.Fuel cell system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one sorption storage (31, 32) comprises a cooling device and / or a heating device. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kathode (22) der Brennstoffzelleneinheit (3) über eine Zufuhrleitung (66) Zuluft zugeführt wird, wobei der Kathode (22) zugeführte Zuluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) durchströmt.A method of operating a fuel cell system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the cathode (22) of the fuel cell unit (3) via a supply line (66) supply air is supplied, wherein The supply air supplied to the cathode (22) flows through the at least one sorption reservoir (31, 32). Verfahren nach Anspruch 7, wobei von der Kathode (22) der Brennstoffzelleneinheit (3) über eine Abfuhrleitung (67) Abluft abgeführt wird, wobei von der Kathode (22) abgeführte Abluft den mindestens einen Sorptionsspeicher (31, 32) durchströmt.Method according to Claim 7 , wherein exhaust air is discharged from the cathode (22) of the fuel cell unit (3) via a discharge line (67), wherein exhaust air discharged from the cathode (22) flows through the at least one sorption storage (31, 32). Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein erster Sorptionsspeicher (31) und ein zweiter Sorptionsspeicher (32) vorgesehen sind, wobei der Kathode (22) zugeführte Zuluft den ersten Sorptionsspeicher (31) durchströmt, und gleichzeitig von der Kathode (22) abgeführte Abluft den zweiten Sorptionsspeicher (32) durchströmt.Method according to Claim 8 in which a first sorption storage (31) and a second sorption storage (32) are provided, the supply air supplied to the cathode (22) flowing through the first sorption storage (31), and exhaust air simultaneously discharged from the cathode (22) forming the second sorption storage (32) flows through. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der mindestens eine Sorptionsspeicher (31, 32) gekühlt wird.Method according to one of Claims 7 to 9 wherein the at least one sorption storage (31, 32) is cooled. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der mindestens eine Sorptionsspeicher (31, 32) beheizt wird.Method according to one of Claims 7 to 9 , wherein the at least one sorption storage (31, 32) is heated.
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