DE10347139B4

DE10347139B4 - Brennstoffzellensystem, Wasserstoffgasversorgungseinheit und Verfahren zur Steuerung des Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: DE10347139B4
Application number: DE10347139A
Authority: DE
Inventors: Shigeaki Toyota Murata; Shimpei Toyota Miura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-10-11
Also published as: US20040072051A1; JP4096690B2; DE10347139A1; JP2004134272A; US7611793B2

Abstract

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle (100) und einem Wasserstoffgasversorgungsabschnitt (200) zur Versorgung der Brennstoffzelle (100) mit Wasserstoffgas, wobei der Wasserstoffgasversorgungsabschnitt (200) mit einem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230; 230B; 230C) versehen ist, der die Wirkungsweise hat, einen Geruchsstoff in einem das Wasserstoffgas und den Geruchsstoff enthaltenden Gasgemisch einzufangen und sein Einfangvermögen durch Abbau des von ihm eingefangenen Geruchsstoffs wiederzuerlangen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserstoffversorgungseinheit für ein Brennstoffzellensystem und insbesondere auf eine Technik zur Entfernung eines Geruchsstoffs aus einem Gasgemisch, das Wasserstoffgas und den Geruchsstoff enthält.
Ein Brennstoffzellensystem enthält typischerweise eine Brennstoffzelle, einen Brennstoffgasversorgungsabschnitt und einen Oxidationsgasversorgungsabschnitt. Die Brennstoffzelle erzeugt mit Hilfe von Wasserstoffgas, das in einem von dem Brennstoffgasversorgungsabschnitt zugeführten Brennstoffgas enthalten ist, und von Sauerstoffgas, das in einem von dem Oxidationsgasversorgungsabschnitt zugeführten oxidativen Gas (Luft) enthalten ist, Elektrizität.
In dem Brennstoffzellensystem wird für den Zweck, in einem frühen Stadium eine Leckage von Wasserstoffgas zu erfassen, ein das Wasserstoffgas und einen Geruchsstoff enthaltendes Gasgemisch genutzt. In vielen Fällen verschlechtert der Geruchsstoff jedoch die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle. Daher ist der Brennstoffgasversorgungsabschnitt im Allgemeinen mit einem Geruchsstoffentfernungsabschnitt versehen, um den Geruchsstoff durch Adsorbieren des Geruchsstoffs aus dem Gasgemisch zu entfernen. Ein solches Brennstoffzellensystem ist zum Beispiel in der JP 2002-29701 A offenbart.
Die Menge des Geruchsstoffs, die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt adsorbiert werden kann, ist begrenzt. Außerdem nimmt mit zunehmender Menge des adsorbierten Geruchsstoffs die Geschwindigkeit ab, mit der der Geruchsstoffentfernungsabschnitt den Geruchsstoff adsorbiert. Mit zunehmender Menge des Geruchsstoffs verschlechtert sich also das Adsorptionsvermögen (z. B. die Adsorptionsgeschwindigkeit) des Geruchsstoffentfernungsabschnitts. In dem Brennstoffzellensystem gemäß dem Stand der Technik muss daher der Geruchsstoffentfernungsabschnitt ausgetauscht werden. Dieses Problem tritt nicht nur in einem Brennstoffzellensystem, sondern auch allgemein in einer Wasserstoffgasversorgungseinheit auf, die eine bestimmte Vorrichtung mit Wasserstoffgas versorgt, indem sie aus einem das Wasserstoffgas und einen Geruchsstoff enthaltenden Gasgemisch den Geruchsstoff entfernt.
Abgesehen davon offenbart die AT 407 100 B ein Brennstoffzellensystem mit einem Schwefelfilter, der stromaufwärts von schwefelempfindlichen Reformerteilen angeordnet ist. Der Schwefelfilter enthält Zinkoxid, um aus Erdgas schwefelartige Geruchsstoffe zu entfernen. Der Schwefelfilter kann regeneriert werden, indem ihm über eine Leitung Heißluft zugeführt wird.
Die DE 101 15 220 A1 offenbart eine Gastherme mit einer Brennkammer, der über eine Gasbehandlungseinrichtung ein entschwefelter Erdgasstrom zugeführt wird. Die Gasbehandlungseinrichtung kann mit einem aktiven Material gefüllt sein, das die Wirkungsweise hat, während des normalen Betriebs der Gastherme Schwefelverbindungen im Erdgas zu adsorbieren und sich, wenn die Temperatur auf über 100°C erhöht wird, durch Desorption der Schwefelverbindungen zu regenerieren. Für das aktive Material werden Aktivkohle und Metalloxide wie ZnO vorgeschlagen.
Die US 6,294,276 B1 offenbart eine Wasserstoffgasversorgungseinheit, die aus Stadtgas Wasserstoffgas erzeugt und das erzeugte Wasserstoffgas in einem Elektrofahrzeug einer Brennstoffzelle zuführt. Die Wasserstoffgasversorgungseinheit ist mit einer Reinigungseinrichtung versehen, die sich aus Aluminiumoxidpellets oder Wabenröhren mit einem darauf aufgebrachten Katalysator zusammensetzt. Der Katalysator entfernt Schwefelverbindungen wie Mercaptan, die dem Stadtgas als Geruchsstoff zugesetzt wurden. Das entschwefelte Stadtgas wird dann einem Reformer zugeführt, um ein Reformiergas zu erzeugen, und eine Wasserstofftrenneinrichtung trennt Wasserstoffgas von dem Reformiergas ab.
Die nachveröffentlichte WO 03/099421 A (& DE 102 97 729 T5 ) offenbart schließlich eine Reinigungsvorrichtung mit einer ersten Filterstufe zum Entfernen eines Geruchsstoffs und einer zweiten Filterstufe zum Entfernen von Schwefelverbindungen wie H₂S aus einem Kohlenwasserstoffbrennstoff wie Naturgas. Die Reinigungsvorrichtung kann in Brennstoffverarbeitungssystemen verwendet werden, die den Kohlenwasserstoffbrennstoff in reformiertes Wasserstoffgas für Brennstoffzellen umwandeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik zur Verfügung zu stellen, durch die der Austausch eines Geruchsstoffentfernungsabschnitts entfallen kann, der zum Entfernen eines Geruchsstoffs aus einem Gasgemisch dient, das neben dem Geruchsstoff Wasserstoffgas enthält.
Um diese Aufgabe zu lösen, sieht eine erste Ausgestaltung der Erfindung ein Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 vor.
In dem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung kann der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt den Geruchsstoff durch Absorption einfangen. Dabei ist zu beachten, dass mit Absorption der Effekt gemeint ist, dass Gasmoleküle in einen Festkörper eindringen und/oder in der Nähe der Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs bleiben. Dabei wird der Effekt, dass Gasmoleküle in einem Festkörper absorbiert werden, als Okklusion bezeichnet.
Wenn die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt eingefangene Menge des Geruchsstoffs zunimmt, verschlechtert sich dessen Einfangvermögen. Bei der ersten Ausgestaltung der Erfindung hat der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt jedoch die Wirkungsweise, dass Einfangvermögen wiederzuerlangen. Daher kann das Einfangvermögen, das sich vorübergehend verschlechtert hat, wiederhergestellt werden und kann auf eine Austausch des Geruchsstoffbehandlungsabschnitts verzichtet werden.
Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt kann den Geruchsstoff auch durch physikalische Adsorption oder chemische Adsorption adsorbieren. Dabei ist zu beachten, dass mit physikalischer Adsorption eine Adsorption durch eine Van-der-Waals-Kraft und mit chemischer Adsorption eine Adsorption durch eine chemische Bindung gemeint ist.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung kann der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt einen Geruchsstoffentfernungsabschnitt, der ein poröses Adsorptionsmittel zur Adsorption des im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs und einen Katalysator zur Förderung des Abbaus des adsorbierten Geruchsstoffs enthält, sowie einen Abbauunterstützungsabschnitt enthalten, der den im porösen Adsorptionsmittel adsorbierten Geruchsstoff abbaut. Bei diesem Aufbau kann der in dem Gasgemisch enthaltene Geruchsstoff durch physikalische Adsorption adsorbiert und der adsorbierte Geruchsstoff schnell abgebaut werden.
Das Adsorptionsmittel kann Aktivkohle oder Zeolith enthalten und der Katalysator einen Edelmetallkatalysator.
Daneben kann der Abbauunterstützungsabschnitt einen Sauerstoffgasversorgungsabschnitt enthalten, der den Geruchsstoffentfernungsabschnitt mit Sauerstoffgas versorgt. Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt kann dabei so gestaltet sein, dass er den adsorbierten Geruchsstoff durch gezielte Einleitung eines ein Sauerstoffgas enthaltenden oxidativen Gases in den Geruchsstoffentfernungsabschnitt mit Hilfe des oxidativen Gases oxidiert und abbaut.
Der Abbauunterstützungsabschnitt kann aber auch einen Heizabschnitt enthalten, der den Geruchsstoffentfernungsabschnitt erhitzt. Der adsorbierte Geruchsstoff kann dann, indem der Geruchsstoffentfernungsabschnitt durch den Heizabschnitt erhitzt wird, mit Hilfe von in dem zuzuführenden Gasgemisch enthaltenen Wasserstoffgas reduziert und abgebaut werden. Mit diesem Aufbau kann das Einfangvermögen durch Reduzieren des adsorbierten Geruchsstoffs wiederhergestellt werden.
Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt kann darüber hinaus auch so gestaltet sein, dass er verhindert, dass während des Abbaus des adsorbierten Geruchsstoffs die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt abgegebenen, nach dem Abbau auftretenden Gase der Brennstoffzelle zugeführt werden und dass die nach dem Abbau auftretenden Gase nach außen abgelassen werden. Mit diesem Aufbau kann verhindert werden, dass sich die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle durch die nach dem Abbau auftretenden Gase verschlechtern.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht zur Lösung der obigen Aufgabe eine Wasserstoffgasversorgungseinheit gemäß Anspruch 14 vor.
Auch bei der zweiten Ausgestaltung hat der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt die Wirkungsweise, das Einfangvermögen wiederzuerlangen. Daher kann das Einfangvermögen auch dann wiederhergestellt werden, wenn sich das Einfangvermögen durch eine Zunahme der Menge des eingefangenen Geruchsstoffs erhöht hat, und kann der Austausch des Geruchsstoffbehandlungsabschnitts entfallen.
Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung sieht zur Lösung der obigen Aufgabe ein Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellensystems gemäß Anspruch 15 vor.
Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weise umgesetzt werden kann, und zwar als eine Wasserstoffgasversorgungseinheit, als ein mit der Wasserstoffgasversorgungseinheit ausgestattetes Brennstoffzellensystem, als ein bewegliches Objekt oder dergleichen, in das das Brennstoffzellensystem eingebaut ist, usw.
Es folgt nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
1 eine Darstellung des Gesamtaufbaus eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung mit dem Innenaufbau des in 1 gezeigten Geruchsstoffentfernungsabschnitts;
3 eine Darstellung mit einem Herstellungsverfahren für den in 2 gezeigten Geruchsstoffentfernungsabschnitt;
4 eine Darstellung mit dem Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5 eine Darstellung mit dem Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
A Erstes Ausführungsbeispiel
A-1 Gesamtaufbau des Brennstoffzellensystems
1 zeigt eine Darstellung mit dem Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Brennstoffzellensystem ist in einem Fahrzeug eingebaut.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzelle 100, einen Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200, der die Brennstoffzelle mit einem Wasserstoffgas enthaltenden Brennstoffgas versorgt, einen Oxidationsgasversorgungsabschnitt 300, der die Brennstoffzelle mit einem Sauerstoffgas enthaltenden oxidativen Gas (Luft) versorgt, und einen Steuerungsabschnitt 600, der die Arbeit der jeweiligen Abschnitte steuert. Mit der Brennstoffzelle 100 sind eine Brennstoffgasleitung 201, durch die das von dem Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200 zugeführte Brennstoffgas strömt, und eine Brennstoffabgasleitung 202 verbunden, durch die ein verbrauchtes Brennstoffabgas strömt. Außerdem sind mit der Brennstoffzelle 100 eine Oxidationsgasleitung 301, durch die das von dem Oxidationsgasversorgungsabschnitt 300 zugeführte oxidative Gas strömt, und eine Oxidationsabgasleitung 302 verbunden, durch die ein verbrauchtes Oxidationsabgas strömt.
Der Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200 enthält einen Gasbehälter 210, um ein Gasgemisch aufzubewahren, das Wasserstoffgas und einen Geruchsstoff enthält, und einen Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230, der den im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff behandelt. Zwischen dem Gasbehälter 210 und dem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 befindet sich eine Gasgemischleitung 211. Die Gasgemischleitung 211 ist mit einem Druckminderungsventil 221 und einem Strömungsventil 222 versehen. Das Gasgemisch wird mit einem verhältnismäßig hohen Druck in dem Gasbehälter 210 aufbewahrt. Das Druckminderungsventil 221 verringert den Druck des von dem Gasbehälter 210 zugeführten Gasgemisches auf einen vorbestimmten Druck, und das Strömungsventil 222 stellt den Durchsatz des Gasgemisches ein und führt es dem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 zu. Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 entfernt den Geruchsstoff aus dem Gasgemisch und kann daher der Brennstoffzelle 100 über die Brennstoffgasleitung 201 Wasserstoffgas zuführen, das beinahe keinen Geruchsstoff enthält. Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 wird später beschrieben.
Der Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200 enthält außerdem eine Kreislaufleitung 203, die die Brennstoffabgasleitung 202 mit der Brennstoffgasleitung 201 verbindet, eine Umwälzpumpe 270, einen Gas/Flüssigkeits-Trennabschnitt 280 und ein Absperrventil 290. Die Brennstoffabgasleitung 210 ist mit dem Gas/Flüssigkeits-Trennabschnitt 280 und dem Absperrventil 290 versehen und die Kreislaufleitung 203 mit der Umwälzpumpe 270. Die Umwälzpumpe 270 hat die Aufgabe, in die Brennstoffgasleitung 201 ein eine verhältnismäßig geringe Wasserstoffkonzentration enthaltendes Brennstoffabgas als Brennstoffgas zurückzuführen. Durch diesen Aufbau zirkuliert das Brennstoffgas durch die Ringleitung zwischen der Umwälzpumpe 270 und der Brennstoffzelle 100. Der Durchsatz (Mol/s) des in die Brennstoffzelle 100 pro Zeiteinheit eingespeisten Wasserstoffgases kann also durch zirkulieren lassen des Brennstoffgases erhöht werden. Dadurch kann der Reaktionswirkungsgrad in der Brennstoffzelle 100 gesteigert werden. Wenn jedoch die elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle 100 fortschreitet, nimmt die Menge des in dem Brennstoffgas enthaltenen Wasserstoffgases (Mol) in der Ringleitung ab. Und zwar dringen Stickstoffgas, Wasserdampf (Wassererzeugnis) und dergleichen, die in einer kathoden- bzw. sauerstoffpolseitigen Leitung im oxidativen Gas enthalten sind, über eine Elektrolytmembran in der Brennstoffzelle 100 in eine anoden- bzw. wasserstoffpolseitigen Leitung in das Brennstoffgas ein. Daher nimmt die Konzentration (Volumenanteil) des in dem Brennstoffgas enthaltenen Wasserstoffgases allmählich ab. In dem ersten Ausführungsbeispiel sind das Strömungsventil 222 und das Absperrventil 290 daher so eingestellt, dass sie sich periodisch öffnen. Wenn daher der Brennstoffzelle 100 ein Brennstoffgas zugeführt wird, das eine hohe Konzentration an Wasserstoffgas enthält, wird von dieser ein Brennstoffabgas abgegeben, das eine geringe Konzentration Wasserstoffgas enthält. Das verbrauchte Brennstoffabgas wird über die Brennstoffabgasleitung 202 in die Atmosphäre ausgestoßen. Der Gas/Flüssigkeits-Trennabschnitt 280 hat die Aufgabe, überschüssigen Wasserdampf aus dem Brennstoffabgas zu entfernen.
Der Oxidationsgasversorgungsabschnitt 300 enthält ein Luftgebläse 310 und führt der Brennstoffzelle 100 über die Oxidationsgasleitung 301 ein Sauerstoffgas enthaltendes oxidatives Gas (Luft) zu. Über die Oxidationsabgasleitung 302 wird ein verbrauchtes Oxidationsabgas in die Atmosphäre ausgestoßen.
Die Brennstoffzelle 100 erzeugt mit Hilfe von Wasserstoffgas, das in dem von dem Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200 zugeführten Brennstoffgas enthalten ist, und Sauerstoffgas, das in dem von dem Oxidationsgasversorgungsabschnitt 300 zugeführten oxidativen Gas (Luft) enthalten ist, Elektrizität. Die Brennstoffzelle 100 des ersten Ausführungsbeispiels ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, die ein verhältnismäßig geringe Größe hat und bei der Erzeugung von Elektrizität einen hohen Wirkungsgrad zeigt.
Der Steuerungsabschnitt 600 steuert die Arbeit des gesamten Brennstoffzellensystems. So kann der Steuerungsabschnitt 600 durch Steuerung des Geruchsstoffbehandlungsabschnitts 230 die Behandlung des Geruchsstoffs in dem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt steuern. Später wird genauer beschrieben, wie der Steuerungsabschnitt den Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 steuert.
A-2 Aufbau des Geruchsstoffbehandlungsabschnitts
In dem Brennstoffzellensystem des ersten Ausführungsbeispiels wird Tertiär-Butyl-Mercaptan (TBM) als Geruchsstoff eingesetzt. Wenn der Brennstoffzelle 100 ein schwefelhaltiger Geruchsstoff wie TBM oder dergleichen zugeführt wird, wird der Katalysator vergiftet oder zerrüttet, der in jeder der Elektroden der Brennstoffzelle vorhanden ist. Dadurch verschlechtern sich die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle. In dem Brennstoffzellensystem des ersten Ausführungsbeispiels ist daher, wie aus 1 hervorgeht, stromaufwärts von der Brennstoffzelle 100 der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 vorgesehen, der den Geruchsstoff aus dem Gasgemisch entfernen kann.
Anstelle von TBM können als der schwefelhaltige Geruchsstoff auch Tetrahydrothiophen (THT), Dimethylsulfid (DMS), Methylmercaptan, Ethylmercaptan oder dergleichen verwendet werden.
Wie oben beschrieben wurde, setzt das aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffzellensystem einen Geruchsstoffentfernungsabschnitt ein, der lediglich die Wirkungsweise hat, den Geruchsstoff durch Adsorbieren zu entfernen. Allerdings ist die Menge des Geruchsstoffs begrenzt, die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt adsorbiert werden kann. Mit zunehmender Menge des adsorbierten Geruchsstoffs nimmt die Geschwindigkeit ab, mit der der Geruchsstoffentfernungsabschnitt den Geruchsstoff adsorbieren kann. In dem Brennstoffzellensystem nach dem Stand der Technik muss der Geruchsstoffentfernungsabschnitt daher ausgetauscht werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann dagegen durch den besonderen Aufbau des Geruchsstoffbehandlungsabschnitts 230 der Austausch des Geruchsstoffentfernungsabschnitts entfallen.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 einen Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240, ein Luftgebläse 250, um dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 Luft zuzuführen, und zwei Drei-Wege-Ventile 261 und 262, die stromaufwärts bzw. stromabwärts von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt vorgesehen sind. Das in 1 gezeigte Luftgebläse 250 stellt ein Beispiel für den Abbauunterstützungsabschnitt der Erfindung dar. Das erste und zweite Drei-Wege-Ventil 261 und 262 stellen Beispiele für die ersten und zweiten Strömungswegumschaltabschnitte der Erfindung dar.
Die zu dem Gasbehälter 210 führende Gasgemischleitung 211 ist mit einem ersten Anschluss des ersten Drei-Wege-Ventils 261 verbunden, während eine zu dem Luftgebläse 250 führende Luftleitung 232 mit einem zweiten Anschluss des ersten Drei-Wege-Ventils 261 und eine zu dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 führende Auswahlgasleitung 231 mit einem dritten Anschluss des ersten Drei-Wege-Ventils 261 verbunden ist. Eine zu dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 führende Leitung für behandeltes Gas 233 ist mit einem ersten Anschluss des zweiten Drei-Wege-Ventils 262 verbunden, während die zu der Brennstoffzelle 100 führende Brennstoffgasleitung 201 mit einem zweiten Anschluss des zweiten Drei-Wege-Ventils 262 und eine zur Atmosphäre hin offene Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 mit einem dritten Anschluss des zweiten Drei-Wege-Ventils 262 verbunden ist.
Das aus dem Gasbehälter 210 strömende Gasgemisch und die von dem Luftgebläse 250 stammende Luft werden durch das erste Drei-Wege-Ventil 261 gezielt in den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 eingeleitet. So wird dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 das Gasgemisch zugeführt, wenn das Drei-Wege-Ventil 261 so eingestellt ist, dass die Gasgemischleitung 211 mit der Auswahlgas leitung 231 in Verbindung steht. Wenn das Drei-Wege-Ventil 261 dagegen so eingestellt ist, dass die Luftleitung 233 mit der Auswahlgasleitung 231 in Verbindung steht, wird dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 Luft zugeführt.
Wenn dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 das Gasgemisch zugeführt wird, adsorbiert der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 den in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff, wodurch der Geruchsstoff aus dem Gasgemisch entfernt werden kann. Gleichzeitig wird von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 Wasserstoffgas abgegeben, in das beinahe kein Geruchsstoff eingemischt ist. Wenn dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 dagegen Luft zugeführt wird, kann der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 sein Adsorptionsvermögen wiedererlangen, indem der adsorbierte Geruchsstoff mit Hilfe von in der Luft enthaltenem Sauerstoffgas abgebaut wird. Gleichzeitig werden von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 nach dem Abbau auftretende Gase abgegeben, in denen der adsorbierte Geruchsstoff abgebaut ist. Das von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebene Wasserstoffgas und die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebenen, nach dem Abbau auftretenden Gase werden dann durch das zweite Drei-Wege-Ventil 262 in die Brennstoffzelle 100 bzw. die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 eingeleitet. Wenn nun das Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet wird, ist das zweite Drei-Wege-Ventil 262 so eingestellt, dass die Leitung für behandeltes Gas 233 mit der Brennstoffgasleitung 201 in Verbindung steht. Wenn dagegen die nach dem Abbau auftretenden Gase in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 eingeleitet werden, ist das zweite Drei-Wege-Ventil 262 so eingestellt, dass die Leitung für behandeltes Gas 233 mit der Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 verbunden ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die nach dem Abbau auftretenden Gase der Brennstoffzelle 100 zugeführt werden, so dass verhindert werden kann, dass sich die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle durch die nach dem Abbau auftretenden Gase verschlechtern.
2 zeigt eine schematische Darstellung mit dem Innenaufbau des in 1 gezeigten Geruchsstoffentfernungsabschnitts 240. Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 enthält einen Träger 242 mit mehreren wellenförmigen Durchlässen. Der Träger 242 trägt ein Adsorptionsmittel und einen Katalysator.
3 zeigt eine Darstellung mit einem Herstellungsverfahren für den in 2 gezeigten Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240. Wie in 3 gezeigt ist, wird der Träger 242 aus einer sich aus einer flachen Platte 242a und einer gewellten Platte 242b zusammensetzenden Lage gebildet. Die Lage wird an ihrem einen Ende mit einem Achsenbauteil 242c verbunden. Dann wird die Lage spiralförmig um das als Kern dienende Achsenbauteil 242c herumgewickelt. Das heißt, dass der Träger 242, wie in 2 gezeigt ist, einen Rollenaufbau hat, in dem die flache Platte 242a und die gewellte Platte 242b abwechselnd um das Achsenbauteil 242c herumgewickelt sind. Der Abstand zwischen den benachbarten Abschnitten der flachen Platte 242a wird durch die gewellte Platte 242b im Großen und Ganzen konstant gehalten. Zwischen der flachen Platte 242a und der gewellten Platte 242b sind mehrere gewellte Durchlässe ausgebildet, die in Axialrichtung des Achsenbauteils 242c verlaufen. Nach der Fertigstellung des Trägers 242 werden das Adsorptionsmittel und der Katalysator auf den Träger 242 aufgebracht, indem der Träger 242 beispielsweise in eine Lösung des Adsorptionsmittels und in eine Lösung des Katalysators eingetaucht und dann gebrannt wird, wodurch das Adsorptionsmittel und der Katalysator auf dem Träger 242 fixiert werden.
Für die flache Platte 242a und die gewellte Platte 242b kann ein Metall wie Edelstahl oder dergleichen verwendet werden. Als Adsorptionsmittel kann ein poröses Material wie Aktivkohle, Zeolith oder dergleichen verwendet werden. Als Katalysator kann ein Edelmetallkatalysator wie Pt, Pd, Ru oder dergleichen verwendet werden. Obwohl der Träger 242 in dem ersten Ausführungsbeispiel einen Rollenaufbau hat, kann der Träger 242 anstelle dessen auch einen Wabenaufbau haben.
Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 enthält wie gesagt das Adsorptionsmittel. Das Adsorptionsmittel adsorbiert daher den Geruchsstoff in dem das Wasserstoffgas und den Geruchsstoff enthaltenden Gasgemisch, wodurch der Geruchsstoff aus dem Gasgemisch entfernt werden kann. Der Geruchsstoff wird physikalisch in Mikroporen des Adsorptionsmittels adsorbiert. Da der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 den Edelmetallkatalysator enthält, kann der Abbau des adsorbierten Geruchsstoffs durch das in der zugeführten Luft enthaltene Sauerstoffgas gefördert werden. Der physikalisch adsorbierte Geruchsstoff wird durch ein oxidatives Gas oxidiert (verbrannt). Dadurch werden nach dem Abbau auftretende Gase erzeugt, die H₂O, CO₂ und SO₂ enthalten.
Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 des ersten Ausführungsbeispiels kann also den adsorbierten Geruchsstoff abbauen und daher sein Adsorptionsvermögen wiedererlangen, das sich mit zunehmender Menge des adsorbierten Geruchsstoffs verschlechtert hat. Dadurch kann der Austausch des Geruchsstoffbehandlungsabschnitts entfallen.
Der Steuerungsabschnitt 600 (1) hat zwei Steuerungsmodi, um den Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 zu steuern. Und zwar führt der Steuerungsabschnitt 600 einen ersten Steuerungsmodus aus, der den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 dazu veranlasst, den in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff zu adsorbieren, und einen zweiten Steuerungsmodus, der das Adsorptionsvermögen des Geruchsstoffentfernungsabschnitts 240 wiederherstellt. In dem ersten Steuerungsmodus steuert der Steuerungsabschnitt 600 das erste Drei-Wege-Ventil 261 so, dass das Gasgemisch in den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 eingeleitet wird, und das zweite Drei-Wege-Ventil 262 so, dass von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebenes Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet wird. In dem zweiten Steuerungsmodus steuert der Steuerungsabschnitt 600 dagegen das Luftgebläse 250 und das erste Drei-Wege-Ventil 261 so, dass dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 Luft zugeführt wird, und steuert das zweite Drei-Wege-Ventil 262 so, dass von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebene, nach dem Abbau auftretende Gase in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 eingeleitet werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird der erste Steuerungsmodus ständig während der Betriebsdauer (Stromerzeugungsdauer) des Brennstoffzellensystems ausgeführt. Der zweite Steuerungsmodus wird dagegen nur während einer Betriebsunterbrechung (Stromerzeugungsunterbrechung) des Brennstoffzellensystems durchgeführt, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Genauer gesagt wird der zweite Steuerungsmodus nur dann ausgeführt, wenn die Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist. So ermittelt der Steuerungsabschnitt 600 beispielsweise eine kumulierte Stromerzeugungsmenge der Brennstoffzelle 100 und führt den zweiten Steuerungsmodus aus, wenn die kumulierte Stromerzeugungsmenge größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist. Beim zweiten Mal und danach wird der zweite Steuerungsmodus ebenfalls durchgeführt, wenn die auf der letzten Ausführung des zweiten Steuerungsmodus basierende kumulative Stromerzeugungsmenge größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel werden das Luftgebläse 250, die beiden Drei-Wege-Ventile 261 und 262 und der Steuerungsabschnitt 600 durch Zuführung eines Stroms betätigt, der von einer in dem Brennstoffzellensystem vorgesehenen (nicht gezeigten) Sekundärbatterie (Akkumulator) zur Verfügung gestellt wird. Der zweite Steuerungsmodus kann daher auch während der Betriebsunterbrechung des Brennstoffzellensystems ausgeführt werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird der Zeitpunkt zur Ausführung des zweiten Steuerungsmodus anhand der kumulativen Stromerzeugungsmenge bestimmt. Anstelle dessen kann der Zeitpunkt zur Ausführung des zweiten Steuerungsmodus jedoch auch anhand eines kumulativen Durchsatzes des der Brennstoffzelle 100 zugeführten Wasserstoffgases, eines kumulativen Durchsatzes des dem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 zugeführten Gasgemisches oder dergleichen festgelegt werden. Wenn also die sich auf den kumulativen Durchsatz des Wasserstoffgases beziehende kumulative Stromerzeugungsmenge, der kumulative Durchsatz des Wasserstoffgases, der kumulative Durchsatz des Gasgemisches oder dergleichen verwendet wird, lässt sich die Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 adsorbierten Geruchsstoffs leicht unter Heranziehung des Mischungsverhältnisses zwischen dem Wasserstoffgas und dem Geruchsstoff abschätzen.
Das Brennstoffzellensystem des ersten Ausführungsbeispiels enthält wie gesagt die Brennstoffzelle 100 und den Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200, der der Brennstoffzelle Wasserstoffgas zuführt. Der Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200 enthält den Geruchsstoff behandlungsabschnitt 230, der den Geruchsstoff in dem den Geruchsstoff und das gegebene Wasserstoffgas enthaltenden Gasgemisch behandelt und den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 und das Luftgebläse 250 enthält. Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 enthält das poröse Adsorptionsmittel zur Adsorption des in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs und den Katalysator zur Förderung des Abbaus des adsorbierten Geruchsstoffs. Das Luftgebläse 250 dient dazu, den adsorbierten Geruchsstoff abzubauen. Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 kann demzufolge die Wirkung entfalten, der Brennstoffzelle durch Adsorption des in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs Wasserstoffgas zuzuführen und sein Adsorptionsvermögen durch Abbau des adsorbierten Geruchsstoffs wiederzuerlangen. Wenn der vorstehend beschriebene Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 Anwendung findet, kann der Geruchsstoff durch physikalische Adsorption aus dem Gasgemisch entfernt und der adsorbierte Geruchsstoff schnell abgebaut werden. Dadurch kann der Austausch des Geruchsstoffsbehandlungsabschnitts (genauer gesagt des Geruchsstoffentfernungsabschnitts 240) entfallen. Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 hat die Wirkungsweise, dass er sein Adsorptionsvermögen wiedererlangt und ist daher insofern vorteilhaft, als der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 verhältnismäßig kleinvolumig (mit geringer Größe) ausgeführt werden kann.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird der zweite Steuerungsmodus bei unterbrochenem Betrieb des Brennstoffzellensystems in dem Zeitraum ausgeführt, in dem die Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist. Der zweite Steuerungsmodus kann jedoch anstelle dessen auch bei jeder Betriebsunterbrechung des Brennstoffzellensystems ausgeführt werden. Das Volumen (Größe) des Geruchsstoffentfernungsabschnitts kann daher noch kleiner eingestellt werden. Wenn der Zeitpunkt zur Ausführung des zweiten Steuerungsmodus jedoch wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eingestellt wird, kann das Adsorptionsvermögen des Geruchsstoffentfernungsabschnitts wirksam wiederhergestellt werden, wenn auch tatsächlich Bedarf besteht.
B Zweites Ausführungsbeispiel
4 zeigt eine Darstellung mit dem Gesamtaufbau eines Brennstoffzellensystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 ist zwar im Großen und Ganzen identisch mit 1, doch gibt es Änderungen beim Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230B und beim Steuerungsabschnitt 600B. Genauer gesagt entfällt bei dem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230B des zweiten Ausführungsbeispiels die in 1 gezeigte Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 und das zweite Drei-Wege-Ventil 262. Diese Abwandlung ist durch eine Änderung des Geruchsstoffs bedingt.
Und zwar wurde im ersten Ausführungsbeispiel für den Geruchsstoff ein schwefelhaltiger Geruchsstoff verwendet, während nun im zweiten Ausführungsbeispiel ein Geruchsstoff ohne Schwefel verwendet wird. Zwar haftet dieser Geruchsstoff an dem in jeder der Elektroden der Brennstoffzelle vorgesehenen Katalysator an und verschlechtert die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle, doch führen die daraus entstehenden, nach dem Abbau auftretenden Gase kaum zu einer Verschlechterung der Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle. Für diesen Brennstoff kann zum Beispiel Buttersäure (Butansäure), ein Essigsäureester wie Methylacetat oder dergleichen verwendet werden. Die beim Abbau eines solchen Geruchsstoffs entstehenden Gase schließen CO₂ und H₂O ein.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 den Geruchsstoff durch Adsorption des in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs aus dem Gasgemisch entfernen. Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 kann sein Adsorptionsvermögen wiedererlangen, indem der adsorbierte Geruchsstoff mit Hilfe von in Luft vorhandenem Oxidationsgas abgebaut wird. Bei Ausführung des ersten Steuerungsmodus (Adsorption des Geruchsstoffs) steuert der Steuerungsabschnitt 600B das Drei-Wege-Ventil 261 so, dass das Gasgemisch in den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 eingeleitet wird. Gleichzeitig wird von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebenes Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet. Bei Ausführung des zweiten Steuerungsmodus (Wiederherstellung des Adsorptionsvermögens) steuert der Steuerungsabschnitt 600B dagegen das Luftgebläse 250 und das Drei-Wege-Ventil 261 so, dass der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 mit Luft versorgt wird. Gleichzeitig werden die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebenen, nach dem Abbau auftretenden Gase in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet. Die nach dem Abbau auftretenden Gase werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel zwar in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet, doch enthalten sie keinen schwefelhaltigen Bestandteil. Daher verschlechtern sich die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle trotz Einleitung der nach dem Abbau auftretenden Gase in die Brennstoffzelle 100 kaum.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird auch im zweiten Ausführungsbeispiel der erste Steuerungsmodus während der Betriebsdauer (Stromerzeugungsdauer) des Brennstoffzellensystems ausgeführt, während der zweite Steuerungsmodus während einer Betriebsunterbrechung (Stromerzeugungsunterbrechung) des Brennstoffzellensystems ausgeführt wird, falls die geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verschlechtern sich jedoch trotz Einleitung der nach dem Abbau auftretenden Gase in die Brennstoffzelle die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle kaum. Dementsprechend kann der zweite Steuerungsmodus auch während der Betriebsdauer (Stromerzeugungsdauer) des Brennstoffzellensystems ausgeführt werden, falls die geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist.
Bei dem in 4 gezeigten Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden zwar die nach dem Abbau auftretenden Gase in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet, doch können sie auch unter Nutzung des Brennstoffzellensystemaufbaus des ersten Ausführungsbeispiels (1) in die Leitung für nach dem Aufbau auftretendes Gas 234 eingeleitet werden. Mit anderen Worten kann der schwefelfreie Geruchsstoff, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, auch in dem Brennstoffzellensystem des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden.
C Drittes Ausführungsbeispiel
5 zeigt eine Darstellung des Gesamtaufbaus eines Brennstoffzellensystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 ist zwar im Großen und Ganzen identisch mit 1, doch wurden der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230C und der Steuerungsabschnitt 600C abgewandelt. Genauer gesagt fehlt dem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230C des dritten Ausführungsbeispiels das in 1 gezeigte Luftgebläse 250, die Luftleitung 232 und das erste Drei-Wege-Ventil 261. Anstelle dessen wurde der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230C mit einem Heizabschnitt 252 ergänzt. Diese Abwandlung ist durch eine Änderung des Geruchsstoffs bedingt.
Und zwar wird in dem ersten Ausführungsbeispiel der schwefelhaltige Geruchsstoff verwendet, während in dem dritten Ausführungsbeispiel ein Geruchsstoff ohne Schwefel verwendet wird. Zwar haftet der Geruchsstoff selbst an dem in jeder der Elektroden der Brennstoffzelle vorhandenen Katalysator an und verschlechtert die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle, doch nutzt das dritte Ausführungsbeispiel einen Geruchsstoff, der verhältnismäßig leicht reduziert werden kann. Für diesen Geruchsstoff kann zum Beispiel Aldehyd, Buttersäure (Butansäure), ein Essigsäureester wie Methylacetat oder dergleichen verwendet werden.
Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 des dritten Ausführungsbeispiels kann den Geruchsstoff durch Adsorption des in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs aus dem Gasgemisch entfernen. Außerdem kann der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 sein Adsorptionsvermögen wiedererlangen, indem der adsorbierte Geruchsstoff mit Hilfe von in dem Gasgemisch enthaltenem Wasserstoffgas abgebaut wird. Während des Abbaus des adsorbierten Geruchsstoffs wird der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 jedoch durch den Heizabschnitt 252 erhitzt. Der Heizabschnitt 252 erhitzt den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 derart, dass die Temperatur des Katalysators größer oder gleich einer Aktivierungstemperatur ist, die der Temperatur entspricht, bei der von selbst eine katalytische Reaktion stattfindet. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel reicht die Aktivierungstemperatur beispielsweise von etwa 400°C bis etwa 500°C. Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 wird daher, während er erhitzt wird, mit dem Gasgemisch versorgt, so dass der adsorbierte Geruchsstoff durch Wasserstoffgas reduziert wird. Dadurch werden als nach dem Abbau auftretende Gase CH₄- und H₂O-haltige Gase erzeugt.
Bei der Ausführung des ersten Steuerungsmodus (Adsorption des Geruchsstoffs) steuert der Steuerungsabschnitt 600C das Drei-Wege-Ventil 262 so, dass von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebenes Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet wird. Bei Ausführung des zweiten Steuerungsmodus (Wiederherstellung des Adsorptionsvermögens) steuert dagegen der Steuerungsabschnitt 600C den Heizabschnitt 252 so, dass er den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 erhitzt, und das Drei-Wege-Ventil 262 so, dass von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 abgegebene, nach dem Abbau auftretende Gase in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 eingeleitet werden.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird auch im dritten Ausführungsbeispiel der erste Steuerungsmodus während der Betriebsdauer (Stromerzeugungsdauer) des Brennstoffzellensystems ausgeführt, während der zweite Steuerungsmodus während einer Betriebsunterbrechung (Stromerzeugungsunterbrechung) des Brennstoffzellensystems ausgeführt wird, falls die geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitts 240 adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist.
In dem in 5 gezeigtem Brennstoffzellensystem des dritten Ausführungsbeispiels werden zwar die nach dem Abbau auftretende Gase in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas 234 eingeleitet, doch können sie bei Nutzung des in 4 gezeigten Brennstoffzellensystemaufbaus des zweiten Ausführungsbeispiels auch in die Brennstoffzelle 100 eingeleitet werden, sofern die nach dem Abbau auftretenden Gase die Ausgangskennwerte der Brennstoffzelle kaum verschlechtern. In diesem Fall kann der zweite Steuerungsmodus während der Betriebsdauer (Stromerzeugungsdauer) des Brennstoffzellensystems ausgeführt werden, falls die geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist.
Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230C enthält also in dem Brennstoffzellensystem des dritten Ausführungsbeispiels den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 und den Heizabschnitt 252. Der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 enthält ein poröses Adsorptionsmittel zum Adsorbieren des im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs und einen Katalysator zur Förderung des Abbaus des adsorbierten Geruchsstoffs. Der Heizabschnitt 252 baut den adsorbierten Geruchsstoff ab. Der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230C kann daher die Wirkung entfalten, die Brennstoffzelle unter Adsorption des in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs mit Wasserstoffgas zu versorgen und sein Adsorptionsvermögen durch Abbau des adsorbierten Geruchsstoffs wiederzuerlangen. Auch dann, wenn der oben beschriebene Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230C Anwendung findet, kann der Geruchsstoff durch physikalische Adsorption aus dem Gasgemisch entfernt und der adsorbierte Geruchsstoff schnell abgebaut werden. Daher kann der Austausch des Geruchsstoffbehandlungsabschnitts 230C (genauer gesagt des Geruchsstoffentfernungsabschnitts 240) entfallen.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, stellt der Heizabschnitt 252 des dritten Ausführungsbeispiels ein Beispiel für den Abbauunterstützungsabschnitt der Erfindung dar. Als Heizabschnitt 252 können ein elektrisches Heizelement, ein Gasheizelement oder dergleichen eingesetzt werden. Der Heizabschnitt 252 kann den Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 entweder indirekt oder direkt beheizen. Genauer gesagt kann der Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 direkt beheizt werden, wenn der Träger 242 als elektrisches Heizelement genutzt wird. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn auf einer Oberfläche der in 3 gezeigten gewellten Platte 242b zuvor eine isolierende Membran (Oxidfilm) ausgebildet wird und zwischen zwei elektrisch verbundenen Abschnitten, und zwar zwischen einem Zentralabschnitt des Trägers 242 (dem Achsenbauteil 242c) und einem Außenflächenabschnitt des Trägers 242 (der flachen Platte 242a), ein Strom fließen gelassen wird.
Dabei ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt ist und auf verschiedene andere Art und Weise umgesetzt werden kann, ohne vom Grundgedanken abzuweichen. So sind zum Beispiel auch die folgenden Abwandlungen möglich.

(1) Bei den obigen Ausführungsbeispielen befindet sich der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 in der Brennstoffgasleitung 201 in einem Bereich stromaufwärts von der Ringleitung. Anstelle dessen kann der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 aber auch in der Brennstoffgasleitung 201 in einem Bereich innerhalb der Ringleitung vorgesehen werden.
(2) Bei den obigen Ausführungsbeispielen enthält der Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200 den Gasbehälter 210, um das das Wasserstoffgas und den Geruchsstoff enthaltene Gasgemisch aufzubewahren. Anstelle dessen kann der Brennstoffgasversorgungsabschnitt 200 jedoch auch einen Gasbehälter zur Aufbewahrung von Wasserstoffgas und einen Geruchsstoffhinzufügungsabschnitt zur Hinzufügung eines Geruchsstoffs zu dem von dem Gasbehälter abgegebenen Wasserstoffgas enthalten, um das Gasgemisch zu erzeugen. Wenn der Brennstoffgasversorgungsabschnitt den Geruchsstoffhinzufügungsabschnitt enthält, kann der Brennstoffgasversorgungsabschnitt eine Wasserstoff okkludierende Legierung enthalten oder mit einem Reformierabschnitt versehen sein, der Wasserstoffgas durch Reformieren von Alkohol, Erdgas, Benzin, Ether, Aldehyd oder dergleichen erzeugt.

Auf jeden Fall ist es zweckmäßig, wenn der Wasserstoffversorgungsabschnitt mit einem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt versehen ist, der einen Geruchsstoff in einem ein gegebenes Wasserstoffgas und den Geruchsstoff enthaltenden Gasgemisch behandelt.

(3) Bei den obigen Ausführungsbeispielen enthält der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 den das poröse Adsorptionsmittel enthaltenden Geruchsstoffentfernungsabschnitt 240 und adsorbiert den im Gasgemisch enthaltenden Geruchsstoff daher durch physikalische Adsorption. Anstelle dessen kann der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt den im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff aber auch durch chemische Adsorption adsorbieren.

Im Allgemeinen ist es vorzuziehen, wenn der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt den in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff durch Adsorption einfängt. In den obigen Ausführungsbeispielen fängt der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt 230 zwar den im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff durch Adsorption ein, doch kann der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt den im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff auch durch Absorption einfangen.
Auf jeden Fall ist es zweckmäßig, wenn der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt die Wirkungsweise hat, die Brennstoffzelle durch Einfangen des in dem Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs mit Wasserstoffgas zu versorgen und sein Adsorptionsvermögen durch Abbau des eingefangenen Geruchsstoffs wiederzuerlangen.

(4) Die oben genannten Ausführungsbeispiele befassen sich mit dem Fall, dass die Erfindung bei einer Polymer elektrolyt-Brennstoffzelle Anwendung findet. Allerdings ist die Erfindung auch bei Brennstoffzellen anderer Bauarten anwendbar.

Claims

Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle (100) und einem Wasserstoffgasversorgungsabschnitt (200) zur Versorgung der Brennstoffzelle (100) mit Wasserstoffgas, wobei der Wasserstoffgasversorgungsabschnitt (200) mit einem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230; 230B; 230C) versehen ist, der die Wirkungsweise hat, einen Geruchsstoff in einem das Wasserstoffgas und den Geruchsstoff enthaltenden Gasgemisch einzufangen und sein Einfangvermögen durch Abbau des von ihm eingefangenen Geruchsstoffs wiederzuerlangen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, bei dem der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230; 230B; 230C) den im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff durch Adsorption einfängt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, bei dem der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230; 230B; 230C) einen Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240), der ein poröses Adsorptionsmittel zur Adsorption des im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoffs und einen Katalysator zur Förderung des Abbaus des im porösen Adsorptionsmittel adsorbierten Geruchsstoffs enthält, sowie einen Abbauunterstützungsabschnitt (250; 252) enthält, der den im porösen Adsorptionsmittel adsorbierten Geruchsstoff abbaut.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei dem das Adsorptionsmittel Aktivkohle enthält.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei dem das Adsorptionsmittel Zeolith enthält.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei dem der Katalysator einen Edelmetallkatalysator enthält.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei dem der Abbauunterstützungsabschnitt einen Sauerstoffgasversorgungsabschnitt (250) enthält, der den Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) mit Sauerstoffgas versorgt, der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230; 230B; 230C) außerdem einen ersten Strömungswegumschaltabschnitt (261) enthält, der entweder das Gasgemisch oder das Sauerstoffgas in den Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) einleitet, und der Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) den adsorbierten Geruchsstoff mit Hilfe des von dem Sauerstoffgasversorgungsabschnitt (250) zugeführten Sauerstoffgases oxidiert und abbaut.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, mit einem Steuerungsabschnitt (600; 600B), der den Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230; 230B) steuert, wobei der Steuerungsabschnitt (600; 600B) bei unterbrochenem Betrieb des Brennstoffzellensystems in einem Zeitraum, in dem eine geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, den Sauerstoffgasversorgungsabschnitt (250) und den ersten Strömungswegumschaltabschnitt (261) so steuert, dass der Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) mit dem Sauerstoffgas versorgt wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, mit einer Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas (234), durch die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) abgegebene, nach dem Abbau auftretende Gase strömen, wenn der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230) den von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) adsorbierten Geruchsstoff abbaut; und einem zweiten Strömungswegumschaltabschnitt (262), der das Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle (100) einleitet, wenn das Wasserstoffgas von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) abgegeben wird, und die nach dem Abbau auftretenden Gase in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas (234) einleitet, wenn von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) die nach dem Abbau auftretenden Gase abgegeben werden.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, mit einem Steuerungsabschnitt (600), der den Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230) steuert, wobei der Steuerungsabschnitt (600) bei unterbrochenem Betrieb des Brennstoffzellensystems in einem Zeitraum, in dem eine geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, den Sauerstoffgasversorgungsabschnitt (250) und den ersten Strömungswegumschaltabschnitt (261) so steuert, dass der Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) mit dem Sauerstoffgas versorgt wird, und den zweiten Strömungswegumschaltabschnitt (262) so steuert, dass in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas (234) die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) abgegebenen, nach dem Abbau auftretenden Gase eingeleitet werden.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, bei dem der Abbauunterstützungsabschnitt einen Heizabschnitt (252) enthält, der den Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) erhitzt, und der Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240), während er von dem Heizabschnitt (252) erhitzt wird, den in dem porösen Adsorptionsmittel adsorbierten Geruchsstoff mit Hilfe von in dem zugeführten Gasgemisch enthaltenem Wasserstoffgas reduziert und abbaut.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 11, bei dem der Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230C) außerdem eine Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas (234), durch die während des Abbaus des adsorbierten Geruchsstoffs von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) abgegebene, nach dem Abbau auftretende Gase strömen, und einen Strömungswegumschaltabschnitt (262) enthält, der das Wasserstoffgas in die Brennstoffzelle (100) einleitet, wenn von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) das Wasserstoffgas abgegeben wird, und der die nach dem Abbau auftretenden Gase in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas (234) einleitet, wenn von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) die nach dem Abbau auftretenden Gase abgegeben werden.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, mit einem Steuerungsabschnitt (600C), der den Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230C) steuert, wobei der Steuerungsabschnitt (600C) bei unterbrochenem Betrieb des Brennstoffzellensystems in einem Zeitraum, in dem eine geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitts (240) adsorbierten Geruchsstoffs größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, den Heizabschnitt (252) so steuert, dass er den Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) erhitzt, und den Strömungswegumschaltabschnitt (262) so steuert, dass die von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (240) abgegebenen, nach dem Abbau auftretenden Gase in die Leitung für nach dem Abbau auftretendes Gas (234) eingeleitet werden.
Wasserstoffgasversorgungseinheit (200) zur Versorgung einer bestimmten Vorrichtung (100) mit Wasserstoffgas, mit einem Geruchsstoffbehandlungsabschnitt (230; 230B; 230C), der die Wirkungsweise hat, einen Geruchsstoff in einem das Wasserstoffgas und den Geruchsstoff enthaltenden Gasgemisch einzufangen und sein Einfangvermögen durch Abbau des von ihm eingefangenen Geruchsstoffs wiederzuerlangen.
Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffsystems, mit den Schritten: Versorgen eines Geruchsstoffentfernungsabschnitts (230; 230B; 230C) mit einem Wasserstoffgas und einen Geruchsstoff enthaltenden Gasgemisch, Veranlassen des Geruchsstoffentfernungsabschnitts (230; 230B; 230C), den im Gasgemisch enthaltenen Geruchsstoff einzufangen, und Versorgen der Brennstoffzelle (100) mit dem verbliebenen Wasserstoffgas; Feststellen, ob eine geschätzte Menge des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (230; 230B; 230C) eingefangenen Geruchsstoffs größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist; und Abbauen des von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (230; 230B; 230C) eingefangenen Geruchsstoffs, wenn festgestellt wird, dass die geschätzte Menge des eingefangenen Geruchsstoffs größer oder gleich der vorbestimmten Menge ist.
Verfahren nach Anspruch 15, mit dem Schritt: nach außen Leiten von Gasen, die beim Abbau des Geruchsstoffs in dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (230; 230B; 230C) erzeugt und von dem Geruchsstoffentfernungsabschnitt (230; 230B; 230C) abgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 15, mit dem Schritt: Fördern des Abbaus des Geruchsstoffs durch Versorgen des Geruchsstoffentfernungsabschnitts (230; 230B) mit Sauerstoffgas.