DE112004002303T5 - Kathoden-Sättigungsanordnung für Brennstoffzellen-Stromerzeuger - Google Patents

Kathoden-Sättigungsanordnung für Brennstoffzellen-Stromerzeuger Download PDF

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Abstract

Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) aufweisend:
eine Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA) (12) mit einem Anodenbereich (16) mit einem Einlass (26) und einem Auslass (42), einem Kathodenbereich (18) mit einem Einlass (36) und einem Auslass (46), einem Elektrolytbereich (20) zwischen dem Anodenbereich und dem Kathodenbereich, und einem Kühlmittelbereich (22) mit einem Einlass (48) und einem Auslass (50); einen Einlass-Brennstoffstrom (24), der mit dem Anodenbereicheinlass (26) betriebswirksam verbunden ist; einen Einlass-Oxidationsmittelstrom (134'), der mit dem Kathodenbereicheinlass (36) betriebswirksam verbunden ist; einen Kühlmittelkreis (114), der mit dem Kühlmittelbereich-Einlass (48) und -Auslass (50) betriebswirksam verbunden ist, wobei der Kühlmittelkreis (114) eine Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zum Überführen von Wärme aus dem CSA-Kühlmittel bei einer Quellentemperatur zu einem Senkenmedium bei einer Senkentemperatur, die niedriger ist als die Quellentemperatur, wobei der Unterschied zwischen der Quellentemperatur und der Senkentemperatur eine Temperaturdifferenz ist, umfasst; und einen Befeuchter (70), der mit dem Kühlmittelkreis (114) und dem Einlass-Oxidationsmittelstrom (134') betriebswirksam verbunden ist, sowohl zur...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung betrifft Brennstoffzellen-Stromerzeuger und insbesondere die Bewerkstelligung des Wärmehaushalts in einem Brennstoffzellen-Stromerzeuger. Noch mehr im besonderen betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellen-Kathoden-Sättigungsanordnung zur Handhabung von Wärmebelastungen in einem Brennstoffzellen-Stromerzeuger, die zur Volumenoptimierung konstruiert ist.
  • Technischer Hintergrund
  • Brennstoffzellen-Stromerzeuger werden allgemein zur Erzeugung von elektrischer Energie aus reduzierenden und oxidierenden Fluiden verwendet, um elektrische Vorrichtungen mit Strom zu versorgen. In solchen Stromerzeugern wird eine, oder wird typischerweise eine Mehrzahl, planarer Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel, oder einer Zellenstapelanordnung (CSA, cell stack assembly), angeordnet. Jede Zelle enthält normalerweise eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode, die von einem Elektrolyten getrennt werden. Ein reduzierendes Fluid wie Wasserstoff wird der Anodenelektrode zugeführt, und ein Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder Luft wird der Kathodenelektrode zugeführt. Das reduzierende Fluid und das Oxidationsmittel werden typischerweise über entsprechende Verteiler/Sammelleitungen dem Zellenstapel zugeführt und aus ihm entfernt. In einer Zelle, die eine Protonenaustauschermembran (PEM, proton exchange membrane) als den Elektrolyten verwendet, reagiert der Wasserstoff elektrochemisch an einer Katalysator-Oberfläche der Anodenelektrode, um Wasserstoffionen und Elektronen zu erzeugen. Die Elektronen werden zu einem externen Verbraucherkreis geleitet und dann zu der Kathodenelektrode zurückgeführt, während die Wasserstoffionen durch den Elektrolyten zu der Kathodenelektrode übertreten, wo sie mit dem Oxidationsmittel und Elektronen reagieren, um Wasser zu erzeugen und Wärmeenergie freizusetzen.
  • Die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode derartiger Brennstoffzellen werden, abhängig von den Betriebserfordernissen und Einschränkungen der Arbeitsumgebung der Brennstoffzelle, von unterschiedlichen Arten von Elektrolyten getrennt. Ein derartiger Elektrolyt ist ein PEM-Elektrolyt, der aus einem in der Technik wohl bekannten festen Polymer besteht. Zu anderen üblichen Elekrolyten, die in Brennstoffzellen verwendet werden, gehören Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Kaliumhydroxid, die im Inneren einer porösen, nichtleitfähigen Matrix zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode gehalten werden. Es wurde gefunden, dass PEM-Zellen gegenüber Zellen mit flüssigen, sauren oder alkalischen Elektrolyten wesentliche Vorteile bei der Erfüllung spezieller Betriebsparameter haben, weil die Membran der PEM zwischen dem reduzierenden Fluid und dem Oxidationsmittel eine Sperre schafft, die gegenüber Druckunterschieden toleranter ist, fixiert ist und nicht aus der Zelle herausgelöst werden kann und eine relativ stabile Kapazität zur Wasser-Rückhaltung hat.
  • Beim Betrieb von PEM-Brennstoffzellen ist es üblicherweise wünschenswert, dass ein passendes Wassergleichgewicht zwischen der Rate, mit der Wasser an der Kathodenelektrode erzeugt wird, einschließlich Wasser, das von dem Protonen-Schleppen durch den PEM-Elektrolyten herstammt, und der Rate, mit der Wasser von der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode entfernt wird, aufrecht erhalten wird. Dies geschieht, um ein übermäßiges Trocknen oder Fluten eines oder mehrerer der verschiedenen Elemente der Brennstoffzelle zu verhindern.
  • Zusätzlich zu dem Wasser-Gleichgewicht in dem Brennstoffzellen-Stromerzeuger gibt es das weitere Erfordernis eines Kühlmittelsystems zum Aufrechterhalten einer geeigneten Temperatur der verschiedenen Komponenten des Stromerzeugers. Typischerweise, wenn auch nicht notwendigerweise, ist das Kühlmittel auch das oben im Hinblick auf das Bedürfnis nach Wasser-Gleichgewicht diskutierte Wasser. Das Kühlmittel wird typischerweise verwendet, um Wärme aus bestimmten Abschnitten des Brennstoffzellen-Stromerzeugers, wie beispielsweise der Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA), zu entfernen, obwohl das Kühlmittel in manchen Fällen auch als eine Wärmequelle dienen kann. Das Kühlmittel kann auch als eine Feuchtigkeitsquelle zur Regelung der Befeuch tung verschiedener Gasströme in dem Brennstoffzellen-Stromerzeuger dienen. Auf diese Arten dient das Kühlmittel dazu, die verschiedenen Wärmebelastungen verschiedener Abschnitte des Brennstoffzellen-Stromerzeugers anzugehen.
  • Die CSA kann eine Kühlmittel-Platteneinrichtung oder dergleichen enthalten, die einen Kühlmittelkanal durch die Zellenstapelanordnung, typischerweise der Kathode benachbart, definiert, und die einen Teil des Kühlmittelkreises, der sowohl innerhalb als auch außerhalb der CSA ist, bildet. Der Kühlmittelkreis enthält typischerweise mindestens eine Zirkulationseinrichtung, wie eine Pumpe, und irgendeine Form von Wärme-Entfernungseinrichtung, wie einen Kühler. Insoweit die elektrochemische Reaktion in der CSA die Quelle für beträchtliche Wärme sein kann, hat das Kühlmittel die wichtige Rolle, Wärme aus der CSA zu entfernen. Kühlmittel, das nahe an dem austretenden Kathodenabgas in die CSA eintritt, dient dazu, durch die Verwendung feinporiger Medien wie der Kühlmittel-Platteneinrichtung, die den dem Kathodenabgas benachbarten Kühlmittelkanal definieren, den Abgasstrom zu kühlen und Wasser aus jenem Gasstrom auszukondensieren. Die Wärmemenge, die entfernt wird, ist eine Funktion der Kühlmitteltemperatur und der Flussrate des Kühlmittels, das in die CSA eintritt.
  • Weil das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreis rezirkuliert wird, erfüllt die Wärme-Entfernungseinrichtung die wichtige Funktion, vor der Wiedereinführung des Kühlmittels in die CSA die meiste Wärme zu entfernen, die während des Durchgangs des Kühlmittels durch die CSA aufgenommen wurde. Während die Wärme-Entfernungseinrichtung eine Vielzahl von Formen annehmen kann, ist die bei weitem üblichste diejenige eines luftgekühlten Kühlers. Typischerweise ist es die Aufgabe des Kühlers, die gesamte Wärme zu entfernen, die durch den Durchgang des Kühlmittels durch die CSA aufgenommen wurde. Die Luft, die den Kühler kühlt, befindet sich typischerweise bei irgendeiner mit der Umgebung des Brennstoffzellen-Stromerzeugers im Zusammenhang stehenden Umgebungstemperatur und kann typischerweise 120° F (49° C) sein oder sich 120° F (49° C) nähern, besonders wenn die CSA in einer heißen Umgebung wie einer Wüste verwendet wird. Weil die Temperatur des die CSA verlassenden Kühlmittels nicht wesentlich größer ist als diejenige der Kühler-Kühlluft, oder umgekehrt ausgedrückt, weil die Temperatur der Kühler-Kühlluft nur ein wenig geringer sein kann als diejenige des die CSA verlassenden Kühlmittels, erfordert die sich ergebende relativ kleine Temperaturdifferenz, manchmal als das "Quäntchen" bezeichnet, dass die Kapazität des Kühlers relativ groß ist, um die notwendige Kühlung zu erreichen. Andererseits kann diese relative Größe des Kühlers aus mehreren Gründen, wozu Anschaffungskosten, Gewicht, Größe, Aussehen und Kosten, die mit seinem Betrieb und seiner Wartung verbunden sind, gehören, zu beanstanden sein.
  • Daher ist es wünschenswert, einen Brennstoffzellen-Stromerzeuger bereitzustellen, in dem der Wärmehaushalt auf eine Weise bewerkstelligt wird, die eine relative Verringerung der größenmäßigen Auslegung der Wärme-Entfernungseinrichtung, wie eines Kühlers, erlaubt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Wärme und/oder Wärmebelastungen verschiedener Einrichtungen oder Abschnitte eines Brennstoffzellen-Stromerzeugers werden in einer Weise neu verteilt oder neu zugeteilt, die eine gewünschte Modifizierung der/an der Wärme-Entfernungseinrichtung, die in dem Kühlmittelkreis für die Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA, fuel cell stack assembly) enthalten ist, erlaubt. Die Einfügung eines Befeuchters in den Kühlmittelkreis und den Einlass-Oxidationsmittel (Luft)-Strom dient dazu, die Befeuchtung der Einlassluft relativ zu erhöhen, während aus dem Kühlmittel Wärme entfernt wird, bevor es in die CSA eintritt. Die vereinten Wirkungen sind, die Temperatur des Kühlmittels, das die CSA verlässt, relativ zu erhöhen, ohne in ähnlicher Weise die Temperatur des Kühlmittels, das in die CSA eintritt, zu erhöhen, und außerdem, die Temperaturdifferenz ("Quäntchen") zwischen dem Kühlmittel, das in die Wärme-Entfernungseinrichtung eintritt, und der Kühlluft der Wärme-Entfernungseinrichtung relativ zu erhöhen. Diese letztere Wirkung erlaubt eine relative Verringerung der Größe/Kapazität der erforderlichen Wärme-Entfernungseinrichtung.
  • In einem Brennstoffzellen-Stromerzeuger wird eine Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA), ein Kühlmittelkreis mit einer Wärme-Entfernungseinrichtung, betriebswirksam mit der CSA verbunden, und ein betriebswirksam mit dem Kühlmittelkreis verbundener Befeuchter vorgesehen. Die CSA beinhaltet einen Anodenbereich mit einem Einlass und einem Auslass, einen Kathodenbereich mit einem Einlass und einem Auslass, einen Elektrolytbereich zwischen dem Anodenbereich und dem Kathodenbereich, und einen Kühlmittelbereich mit einem Einlass und einem Auslass, die in den Kühlmittelkreis eingebunden sind. Ein Einlass-Brennstoffstrom ist mit dem Anodenbereich-Einlass verbunden. Ein Einlass-Oxidationsmittelstrom ist betriebswirksam über den Befeuchter mit dem Kathodenbereich-Einlass verbunden. Die Wärme-Entfernungseinrichtung kann typischerweise ein Kühler sein, der aktiv von einem Medium wie Luft mit einer Temperatur, die etwas geringer ist als diejenige des Kühlmittels aus der CSA, gekühlt wird. Der Einlass-Oxidationsmittelstrom wird vor dem Eintritt in die Kathode der CSA durch den Befeuchter geführt, und in dem Befeuchter wird er zumindest teilweise, und typischerweise stark, durch Masse- und Wärme-Übergangsverbindung mit dem Kühlmittel, das ebenfalls durch den Befeuchter geführt wird, befeuchtet. Der Befeuchter muss einen Masse- und Wärme-Übergang zwischen zwei Fluidströmen, wie über eine Energie-Rückgewinnungseinrichtung (ERE), erlauben. Die ERE kann bevorzugt von dem Typ sein, bei dem ein feinporiges Medium die zwei Ströme trennt, aber einen Fluidübergang dazwischen erlaubt, oder kann alternativ ein Blasensättiger oder ein Kontaktsättiger oder dergleichen sein, bei dem es einen direkten Kontakt zwischen den zwei Fluidströmen ohne die Anwesenheit einer porösen Sperre dazwischen gibt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine vereinfachte schematische Abbildung eines Brennstoffzellen-Stromerzeugers gemäß dem Stand der Technik, die Beispiele von Temperaturen in ausgewählten Abschnitten der Anlage, einschließlich der Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA) und dem Kühlmittelkreis, veranschaulicht;
  • 2 ist eine vereinfachte graphische Ansicht des Verdampfungs/Kondensations-Profils in einer Standard-Brennstoffzelle für einen Luftstrom, der nicht hochgradig befeuchtet ist;
  • 3 ist eine vereinfachte graphische Ansicht des Verdampfungs/Kondensations-Profils in einer Standard-Brennstoffzelle für einen Luftstrom, der hochgradig befeuchtet ist; und
  • 4 ist eine vereinfachte schematische Abbildung, ähnlich derjenigen von 1, eines Brennstoffzellen-Stromerzeugers gemäß der Erfindung, die die Einbeziehung eines Befeuchters zur Befeuchtung des Einlass-Oxidationsmittels und außerdem zur Kühlung des Kühlmittels veranschaulicht, und die Beispiele für Temperaturen in ausgewählten Abschnitten der Anlage veranschaulicht.
  • Beste Art zur Ausführung der Erfindung
  • Es wird auf 1 Bezug genommen. Dort ist in Form einer vereinfachten schematischen Abbildung ein Brennstoffzellen-Stromerzeuger 10 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei repräsentative Temperaturen in ausgewählten Abschnitten der Anlage, einschließlich einer Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA) 12 und eines Kühlmittelkreises 14, angegeben sind. Der Brennstoffzellen-Stromerzeuger 10 umfasst eine Anzahl von Brennstoffzellen, die in einer bekannten Weise in einer Brennstoffzellen-Stapelanordnung 12 angeordnet sind. Obwohl die Illustration der CSA 12 in 1 so gedacht ist, dass sie mehrere Brennstoffzellen umfasst, ist sie aus Gründen der Einfachheit der Illustration und der Bezugnahme als eine einzige Zelle dargestellt. Jede Brennstoffzelle, und daher die CSA 12, umfasst typischerweise einen Anodenbereich 16, einen Kathodenbereich 18, einen Elekrolytbereich 20 zwischen dem Anodenbereich 16 und dem Kathodenbereich 18, und einen Kühlmittelbereich oder Kühlmittelkanal 22, der typischerweise dem Kathodenbereich 18 benachbart ist. Der Elektrolyt ist bevorzugt ein Protonenaustauschermembran (PEM, proton exchange membrane)-Typ, der ein in der Technik wohl bekanntes festes Polymer verwendet.
  • In dem Brennstoffzellen-Stromerzeuger 10 wird ein Reduktionsmittel in der Form eines Wasserstoff-reichen Brennstoffstroms 24 dem Anodenbereich 16, wie am Anodeneinlass 26, zugeführt. Die verschiedenen Anoden-, Kathoden- und Kühlmittel-Bereich-Einlasse und -Auslasse, die hierin nachfolgend verwendet werden, sind typischerweise in der Form von Verteilerleitungen bzw. Sammelleitungen, die die jeweiligen Bereiche bedienen. Der Wasserstoff-reiche Brennstoffstrom 24 stammt typischerweise aus einer Kohlenwasserstoff-Brennstoffquelle 28 mittels eines Brennstoff-Behandlungssystems (BBS) 30 von bekannter Konstruktion. Eine Quelle für Oxidationsmittel 32, wie Luft, liefert einen Oxidationsmittelstrom 34 über den Kathodeneinlass 36 zu dem Kathodenbereich 18, wobei der Fluss in einer bekannten Weise durch eine Treibeinrichtung, wie einen Ventilator, Kompressor oder ein Gebläse 38, unterstützt werden kann.
  • Nach dem Hindurchgehen durch den Anodenbereich 16 wird teilweise verarmter Brennstoff als Anodenabgasstrom 40 am Anodenauslass 42 abgegeben oder entlassen. Nach dem Hindurchgehen durch den Kathodenbereich 18 wird teilweise verarmtes Oxidationsmittel am Kathodenauslass 46 als Kathodenabgasstrom 44 entlassen.
  • Der Kühlmittelkanal 22 ist ein integraler Abschnitt bzw. Teil des Kühlmittelkreises 14 und kann von einer abgedichteten oder einer porösen Kühlmittelplatte, die nicht separat gezeigt ist, definiert werden. Wenn er als eine abgedichtete Platte gekennzeichnet ist, kann das Kühlmittel, typischerweise Wasser, nicht zwischen dem Kühlmittelkanal 22 und den Kathoden- und/oder Anoden-Bereichen 16, 18 fließen. Wenn er andererseits als eine feinporige, poröse Platte gekennzeichnet ist, können das Kühlmittel-Wasser und das Produkt-Wasser durch die Poren zwischen dem Kühlmittelkanal 22 und den Kathoden- und/oder Anoden-Bereichen 18, 16 übertreten. In jedem Fall tritt Wasser in dem Kühlmittelkreis 14 am Einlass 48 in den Kühlmittelkanal 22 der CSA 12 ein und kehrt über den Auslass 50 in den Kreis zurück. Der Kühlmittelkreis 14 ist hier in vereinfachter Form als eine Wärme-Entfernungseinrichtung, wie einen Kühler 52, und eine Zirkulations-Unterstützungseinrichtung, wie eine Pumpe 54, enthaltend gezeigt. Ein Kühlmittelkreis-Abschnitt 14' verbindet den Kühlmittelkanal-Auslass 50 mit der Pumpe 54, ein Abschnitt 14'' verbindet die Pumpe 54 mit dem Einlass zu dem Kühler 52, und ein weiterer Abschnitt 14''' verbindet den Auslass des Kühlers 52 mit dem Kühlmittelkanal-Einlass 48. Der Kühler 52 umfasst einen motorisierten Ventilator 56 zum Blasen von Luft durch, oder über, den Kühler, um eine Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem flüssigen Kühlmittel, das durch den Kühler und den Kühlmittelkreis 14 hindurchgeht, zu bewirken. Der Kühlmittelkreis 14 kann zusätzlich eine Vielfalt von, nicht gezeigten, Einrichtungen zum Reinigen, Entgasen, Zugeben und/oder Abgeben, und/oder in anderer Weise Behandeln des Kühlmittels, wie in der Technik bekannt, umfassen.
  • Bei der konventionellen, in 1 dargestellten Stromerzeuger-Konstruktion kann es sein, dass der Kühler 52 relativ groß sein muss, um das Ausmaß an Kühlung zu liefern, das erforderlich ist, um die Wärme zu entfernen, die während des Durchgangs des Kühlmittels durch die CSA 12 aufgenommen wurde. Die Funktion des Kühlmittels, wenn es durch die CSA 12 hindurchgeht, ist, durch die Brennstoffzellen-Reaktion erzeugte Wärme zu entfernen.
  • Die größenmäßige Auslegung des Kühlers 52 wird in erster Linie bestimmt durch den Unterschied in den Temperaturen zwischen dem Kühlmittel, das die CSA 12 an den Kühlmittelkreis-Abschnitten 14' und 14'' verlässt und so in den Kühler eintritt, und der Luft, die von dem Ventilator 56 zugeführt wird, um Wärme aus dem Kühlmittel in dem Kühler zu entfernen. Bei dieser Betrachtungsweise kann der Kühlmittelauslass 50 der CSA 12 als die "Quelle" von Wärme und der luftgekühlte Kühler 52 als die "Senke" gesehen werden. Wenn der Unterschied zwischen diesen beiden Temperaturen kleiner, oder enger, wird, werden die Anforderungen an die Kühlergröße und die Ventilatorleistung größer, und in einer nicht-linearen Weise, so dass eine kleine Verringerung in jener Temperaturdifferenz zu einer relativ viel größeren Veränderung (Vergrößerung) in der Größe des Kühlers 52 führen kann. Umgekehrt kann eine kleine Vergrößerung in jener Temperaturdifferenz eine signifikante Verringerung in der Größe des Kühlers 52 ermöglichen, wobei andere Dinge relativ konstant bleiben. Dieses Ergebnis wird erzielt durch Anpassen der Arbeitspunkte, und daher der Energiekonzentration, oder der Temperatur, an verschiedenen Punkten in dem System. Es wird Bezug genommen auf Ausgangsarbeitsbedingungen und -temperaturen in 1, die repräsentativ für den Stand der Technik sind. Es sollte klar sein, dass die hierin bezüglich der 1 bis 4 erwähnten Temperaturen willkürlich und lediglich beispielhaft und in keiner Weise beschränkend gemeint sind, und in erster Linie zu veranschaulichenden Vergleichszwecken genannt werden. Wenn angenommen wird, dass die Umgebungsluft an, oder in, dem Brennstoffzellen-Stromerzeuger 10 etwa 120° F (49° C) hat, wie unter den schlimmstmöglichen Betriebsbedingungen, dann sieht man, dass sowohl der Luft(Oxidationsmittel)-Strom 34, der in die Kathode 18 eintritt, als auch die Luft am Ventilator 56, die zum Kühlen des Kühlers verwendet wird, 120° F (49° C) haben. Für diese Erklärung von 1 nehme man an, dass das Kühlmittel, das am Kühlmitteleinlass 48 in den Kühlmittelkanal 22 eintritt, eine Temperatur von etwa 135° F (57° C) hat, und die Temperatur des Kühlmittels, das den Kühlmittelkanal 52 am Auslass 50 verlässt, wird eine Temperatur von etwa 160° F (71° C) haben. Daher ist es notwendig, einen Kühlmitteltemperatur-Abfall über den Kühler 52 von 25° F (14° C) mit einem Quelle-zu-Senke-Temperaturunterschied von nur 40° F (22° C) zu erhalten, was einen relativ großen Kühler und Ventilator erfordert.
  • Unter diesen Umständen ist es nützlich, die Verdampfungs/Kondensations-Profile einer typischen Brennstoffzelle zu betrachten, in der, erstens, der Kathoden-Luftstrom nicht hochgradig befeuchtet ist, wie man in 2 sieht, und zweitens, der Kathoden-Luftstrom hochgradig, oder zumindest relativ hochgradiger, befeuchtet, oder gesättigt, ist, wie man in 3 sieht. Bei Bezugnahme auf die 2 und 3 sollte klar sein, dass bei der Darstellung des Inneren einer Brennstoffzelle, insbesondere des Kathoden-Luftstroms und des Kühlmittelflusswegs, eine gewisse graphische Freiheit genutzt wird, und obwohl die Ausrichtungen von 1 verschieden sind, wurden die passenden Bezugsziffern verwendet.
  • Es wird zuerst auf 2 Bezug genommen. Das Kühlmittel tritt am Kühlmitteleinlass 48, der an dem Rand ist, oder in dem Bereich, wo die Kathodenluft austritt, wie am Kathodenauslass 46, in die CSA 12 ein. Das Kühlmittel dient dazu, den Kathodenabgasstrom dort zu kühlen und Wasser aus dem Kathodenabgas auszukondensieren. Das kondensierte Wasser wird mengenmäßig und örtlich durch die dichte Schraffierung 58 dargestellt. Dementsprechend wird die Wärme aus dem Kathodengasstrom entfernt und tritt in das Kühlmittel ein. Die Menge der entfernten Wärme ist eine Funktion der Kühlmitteleinlass 48-Temperatur und der Flussrate zu der CSA. Für dieselbe Flussrate führt eine Verringerung der Kühlmitteltemperatur dazu, dass mehr Wasser kondensiert wird. In einem repräsentativen Brennstoffzellen-Stromerzeuger wird genügend Wasser kondensiert, um das Wassergleichgewicht in dem Stromerzeuger 10, einschließlich dem BBS 30 und dem Kühlmittelkreis 14, aufrecht zu erhalten, wenn der Kühlmittelfluss ausreichend ist, beispielsweise 45 pph/Zelle, und die Kühlmitteltemperatur niedrig genug ist, beispielsweise 135° F (57° C). Daher soll der Stromerzeuger ungeachtet des Geschehens im Rest des Kühlmittelkreises 14 von 1 im Wassergleichgewicht sein, wenn der Kühlmitteleinlass 48 die vorgenannten Bedingungen erfüllt.
  • Es wird weiter auf 2 Bezug genommen. Das Kühlmittel verlässt die CSA 12 am Kühlmittelauslass 50, der an dem Rand, oder in dem Bereich, liegt, wo die Luft als ein Kathodeneinlass 36 in die Kathode 18 eintritt. Das erwärmte Kühlwasser dient dazu, diesen Kathodenluftstrom zu erwärmen und, in einem gewissen Ausmaß, zu befeuchten, weil die CSA 12 in dieser Hinsicht in einer zu einer Energie-Rückgewinnungseinrichtung analogen Weise arbeitet. Jene Befeuchtung geschieht in einem Verdampfungsbereich der Brennstoffzelle, der mengenmäßig und örtlich durch die einfache Schraffierung 60 dargestellt wird. In diesem Verdampfungsbereich 60 wird die Wärme aus dem Kühlmittel entfernt und tritt in den Kathodengasstrom ein. Die Temperatur des Kühlmittels fällt entsprechend, so dass, in dem vorgenannten repräsentativen Beispiel, die Kühlmitteltemperatur an dem Kühlmittelauslass etwa 160° F (71° C) beträgt. Diese Temperaturen sind mit den in dem System von 1 dargestellten in Übereinstimmung.
  • Es wird nun auf 3 Bezug genommen, die in den meisten Beziehungen 2 ähnlich ist, aber in der der Luftstrom, der am Kathodeneinlass 36 in die Kathode 18 eintritt, bereits auf einen Taupunkt nahe an der Einlasstemperatur der CSA 12 befeuchtet wurde, so dass relativ weniger Wärme und Wasser erforderlich sind, um die Befeuchtung auf örtliche Betriebsbedingungen der CSA 12 zu vervollständigen. Dieser Unterschied wird dadurch dargestellt, dass der Verdampfungsbereich 60 in 3 relativ kleiner ist, als er in 2 war, und führt dazu, dass eine höhergradige (Temperatur)Wärme die Brennstoffzelle (oder CSA 16) in dem Kühlmittel am Kühlmittelauslass 50 verlässt. Für das oben erwähnte Beispiel würde, wenn der Taupunkt des in den Kathodeneinlass 36 eintretenden Luftstroms nun als ein Ergebnis seiner erhöhten Befeuchtung vor jenem Punkt 130° F (54,5° C) wäre, die Kühlmitteltemperatur am Kühlmittelausgang 50 auf etwa 165° F (74° C) ansteigen.
  • Ein einfaches Erhöhen der Temperatur des Kühlmittels, das die Brennstoffzelle/CSA 12 am Kühlmittelauslass 50 verlässt, erreicht an und für sich nicht das Ziel, fähig zu sein, die Kühlergröße zu verringern. Dies liegt hauptsächlich daran, dass es auch die Temperatur des in den Kühlmitteleinlass 48 eintretenden Kühlmittels relativ erhöhen würde, was der obigen Diskussion entgegenläuft, die erforderte, dass jene Temperatur bei etwa 135° F (57° C) bleibt.
  • Der Prozess des teilweisen Befeuchtens des Luftstroms zur Zuführung zu dem Kathodeneinlass 36 überwindet jedoch jenes Hindernis. Auf der Basis des oben diskutierten Beispiels ergibt sich durch Befeuchtung des Luftstroms auf einen Taupunkt von 135° F (57° C) die Übertragung von Wärme, die der Entfernung von mehr als 5° F (3° C) aus dem Kühlmittel entspricht. Dies wird durch die Hinzufügung einer Befeuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung erreicht.
  • Es wird nun auf 4 Bezug genommen. Dort ist ein Brennstoffzellen-Stromerzeuger 110 gemäß der Erfindung dargestellt. In 4 werden Bezugsziffern, die mit denjenigen von 1 identisch sind, für jene Komponenten verwendet, die in den beiden Ausführungen dieselben, oder im wesentlichen dieselben, sind. Wenn es jedoch, bedingt durch die Erfindung, einen gewissen funktionellen, zusammensetzungsmäßigen oder strukturellen Unterschied gibt, aber die Komponenten von 4 dennoch zu den Komponenten von 1 analog bleiben, wurde ihnen dieselbe Bezugsziffer zugeteilt, aber mit vorangestellter "1". Die folgende Beschreibung wird den neuen Charakter, die neue Struktur und/oder Funktion des Verunreinigungs-Entfernungssystems der Erfindung herausstellen, und sie wird versuchen, die Wiederholung von Beschreibung, die ein Doppel derjenigen, die im Hinblick auf 1 geliefert wurde, darstellt, zu minimieren.
  • Während der Brennstoffzellen-Stromerzeuger 110 von 4 in den meisten Beziehungen dem im Hinblick auf 1 beschriebenen Stromerzeuger 10 ähnlich ist, unterscheidet er sich in mindestens dem wichtigen Aspekt, dass die Hinzufügung einer Befeuchtungseinrichtung 70 die Verwendung relativ kleinerer, einfacherer Wärmeentfernungseinrichtungen, in der Form eines relativ kleineren Kühlers 152 und motorisierten Ventilators 156, ermöglicht. Die Befeuchtungseinrichtung 70 ist eine relativ einfache, kleine und preiswerte Einrichtung und kann typischerweise die Form einer Energie-Rückgewinnungseinrichtung (ERE) mit einem Gasflussraum 72 und einem Flüssigkeits-, oder Kühlmittel-, Flussraum 74, die von einer Enthalpieaustausch-Sperre 76 dazwischen getrennt werden, annehmen. Die Befeuchtungseinrichtung 70, hierin auch als "ERE" 70 bezeichnet, kann von irgendeinem allgemein bekannten Aufbau sein, in dem ein Oxidationsmittel (Luft)-Strom und ein Kühlmittel (Wasser)-Strom in relativer Wärme- und Masse-Übertragungsbeziehung geführt werden können, um den Taupunkt/die Feuchtigkeit der Luft, die in die Kathode 18 der CSA 12 eintritt, relativ zu erhöhen, während auch Wärme aus dem Kühlmittel, das in den Kühlmittelkanal 22 der CSA eintreten soll, entfernt wird. Es ist bevorzugt, dass die ERE 70 ausreichend kompakt, einfach und preiswert ist, um jene Aspekte des vorherigen Kühlers 52 und/oder motorisierten Ventilators 56 in Bezug auf den Kühler 152 und/oder motorisierten Ventilator 156, die sie ersetzen, auszugleichen. Eine bevorzugte ERE 70 ist von dem Typ mit benachbartem Gasraum und Flüssigkeitsraum, 72 bzw. 74, die durch ein feinporiges Sättigermedium, typischerweise aus Graphit oder dergleichen, das die Enthalpieaustausch-Sperre 76 bildet, getrennt werden. Eine genaue Beschreibung einer derartigen Anordnung ist zu finden in dem US-Patent 6 274 259 von Grasso et al., das auf den Abretungsempfänger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde, wenn auch die vorliegende Erfindung nicht die Einbeziehung des Übertragungsmediumkreises jenes Patents zum Befeuchten der Enthalpieaustausch-Sperre 76 hierin erfordern mag. Andere annehmbare Sperren können von dem den feinporigen Wasserübertragungsplatten, wie sie in den/für die Kühlmittelkanäle in der CSA 12 verwendet werden, ähnlichen Typ sein. Eine alternative Form des Befeuchters oder der Energie-Rückgewinnungseinrichtung, 70, kann ein Blasensättiger oder Kontaktsättiger (nicht separat gezeigt) sein, in dem der Oxidationsmittel (Luft)-Strom direkt mit dem Kühlmittel (Wasser) in Kontakt gebracht wird, wie in einem Tank, einem Reservoir, einer Leitung oder dergleichen, um die notwendige Übertragung von Masse und Energie zwischen den zwei Fluiden zu bewirken, ohne zu erfordern, dass jene Übertragung indirekt über eine Enthalpieaustausch-Sperre dazwischen geschieht.
  • Die Befeuchtungseinrichtung 70 ist in den Kühlmittelkreis 114 relativ zum Kühler 152 stromab, und relativ zu dem Kühlmitteleinlass 48 zu dem Kühlmittelkanal 22 in der CSA 12 stromauf eingefügt. In ähnlicher Weise befindet sich die Befeuchtungseinrichtung 70 in dem Einlass-Oxidationsmittelstrom zwischen der Oxidationsmittelquelle 32 und dem Kathodeneinlass 36 zu der Kathode 18 der CSA 12. Ein Kühlmittelkreis-Abschnitt 114''' verbindet den Auslass, oder das Abgabeende, des Kühlers 152 mit dem Einlassende des Kühlmittelflussraums 74 der ERE 70, und ein Kühlmittelkreis-Abschnitt 114'''' verbindet das Auslassende jenes Kühlmittelflussraums mit dem Kühlmitteleinlass 48 der CSA 12. Ein Oxidationsmittel-Leitungsabschnitt 134 verbindet Oxidationsmittel von dem Gebläse 38 mit dem Einlassende des Gasflussraums 72 der ERE 70, und ein weiterer Oxidationsmittel-Leitungsabschnitt 134' verbindet das Auslassende jenes Gasflussraums mit dem Kathodeneinlass 36 der CSA 12. Es versteht sich, dass das Gebläse 38 entweder vor dem Einlass oder nach dem Auslass des Gasflussraums 72 angebracht sein kann. Es ist im allgemeinen wünschenswert, dass die Luft in dem Gasflussraum 72 und das Wasser in dem Kühlmittelflussraum 74 für eine maximale Effizienz der ERE in Gegenstrombeziehung zueinander fließen, wenn auch andere Ausführungen innerhalb des Umfangs der Erfindung sind.
  • Es wird nun weiter auf den Betrieb des Stromerzeugers 110 mit der Einbeziehung der Befeuchtungseinrichtung 70 Bezug genommen. Es ist nun möglich, sowohl den Taupunkt/die Feuchtigkeit des Oxidationsmittels vor seinem Eintritt in die Kathode 18 relativ zu erhöhen, als auch das den Kühler 152 verlassende Kühlmittel vor seinem Eintritt in den Kühlmittelkanal 22 weiter zu kühlen. Dies führt zu der Neuverteilung von Wärme in dem Stromerzeuger, und insbesondere der CSA 12, dem Kühlmittelkreis 114 und dem Ventilator 156 und dem Kühler 152 in dem Kühlmittelkreis. Diese Neuverteilung der Wärme wird durch einen Vergleich der Temperaturen an verschiedenen Stellen in dem Stromerzeuger 110 von 4 mit den Temperaturen an ähnlichen Stellen in dem Stromerzeuger der 1 veranschaulicht. Man sieht nun, dass die Befeuchtung des Oxidationsmittels vor seiner Einbringung in die Kathode 18 zu einer Temperatur von etwa 130° F (54,5° C) an der Leitung 134' an dem Kathodeneinlass 36 führt, was wiederum weniger Wärme aus dem Kühlmittel erfordert, um den Befeuchtungsprozess in der CSA 12 zu vollenden, und daher zu einer höhergradigen Wärme, d. h. 165° F (74° C), des Kühlmittels, das die CSA 12 am Kühlmittelauslass 5O verlässt, führt. Diese höhergradige Wärme in dem Kühlmittel tritt in ähnlicher Weise in dem Kühlmittelkreis-Abschnitt 14'' am Einlass zu dem Kühler 152 auf, und weil die Umgebungsluft von dem Ventilator 156 bei 120° F (49° C) bleibt, wird der Temperaturunterschied dazwischen relativ erhöht. Dies befähigt den Kühler 152, dasselbe Ausmaß an Kühlung, d. h. einen Abfall von etwa 25° F (14° C) auf 140° F (60° C) an seinem Auslass am Kreis-Abschnitt 114''', mit einem Kühler von relativ kleinerer Kapazität, als sie für denselben Temperaturabfall über den Kühler 52 von 1 erforderlich ist, zu bewirken. Dies wird erzielt, weil, obwohl die Temperatur des Kühlmittels, das den Kühler 152 verlässt, 5° F (3° C) höher ist als die Temperatur von 135° F (57° C), die für das am Einlass 48 in den Kühlmittelkanal 22 eintretende Kühlmittel erwünscht ist, jene erwünschte Temperatur (135° F, 57° C) erreicht wird, wenn das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreis-Abschnitt 114''' durch den Kühlmittelflussraum 74 des Befeuchters 70 hindurchgeht und in den Kühlmittelkreis-Abschnitt 114'''' austritt. Jene weitere Kühlung des Kühlmittels geschieht als das Ergebnis der während des Oxidationsmittel-Befeuchtungsprozesses in der ERE 70 daraus entfernten Wärme, wie vorher beschrieben.
  • Im Hinblick auf die vorangehende Diskussion wird anerkannt werden, dass der Brennstoffzellen-Stromerzeuger 110 so zufriedenstellend betrieben werden kann wie der Stromerzeuger 10, jedoch mit einem relativ kleineren und einfacheren Kühler 152/motorisierten Ventilator 156, als es in dem Stromerzeuger 10 der Fall war, und mit den zusätzlichen "Kosten" nur eines relativ einfachen, kompakten und preiswerten ERE/Befeuchters 70. Alles in allem sind die verringerte Größe und die verringerten Kosten des Kühlers 152/Ventilators 156 typischerweise ein Nettovorteil gegenüber jeglichen erhöhten Kosten und erhöhter Größe des hinzugefügten Befeuchters 70.
  • Obwohl die Erfindung im Hinblick auf die beispielhaften Ausführungsformen davon beschrieben und veranschaulicht wurde, sollte für Fachleute auf dem Gebiet klar sein, dass das Vorstehende und verschiedene andere Veränderungen, Weglassungen und Hinzufügungen durchgeführt werden können, ohne von dem Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann der Kühler 52 der Wärme-Entfernungseinrichtung irgendeiner von zahlreichen Typen von Wärmeaustauschern sein, z. B. Flüssigkeit zu Flüssigkeit, Flüssigkeit zu Gas, etc.. Darüber hinaus kann die Befeuchtungseinrichtung 70 verschiedene Formen annehmen, einschließlich des feinporigen Sättigermediums einer ERE, der Wasserübertragungsplatten wie in einer CSA, eines Blasensättigers, oder dergleichen, sowie Andere.
  • Zusammenfassung
  • Die Wärme von verschiedenen Abschnitten eines Brennstoffzellen-Stromerzeugers (110) wird in einer Weise neu verteilt, die eine gewünschte Abwandlung der/an der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156), z. B. Kühler (152), die in dem Kühlmittelkreis für die Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA) (12) enthalten ist, erlaubt. Ein Befeuchter (70), der in den Kühlmittelkreis (114) und den Einlass-Oxidationsmittel (Luft)-Strom (134') eingefügt ist, dient dazu, die Befeuchtung der Einlass-Luft relativ zu erhöhen, während Wärme aus dem Kühlmittel vor dem Eintritt in die CSA (12) entfernt wird. Die vereinten Wirkungen sind, die Temperatur des Kühlmittels, das die CSA verlässt, relativ zu erhöhen ohne in ähnlicher Weise die Temperatur des Kühlmittels, das in die CSA eintritt, zu erhöhen, und die Temperaturdifferenz ("Quäntchen") zwischen dem Kühlmittel, das in die Wärme-Entfernungseinrichtung eintritt, und der Kühlluft der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) relativ zu erhöhen. Diese letztere Wirkung erlaubt eine relative Verringerung der Größe/Kapazität der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156).

Claims (13)

  1. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) aufweisend: eine Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA) (12) mit einem Anodenbereich (16) mit einem Einlass (26) und einem Auslass (42), einem Kathodenbereich (18) mit einem Einlass (36) und einem Auslass (46), einem Elektrolytbereich (20) zwischen dem Anodenbereich und dem Kathodenbereich, und einem Kühlmittelbereich (22) mit einem Einlass (48) und einem Auslass (50); einen Einlass-Brennstoffstrom (24), der mit dem Anodenbereicheinlass (26) betriebswirksam verbunden ist; einen Einlass-Oxidationsmittelstrom (134'), der mit dem Kathodenbereicheinlass (36) betriebswirksam verbunden ist; einen Kühlmittelkreis (114), der mit dem Kühlmittelbereich-Einlass (48) und -Auslass (50) betriebswirksam verbunden ist, wobei der Kühlmittelkreis (114) eine Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zum Überführen von Wärme aus dem CSA-Kühlmittel bei einer Quellentemperatur zu einem Senkenmedium bei einer Senkentemperatur, die niedriger ist als die Quellentemperatur, wobei der Unterschied zwischen der Quellentemperatur und der Senkentemperatur eine Temperaturdifferenz ist, umfasst; und einen Befeuchter (70), der mit dem Kühlmittelkreis (114) und dem Einlass-Oxidationsmittelstrom (134') betriebswirksam verbunden ist, sowohl zur Kühlung des Kühlmittels vor der Wiedereinführung des Kühlmittels in die CSA (12), als auch zum relativ Erhöhen der Temperatur und der Feuchtigkeit des Einlass-Oxidationsmittelstroms (134') vor der Einführung des Einlass-Oxidationsmittelstroms in den CSA-Oxidationsmittelbereich-Einlass (36), um dadurch die Wärme mindestens der CSA (12) und der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zu verteilen, um so die Kühlmittelausgangstemperatur von der CSA (12) und zu der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zu erhöhen, um so die Temperaturdifferenz zwischen der Quellentemperatur und der Senkentemperatur relativ zu erhöhen.
  2. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 1, bei dem der Befeuchter (70) das Kühlmittel ausreichend kühlt, um die Kühlmittel-Einlasstemperatur zu der CSA (12) relativ zum Betrieb ohne den Befeuchter (70) im wesentlichen konstant zu halten.
  3. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 1 (oder 2), der außerdem eine relative Verringerung in der Größe der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) beinhaltet.
  4. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 1 (und/oder 3), bei dem die Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) einen Kühler (152) und einen motorisierten Ventilator (156) aufweist.
  5. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 1, bei dem der Befeuchter (70) eine Energie-Rückgewinnungseinrichtung (70) zur Wärme- und Masse-Übertragung zwischen dem Einlass-Oxidationsmittelstrom (134) und dem Kühlmittel (114'''), das von der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zu der CSA (12) zurückgeführt wird, aufweist.
  6. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 5, bei dem die Energie-Rückgewinnungseinrichtung (70) einen Gasflussraum (72) und einen Flüssigkühlmittel-Flussraum (74), die durch eine feinporige Enthalpieaustausch-Sperre (76) getrennt sind, aufweist.
  7. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 5, bei dem die Energie-Rückgewinnungseinrichtung (70) einen Sättiger aufweist, bei dem sich der Einlass-Oxidationsmittelstrom (134) in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel (114'''), das von der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zu der CSA (12) zurückgeführt wird, befindet.
  8. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 2, bei dem die Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) in Abwesenheit des Befeuchters (70) eine erste Kapazität hat, und in Anwesenheit des Befeuchters (70) eine geringere Kapazität hat.
  9. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 8, bei dem die Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) einen Kühler (152) und einen motorisierten Ventilator (156) aufweist.
  10. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 9, bei dem der Befeuchter (70) eine Energie-Rückgewinnungseinrichtung (70) zur Wärme- und Masse-Übertragung zwischen dem Einlass-Oxidationsmittelstrom (134) und dem Kühlmittel (114'''), das von dem Kühler (152) zu der CSA (12) zurückgeführt wird, aufweist.
  11. Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110) nach Anspruch 10, bei dem die Energie-Rückgewinnungseinrichtung (70) einen Gasflussraum (72) und einen Flüssigkühlmittel-Flussraum (74), die durch eine feinporige Energieaustausch-Sperre (76) getrennt sind, aufweist.
  12. In einem Brennstoffzellen-Stromerzeuger (110), umfassend eine Brennstoffzellen-Stapelanordnung (CSA) (12) mit einem Anodenbereich (16) mit einem Einlass (26) und einem Auslass (42), einem Kathodenbereich (18) mit einem Einlass (36) und einem Auslass (46), einem Elektrolytbereich (20) zwischen dem Anodenbereich und dem Kathodenbereich, und einem Kühlmittelbereich (22) mit einem Einlass (48) und einem Auslass (50); einen Einlass-Brennstoffstrom (24), der mit dem Anodenbereicheinlass (26) betriebswirksam verbunden ist; einen Einlass-Oxidationsmittelstrom (134'), der mit dem Kathodenbereicheinlass (36) betriebswirksam verbunden ist; und einen Kühlmittelkreis (114), der mit dem Kühlmittelbereich-Einlass (48) und -Auslass (50) betriebswirksam verbunden ist, wobei der Kühlmittelkreis (114) eine Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zum Übertragen von Wärme von dem CSA-Kühlmittel bei einer Quellentemperatur zu einem Senkenmedium bei einer Senkentemperatur, die niedriger ist als die Quellentemperatur, wobei der Unterschied zwischen der Quellentemperatur und der Senkentemperatur eine Temperaturdifferenz ist, umfasst, das Verfahren zum relativ Erhöhen der Temperaturdifferenz, das folgende Schritte aufweist: Kühlen (74) des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreis (114) vor der Wiedereinführung des Kühlmittels in die CSA (12); relativ Erhöhen der Temperatur und der Feuchtigkeit (72) des Einlass-Oxidationsmittelstroms (134') vor der Wiedereinführung des Einlass-Oxidationsmittelstroms in den CSA-Oxidationsmittelbereich-Einlass (36), um dadurch die Wärme mindestens der CSA (12) und der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zu verteilen, um so die Kühlmittel-Ausgangstemperatur von der CSA (12) und zu der Wärme-Entfernungseinrichtung (152, 156) zu erhöhen, um so die Temperaturdifferenz zwischen der Quellentemperatur und der Senkentemperatur relativ zu erhöhen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Schritte des Kühlens (74) des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreis (114) vor der Wiedereinführung des Kühlmittels in die CSA (12), und des relativ Erhöhens der Temperatur und der Feuchtigkeit (72) des Einlass-Oxidationsmittelstroms (134') vor der Einführung des Einlass-Oxidationsmittelstroms in den CSA-Oxidationsmittelbereich-Einlass (36), das Einbinden eines Befeuchters (70) in den Kühlmittelkreis (114) und in den Einlass-Oxidationsmittelstrom (134') aufweist, um beide Schritte durchzuführen.
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