DE112005000667T5 - Brenngas-Austauschvorrichtung für einen Brennstoffzellenstapel - Google Patents

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Abstract

Brennstoffzellenstapel, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Zellen (1) ausgebildet ist,
mit einem Brenngas-Zuführungsverteiler (4), der sich in Stapelrichtung durch die Zellen (1) erstreckt und den Zellen (1) Brenngas zuführen kann;
mit einem Brenngas-Abgasverteiler (7), der sich in Stapelrichtung durch die Zellen (1) erstreckt und von den Zellen (1) ausgestoßenen überschüssigen Brennstoff sammeln kann;
mit einem Bypass-Durchgang (9), der ein stromabwärtsseitiges Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers (4) mit dem Brenngas-Abgasverteiler (7) verbindet; und
mit einem Ventil (11), dass den Bypass-Durchgang (9) öffnet und schließt,
wobei das Ventil (11) geöffnet ist, wenn das Brenngas beginnt, dem Brenngas-Zuführungsverteiler (4) zugeführt zu werden, um dadurch durch das zugeführte Brenngas ein Ausspülen des größten Teils der Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler (4) durch den Bypass-Durchgang (9) zu bewirken, ohne zu verursachen, dass die Luft durch die Zellen (1) strömt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brenngas-Austauschvorrichtung für einen Brennstoffzellenstapel und insbesondere auf ein Verfahren zum Ausspülen des Innenraums eines Brenngas-Zuführungsverteilers.
  • STAND DER TECHNIK
  • JP 09-27334 A offenbart einen Brennstoffzellentyp mit einem festen Polymerelektrolytfilm. In dieser Brennstoffzelle ist ein Brennstoffzellenstapel durch Stapeln einer Mehrzahl von Zelleneinheiten ausgebildet, von denen jede aus einem Elektrolyt gebildet ist, der aus einem Polymer-Ionenaustausch-Film und einer Katalysatorelektrode und einer porösen Karbonelektrode zusammengesetzt ist, die entsprechend auf jeder Seite des Elektrolyts angeordnet sind.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • In einem Brennstoffzellenstapel ist ein Brenngas Zuführungsverteiler zur Verteilung und Zuführung von Brenngas zu den Zellen ausgebildet, um sich in Stapelrichtung zu erstrecken. Wenn beim Anfahren der Energieerzeugung das Brenngas beginnt, dem Brenngas-Zuführungsverteiler zugeführt zu werden, wird die atmosphärische Luft, die den Brenngas-Zuführungsverteiler eingenommen hat, durch das Brenngas ausgespült. In diesem Fall bewegt sich das Brenngas im Brenngas-Zuführungsverteiler in Richtung der stromabwärtigen Seite vorwärts, während es verteilt und den Zellen zugeführt wird. Daher wird unmittelbar nach dem Beginn der Zuführung des Brenngases ein Zustand erzeugt, bei dem das Brenngas den Zellen auf der stromaufwärtigen Seite des Brenngas-Zuführungsverteilers zugeführt wurde, während den Zellen auf der stromabwärtigen Seite davon kein Brenngas zugeführt wurde. Während eine normale Brennstoffzellen-Energieerzeugung in den Zellen auf der stromaufwärtigen Seite erfolgt, wird der Beginn der Energieerzeugung auf der stromabwärtigen Seite verzögert und in dieser Zeit erfolgt aufgrund der Kohlenstoffkorrosion eine Entladung, die dem Fehlen von Brenngas zuzuschreiben ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die erforderliche Zeit zum Ausspülen der atmosphärischen Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler nach dem Beginn der Energieerzeugung zu verkürzen und eine Entladung aufgrund der Kohlenstoffkorrosion zu unterdrücken, die wahrscheinlich in einem Teil der Zellen erfolgt.
  • Um die obigen Aufgaben zu erreichen, stellt die Erfindung einen Brennstoffzellenstapel bereit, der durch Aufstapeln einer Mehrzahl von Zellen ausgebildet ist, der einen Brenngas-Zuführungsverteiler, der vorgesehen ist, um sich in der Stapelrichtung durch die Zellen zu erstrecken und geeignet ist, den Zellen Brenngas zuzuführen, einen Brenngas-Abgasverteiler, der vorgesehen ist, um sich in der Stapelrichtung durch die Zellen zu erstrecken, und geeignet ist, überschüssigen Brennstoff zu sammeln, der von den Zellen ausgestoßen wird, einen Bypass-Durchgang, der ein stromabwärtiges Ende der Brenngas-Zuführungsverteilers mit dem Brenngas-Abgasverteiler verbindet, und ein Ventil aufweist, das den Bypass-Durchgang öffnet und schließt, wobei das Ventil geöffnet ist, wenn das Brenngas beginnt, dem Brenngas- Zuführungsverteiler zugeführt zu werden, um dadurch ein Ausspülen des größten Teils der Luft durch das zugeführte Brenngas im Brenngas-Zuführungsverteiler durch den Bypass-Durchgang hindurch zu bewirken, ohne zu verursachen, dass die Luft durch die Zellen strömt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Diagramm, das die Spannungs-Anstiegscharakteristika jeder Zelle zum Zeitpunkt des Ausspülens zeigt.
  • 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESTES VERFAHREN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
  • 1 ist eine Darstellung, die einen Brennstoffzellenstapel an einer Position in der Nähe des Mittelpunkts bezüglich der Stapelrichtung aufgetrennt zeigt. In 1 ist der Brennstoffzellenstapel durch Stapeln einer Mehrzahl von Elementarzellen 1 ausgebildet, von denen jede einen Elektrolyt und ein Paar von Katalysatorelektroden umfasst, die vorgesehen sind, um den Elektrolyt dazwischen anzuordnen.
  • Hierbei wird die Energieerzeugung in jeder Zelle 1 schematisch dargestellt. Die Katalysatorelektrode der Anodenseite (die Brennstoff-Elektrode) erhält eine Zuführung von Wasserstoff als Brenngas und der Wasserstoff wird an den Katalysatorelektroden ionisiert, um zu Wasserstoffionen und Elektronen zu werden.
  • Die Wasserstoffionen bewegen sich zur Katalysatorelektrode der Kathodenseite (die Luft-Elektrode) und die Elektronen strömen durch einen externen Kreislauf, um sich zur Katalysatorelektrode der Kathodenseite (der Luftelektrode) zu bewegen. Die Luft wird der Katalysatorelektrode der Kathodenseite (der Luft-Elektrode) zugeführt und der Sauerstoff in der Luft, die Wasserstoffionen, die sich durch den Elektrolyt hindurch bewegt haben, und die Elektronen, die sich durch den externen Kreislauf hindurch bewegt haben, reagieren miteinander, um Wasser zu erzeugen. Als Folge der oben genannten Bewegung der Elektronen durch den externen Kreislauf fließt ein elektrischer Strom in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsrichtung der Elektronen, wo elektrische Energie erzielbar ist.
  • Im oben genannten Brennstoffzellenstapel sind eine erste Endplatte 2 und eine zweite Endplatte 8 an beiden Enden davon entsprechend angeordnet. Im Brennstoffzellenstapel befindet sich der Brenngas-Zuführungsverteiler 4 an einem Ende der Zellen 1. Darüber hinaus ist an einer Position auf der entgegengesetzten Seite des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 ein Brenngas-Abgasverteiler 7 ausgebildet, der sich in der Stapelrichtung durch die Zellen 1 erstreckt.
  • In jeder Zelle 1 sind Brenngas-Kanäle 5 ausgebildet, die die Kommunikation zwischen dem Brenngas-Zuführungsverteiler 4 und dem Brenngas-Abgasverteiler 7 herstellen. Die Brenngas-Kanäle 5 sind im Energieerzeugungsbereich jeder Zelle 1 angeordnet. Der als Brenngas dienende Wasserstoff, der vom Brenngas-Zuführungsverteiler 4 zugeführt wird, wird verteilt und den Brenngas-Kanälen 5 zugeführt und wird zur Energieerzeugungsreaktion in jeder Zelle 1 verwendet. Der Anteil des Wasserstoffs, der für die Energieerzeugungsreaktion nicht verwendet wird, wird in den Brenngas-Abgasverteiler 7 ausgestoßen.
  • Ein Brenngas-Zuführungsanschluss 3 ist in der ersten Endplatte 2 geöffnet und ist mit dem Brenngas-Zuführungsverteiler 4 verbunden. Ferner ist ein Brenngas-Abgasanschluss 6 in der ersten Endplatte 2 geöffnet und mit dem Brenngas-Abgasverteiler 7 verbunden.
  • Das vom Brenngas-Zuführungsanschluss 3 eingeleitete Brenngas wird vom Brenngas-Zuführungsverteiler 4 an die Brenngas-Kanäle 5 der Zellen 1 verteilt und überschüssiges Brenngas wird durch den Brenngas-Abgasverteiler 7 und den Brenngas-Abgasanschluss 6 zur Außenseite ausgestoßen.
  • Ferner sind im Brennstoffzellenstapel ein Verteiler 14 zur Zuführung der für die Energieerzeugungsreaktion erforderlichen Luft, ein Luft-Abgasverteiler 15, ein Kühlwasser-Zuführungsverteiler 16 zur Zirkulation von Kühlwasser zum Kühlen des Stapels, der dem Temperaturanstieg aufgrund der Energieerzeugungsreaktion ausgesetzt ist, und ein Kühlwasser-Ausstoßverteiler 17 vorgesehen, um sich durch die Zellen 1 zu erstrecken.
  • Wenn die Energieerzeugung bei der Brennstoffzelle anläuft, ist es im Übrigen notwendig, das Ausspülen der atmosphärischen Luft (Luft) durchzuführen, die in den Brenngas-Zuführungsverteiler während der Aussetzung der Energieerzeugung eingetreten ist. Während dem Aussetzen der Energieerzeugung bei der Brennstoffzelle wird der atmosphärischen Luft zwischenzeitlich ermöglicht, in den Brenngas-Zuführungsverteiler 4 einzutreten und der Innenraum des Verteilers 4 füllt sich im Verlauf der Zeit mit atmosphärischer Luft. Es wird kein normaler Energieerzeugungszustand erreicht, bis die gesamte atmosphärische Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 durch das Brenngas ausgetauscht ist. Um das Ausspülen der atmosphärischen Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 durchzuführen, wird daher der folgende Aufbau eingesetzt.
  • In der zweiten Endplatte 8 des Brennstoffzellenstapels ist ein Durchgangsanschluss 4a ausgebildet, um mit dem stromabwärtigen Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 verbunden zu werden.
  • Der Brennstoffzellenstapel weist unabhängig vom Brenngas-Abgasverteiler 7 und parallel zum Brenngas-Abgasverteiler 7 einen Bypass-Abgasdurchgang 10 auf, der sich durch die Zellen 1 hindurch erstreckt. In der zweiten Endplatte 8 ist ein Durchgangsanschluss 10a ausgebildet, der mit dem Bypass-Abgasdurchgang 10 verbunden ist.
  • Zusammen mit dem Brenngas-Abgasverteiler 7 ist das andere Ende des Bypass-Abgasdurchgangs 10 mit dem Brenngas-Abgasanschluss 6 verbunden, welcher in der ersten Endplatte 2 vorgesehen ist.
  • Darüber hinaus ist ein Bypasskanal 9 vorgesehen, der eine Verbindung zwischen dem Durchgangsanschluss 4a, der mit dem Brenngas-Zuführungsverteiler 4 in Verbindung steht, und dem Durchgangsanschluss 10a herstellt, der mit dem Bypass-Abgasdurchgang 10 in Verbindung steht.
  • Mit anderen Worten wird durch den Bypasskanal 9 eine Verbindung zwischen dem stromabwärtigen Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 und dem stromaufwärtigen Ende des Bypass-Abgasdurchgangs 10 hergestellt, der an der Außenseite des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist. Etwa am Mittelpunkt des Bypasskanals 9 ist ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Ventil 11 vorgesehen.
  • Der Bypasskanal 9 und der Bypass-Abgasdurchgang 10 bilden den Bypass-Durchgang dieser Ausführungsform.
  • Die minimale Durchgangs-Querschnittsfläche des Bypass-Abgasdurchgangs 10 und des Bypasskanals 9 ist so festgelegt, dass es während einem Normalbetrieb der Brennstoffzelle, bei dem das elektromagnetische Ventil 11 geschlossen ist, für das Brenngas möglich ist, in einer Menge hindurchzuströmen, die nicht geringer als die Gesamtmenge des durch die Brenngas-Kanäle 5 der Zellen 1 strömenden Brenngases ist. Demzufolge ist es möglich, die Gesamtmenge des dem Brenngas-Zuführungsanschluss 3 zugeführten Brenngases durch einen Bypass-Durchgang direkt zum Brenngas-Abgasanschluss 6 zu leiten, ohne zu verursachen, das es durch die Brenngas-Kanäle 5 der Zellen 1 strömt.
  • Aus diesem Grund sollte dieser so eingerichtet sein, das die folgende Formel gilt: D ≥ d × √N; wobei D der Durchmesser des Bypass-Abgasdurchgangs 10 und des Bypasskanals 9 ist, d der Durchmesser von jedem der Brenngaskanäle 5 ist und N die Gesamtzahl der Brenngas-Kanäle 5 aller Zellen 1 (die Anzahl der Zellen multipliziert mit der Anzahl der Kanäle pro Elementarzelle) ist.
  • Um das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils 11 zu steuern/zu regeln, ist eine Steuerungs-/Regelungseinheit 12 vorgesehen. Um die Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle zu starten, bewirkt die Steuerungs-/Regelungseinheit 12, dass das elektromagnetische Ventil 11 eine vorgegebene Zeitspanne lang geöffnet bleibt, wenn das Brenngas beginnt, dem Brennstoffzellenstapel zugeführt zu werden.
  • Wenn das elektromagnetische Ventil 11 geöffnet wird, wird das stromabwärtige Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 durch den Bypasskanal 9 und den Bypass-Abgasdurchgang 10 mit dem Brenngas-Abgasanschluss 6 verbunden und es ist möglich, einen Weg sicherzustellen, um die atmosphärische Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 zur Außenseite abzuführen, ohne ihr zu ermöglichen, durch die Brenngas-Kanäle 5 zu strömen. Die Durchgangs-Querschnittsfläche von jedem der in den Zellen 1 vorgesehenen Brenngas-Kanäle 5 ist viel kleiner als die Durchgangs-Querschnittsfläche des Bypasskanals 9 und des Bypass-Abgasdurchgangs 10, was bedeutet, dass sie dem Gasstrom einen großen Widerstand bieten. Wenn das elektromagnetische Ventil 11 geöffnet ist, strömt das Brenngas im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 demzufolge nicht durch die Brenngas-Kanäle 5, die den großen Durchflusswiderstand bieten, und der größte Teil der atmosphärischen Luft strömt durch den Bypasskanal 9 und den Bypass-Abgasdurchgang 10.
  • Dadurch, dass das elektromagnetische Ventil geöffnet bleibt, wenn das Brenngas beginnt, zugeführt zu werden, wird die atmosphärische Luft, die den Innenraum des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 während dem Aussetzen der Energieerzeugung der Brennstoffzelle gefüllt hat, durch das Brenngas vertrieben, wobei der Austausch und der Spülvorgang dadurch in einer kurzen Zeitspanne beendet wird.
  • Deshalb wird die oben genannte vorgegebene Zeitspanne im Voraus als die notwendige und ausreichende Zeitspanne zum Austausch der atmosphärischen Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 durch das Brenngas gespeichert, wobei das elektromagnetische Ventil 11 geöffnet ist. Wenn die vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist, wird bestimmt, dass das Spülen des Innenraums des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 abgeschlossen ist und dass der Brenngas-Zuführungsverteiler 4 mit Brenngas gefüllt ist, und das elektromagnetische Ventil 11 wird durch die Steuerungs-/Regelungseinheit 12 geschlossen.
  • In diesem Zustand wird der Brennstoff im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 durch die Brenngas-Kanäle 5 der Zellen 1 in den Brenngas-Abgasverteiler 7 ausgestoßen.
  • Wenn der Bypasskanal 9 und der Bypass-Abgasdurchgang 1Q nicht zur Verfügung stehen, wenn das Brenngas beginnt, zugeführt zu werden, wird das dem Brenngas-Zuführungsverteiler 4 zugeführte Brenngas durch den Brenngas-Zuführungsverteiler 4 strömen, während es sukzessiv verteilt und den Brenngas-Kanälen, beginnend mit den stromaufwärts liegenden, zugeführt wird, sodass es eine Zeit dauert, um das Ausspülen der sich in der Brenngas-Zuführungsverteiler 4 angesammelten atmosphärischen Luft vollständig durchzuführen. Bis das Ausspülen beendet ist, erfolgt daher, wie in 2 gezeigt, die normale Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle (die Zellenspannung steigt an) durch die Zuführung des Brenngases in den stromaufwärtsseitigen Zellen 1, während in den stromabwärtsseitigen Zellen 1, aufgrund der Verzögerung bei der Zuführung von Brenngas, der Energieerzeugungsvorgang verzögert wird, und darüber hinaus die Möglichkeit besteht, dass eine Entladung, aufgrund der dem Fehlen von Brenngas zuzuschreibenden Kohlenstoffkorrosion, stattfindet.
  • Wenn die Zuführung von Brenngas beginnt, wird im Gegensatz dazu bei der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass das stromabwärtige Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 durch den Bypasskanals 9 und den Bypass-Abgasdurchgang 10 direkt mit dem Brenngas-Abgasanschluss 6 in Verbindung steht, sodass das Spülen in kurzer Zeit beendet ist, wodurch es möglich ist, die Verzögerung des Spannungsanstiegs in den stromabwärtsseitigen Zellen bezüglich des Spannungsanstiegs in den stromaufwärtsseitigen Zellen ausreichend zu verringern, um dadurch die Entladung aufgrund der Kohlenstoffkorrosion zu verhindern.
  • Nach der Beendigung des Spülens wird darüber hinaus das elektromagnetische Ventil 11 geschlossen, wodurch es möglich ist, das Brenngas vom Brenngas-Zuführungsverteiler 4 an die Brenngas-Kanäle 5 der Zellen 1 zu verteilen und zuzuführen.
  • Eine weitere Ausführungsform wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Bei dieser Ausführungsform ist in der zweiten Endplatte 8 ein Durchgangsanschluss 7a ausgebildet, der mit dem stromaufwärtigen Ende des Brenngas-Abgasverteilers 7 verbunden ist, und ein Ende des Bypasskanals 9 ist mit dem Durchgangsanschluss 7a verbunden. Wie bei der vorausgegangenen Ausführungsform ist das elektromagnetische Ventil 11 etwa am Mittelpunkt des Bypasskanals 9 vorgesehen.
  • Zu in diesem Fall ist der Bypass-Abgasdurchgang 10 der ersten Ausführungsform nicht vorgesehen. Stattdessen wird der Brenngas-Abgasverteiler 7 verwendet.
  • Wenn die Zuführung des Brenngases beginnt, wird daher durch Öffnen des elektromagnetischen Ventils 11 die atmosphärische Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 durch das Spülen über den Bypasskanal 9 und den Brenngas-Abgasverteiler 7 zur Außenseite abgeführt, sodass ihr Austausch durch das Brenngas in kurzer Zeit abgeschlossen ist.
  • Anstatt den Bypasskanal 9 außerhalb des Brennstoffzellenstapels vorzusehen, ist es auch möglich, einen Bypass-Durchgang in Form einer Nut auf der Innenseite der zweiten Endplatte 8 auszubilden, die die Verbindung zwischen dem Brenngas-Zuführungsverteiler 4 und dem Brenngas-Abgasverteiler 7 (oder den Brenngas-Abgasdurchgang 10 von 1) durch diesen Bypass-Durchgang herstellt.
  • Als Nächstes wird noch eine weitere Ausführungsform mit Bezug auf 4 beschrieben.
  • In dieser Ausführungsform wird der Zeitpunkt, bei dem das elektromagnetische Ventil 11 von der Steuerungs-/Regelungseinheit 12 geschlossen wird, noch präziser getroffen.
  • In dem in 4 gezeigten Aufbau ist der Aufbau von 1 zusätzlich mit einem Spannungssensor 21 zum Erfassen der Spannung in den Zellen auf der stromabwärtsseitigen Seite des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 versehen und der Zeitpunkt, bei dem das elektromagnetische Ventil 11 von der Steuerungs-/Regelungseinheit 12 geschlossen wird, wird auf der Basis eines Erfassungssignals vom Spannungssensor 21 gesteuert/geregelt.
  • Wenn beim Beginn der Brenngas-Zuführung das Ausspülen der atmosphärischen Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 abgeschlossen ist, und wenn der Innenraum des Brenngas-Zuführungsverteilers mit Brenngas gefüllt ist, wird das Brenngas auch den Zellen auf der stromabwärtigen Seite des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 zugeführt, was dazu führt, dass die Spannung in den Zellen auf der stromabwärtigen Seite ansteigt.
  • Die Steuerungs-/Regelungseinheit 12 öffnet das elektromagnetische Ventil 11 gleichzeitig mit dem Beginn der Brenngas-Zuführung und schließt das elektromagnetische Ventil 11 dann, wenn die Spannung in den Zellen 1 auf der stromabwärtsseitigen Seite des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. In diesem Aufbau wird das elektromagnetische Ventil 11 geschlossen, wenn das Ausspülen des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 und nachdem die Erfassung der Zuführung des Brenngases auch in die Zellen 1 auf der stromabwärtsseitigen Seite des Brenngas-Zuführungsverteilers 4 abgeschlossen ist. Selbst wenn ein Neustart erfolgt, bevor viel Zeit nach dem Abschalten der Energieerzeugung durch die Brennstoffzelle (z. B. zum Zeitpunkt eines heißen Neustarts) verstrichen ist, mit anderen Worten, selbst beim Zeitpunkt des Neustarts in einem Stadium, in dem das Gas im Brenngas-Zuführungsverteiler 4 noch nicht durch atmosphärische Luft ausgetauscht wurde, oder beim Zeitpunkt des Neustarts, während es durch die atmosphärische Luft ausgetauscht wird, ist es möglich, das elektromagnetische Ventil 11 exakt die benötigte Zeitspanne offen zu halten, um zu ermöglichen, das Spülen zuverlässig und in kurzer Zeit abzuschließen, ohne irgendeine Verzögerung beim Übergang auf den normalen Betriebszustand zu verursachen.
  • Wenn das elektromagnetische Ventil 11 geschlossen wird, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne seit dem Beginn der Brenngas-Zuführung verstrichen ist, ist es beim Aufbau von 1 möglich, eine Beurteilung darüber auszuführen, ob ein heißer Neustart vorliegt, oder nicht, die auf der Basis der Zeitspanne, die seit dem letzten Betriebsabbruch verstrichen ist, der Temperatur der Brennstoffzelle, usw. erfolgt, um dadurch eine variable Einstellung der vorgegebenen Zeitspanne entsprechend dem Ergebnis der Beurteilung durchzuführen. Je kürzer z. B. die verbleibende Zeitspanne vor dem Neustart der Brennstoffzelle ist, desto geringer ist die Menge der atmosphärischen Luft, die in den Brenngas-Zuführungsverteiler 4 eingedrungen ist, sodass es möglich ist, die oben genannte zum Spülen benötigte vorgegebene Zeitspanne zu verkürzen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern gestattet, dem Durchschnittsfachmann viele Verbesserungen und mögliche Modifikationen auf der Basis der technischen Idee, wie sie in den Ansprüchen offenbart ist.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die Brenngas-Austauschvorrichtung für einen Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung ist auf eine Fahrzeug-Brennstoffzelle, usw. anwendbar.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es wird ein Brenngas-Zuführungsverteiler (4) bereitgestellt, der sich in der Stapelrichtung durch eine Mehrzahl von Zellen (1) erstreckt, und den Zellen (1) Brenngas zuführen kann. Es werden ein Bypass-Durchgang (9), der das stromabwärtsseitige Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers (4) mit dem Brenngas-Abgasverteiler (7) verbindet, und ein Ventil (11) zum Öffnen und Schließen des Bypass-Durchgangs (9) bereitgestellt. Beim Beginn der Zuführung eines Brenngases zum Brenngas-Zuführungsverteiler (4) ist das Ventil (11) geöffnet, wobei der größte Teil der Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler (4) durch das Ausspülen mit dem Brenngas durch den Bypass-Durchgang (9) an die Außenseite abgeführt wird, ohne zu verursachen, dass es durch den Innenraum der Zellen strömt.

Claims (7)

  1. Brennstoffzellenstapel, der durch Stapeln einer Mehrzahl von Zellen (1) ausgebildet ist, mit einem Brenngas-Zuführungsverteiler (4), der sich in Stapelrichtung durch die Zellen (1) erstreckt und den Zellen (1) Brenngas zuführen kann; mit einem Brenngas-Abgasverteiler (7), der sich in Stapelrichtung durch die Zellen (1) erstreckt und von den Zellen (1) ausgestoßenen überschüssigen Brennstoff sammeln kann; mit einem Bypass-Durchgang (9), der ein stromabwärtsseitiges Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers (4) mit dem Brenngas-Abgasverteiler (7) verbindet; und mit einem Ventil (11), dass den Bypass-Durchgang (9) öffnet und schließt, wobei das Ventil (11) geöffnet ist, wenn das Brenngas beginnt, dem Brenngas-Zuführungsverteiler (4) zugeführt zu werden, um dadurch durch das zugeführte Brenngas ein Ausspülen des größten Teils der Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler (4) durch den Bypass-Durchgang (9) zu bewirken, ohne zu verursachen, dass die Luft durch die Zellen (1) strömt.
  2. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1, wobei der Bypass-Durchgang (9) mit einem stromaufwärtigen Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers (7) verbunden ist.
  3. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1, wobei der Bypass-Durchgang (9) mit einem stromabwärtigen Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers (7) verbunden ist.
  4. Brennstoffzellenstapel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bypass-Durchgang (9) so ausgebildet ist, dass er eine ausreichend große Durchgangsfläche aufweist, um einer Brenngasmenge, die nicht geringer als die Gesamtmenge des Brenngases ist, zu ermöglichen, durch die Zellen (1) zu strömen.
  5. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1, der ferner ein Paar von Endplatten (2) und (8) aufweist, die an beiden Enden der aufgestapelten Zellen (1) entsprechend angeordnet sind, wobei der Bypass-Durchgang (9) in der Endplatte (8) vorgesehen ist, die am stromabwärtigen Ende des Brenngas-Zuführungsverteilers (4) angeordnet ist.
  6. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1, der ferner eine Steuerungs-/Regelungseinheit (12) aufweist, die das Öffnen und Schließen des Ventils (11) steuert/regelt, wobei die Steuerungs-/Regelungseinheit (12) das Ventil (11) eine Zeitspanne lang geöffnet lässt, die erforderlich ist, um das Ausspülen der Luft im Brenngas-Zuführungsverteiler (4) durchzuführen.
  7. Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 6, der ferner einen Spannungssensor (21) aufweist, der die Spannung der Zellen (1) an der stromabwärtigen Seite des Brenngas-Zuführungsverteilers (4) erfasst, wobei die Steuerungs-/Regelungseinheit (12) das Ventil (11) geöffnet hält, bis die vom Spannungssensor (21) erfasste Spannung seit dem Beginn der Zuführung von Brenngas in den Brennstoffgas-Zuführungsverteiler (4) eine vorgegebene Spannung erreicht.
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