DE19533097A1 - Fuel cell system for autonomous energy source - Google Patents

Fuel cell system for autonomous energy source

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DE19533097A1
DE19533097A1 DE1995133097 DE19533097A DE19533097A1 DE 19533097 A1 DE19533097 A1 DE 19533097A1 DE 1995133097 DE1995133097 DE 1995133097 DE 19533097 A DE19533097 A DE 19533097A DE 19533097 A1 DE19533097 A1 DE 19533097A1
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fuel cell
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hydrogen
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DE1995133097
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Klaus Dipl Ing Ruthrof
Peter Dipl Ing Suchy
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Abstract

The fuel cell system has a fuel cell (8) receiving oxygen and hydrogen and providing water. An electrolyser (2) generates oxygen and hydrogen from water. The fuel cell and the electrolyser are each coupled to a hydrogen reservoir (7) for temporary storage of hydrogen. The electrolyser is coupled to the fuel cell via the hydrogen reservoir. Pref. the fuel cell and the electrolyser are contained in a common housing (1), the electrolyser pref. acting as an inverse fuel cell and having a sponge for storing the water.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Elektrolyseur, dessen Wasserstoff abgebende Seite mit einer Brennstoffzelle verbunden ist. The invention relates to a fuel cell system with an electrolyser, the hydrogen-releasing side connected to a fuel cell.

Ein solches System ist aus der DE 38 40 517 A1 bekannt. Such a system is known from DE 38 40 517 A1. In diesem System wird mit einer üblichen Elektrolysezelle aus Wasser Sauerstoff und Wasserstoff erzeugt. In this system is produced by a conventional electrolytic cell of water, oxygen and hydrogen. Die dazu benötigte Energie wird durch ein Kraftwerk bereitgestellt. The energy required for this is provided by a power plant. Der Sauer stoff und der Wasserstoff werden in Sammeleinrichtungen ge speichert und können bei Bedarf einer Brennstoffzelle zuge leitet werden, die elektrische Energie bereitstellt. The sour material and hydrogen are stored in ge collection facilities and can be applied for a fuel cell fed, which provides electrical energy. Diese Brennstoffzelle ist nur bei einer Temperatur, die deutlich höher als 100°C ist, zu betreiben. This fuel cell is at a temperature that is significantly higher than 100 ° C, to operate. Das wird schon dadurch deutlich, daß ihr Wärmeenergie sowohl von einem Blockkraft werk als auch von einem Wasserstoffbrenner zugeführt werden muß. Which is evidenced already that their thermal energy must be supplied both from a block power plant as well as a hydrogen torch.

Die verwendete handelsübliche Elektrolysezelle enthält einen flüssigen Elektrolyt. The commercial electrolysis cell used comprises a liquid electrolyte. Sie ist dadurch nur in einer bestimmten räumlichen Lage zu betreiben. It is thereby operate only in a specific spatial position.

Die zwischen Elektrolysezelle und Brennstoffzelle angeordne ten Speicher für Sauerstoff und Wasserstoff speichern die Ga se unter einem hohem Druck, der z. store is arrange between the electrolysis cell and fuel cell th memory for oxygen and hydrogen, the Ga se under a high pressure, for example. B. ein Mehrfaches des äuße ren Atmosphärendrucks ist. B. is a multiple of the äuße ren atmospheric pressure. Derartige Speicher sind aufwendig, da sie dem hohen Druck standhalten müssen. Such memories are expensive because they have to withstand the high pressure. Sie haben stets ein hohes Gewicht und müssen besonderen Sicherheitsvorschrif ten genügen. Always have a high weight and special Sicherheitsvorschrif must satisfy th.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellen system anzugeben, das bei relativ niedriger Temperatur, die z. The invention had the object to provide a fuel cell system at a relatively low temperature, eg. B. deutlich kleiner als 100°C ist, betrieben werden kann. As is clearly smaller than 100 ° C, can be operated. Außerdem soll die Brennstoffzelle laufend mit Sauerstoff und Wasserstoff versorgt werden, ohne daß Gase unter hohem Druck gehalten werden müssen, wozu aufwendige und schwere Gasspei cher notwendig wären. In addition, the fuel cell will be continuously supplied with oxygen and hydrogen without gases must be kept under high pressure, including complex and heavy Gasspei would cher necessary. Es soll insbesondere eine erneuerbare Quelle für elektrische Energie bereitgestellt werden, die nur wenig Raum einnimmt und anstelle eines Akkumulators zur netz freien Versorgung eines Verbrauchers eingesetzt werden kann. It should be provided in particular a renewable source of electrical energy that takes up very little space and can be used instead of a battery for grid-free supply of a consumer.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennstoffzelle eine Niedertemperatur-Polymer-Elektrolytmem brane-Brennstoffzelle (PEM) ist und daß der Elektrolyseur ei ne umgekehrt betriebene Niedertemperatur-Polymer-Elektrolyt membrane-Brennstoffzelle (PEM) ist. The object is achieved according to the invention that the fuel cell is a low-temperature polymer Elektrolytmem brane fuel cell (PEM), and in that the electrolyser ei ne inversely operated low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM) is.

Damit wird der Vorteil erzielt, daß die Brennstoffzelle keine Zuleitungen für Wärmeenergie benötigt. Thus, the advantage is achieved that the fuel cell does not require cables for heat energy. Darüber hinaus kann die Brennstoffzelle laufend mit Sauerstoff und Wasserstoff versorgt werden, ohne daß Gase unter hohem Druck gehalten werden müssen. In addition, the fuel cell can be continuously supplied with oxygen and hydrogen, without gases under high pressure must be kept. Beispielsweise braucht der Umgebungsdruck nicht überschritten zu werden. For example, the ambient pressure need not be exceeded. Schließlich zeichnen sich der Elektrolyseur, wie auch die Brennstoffzelle, dadurch aus, daß sie Feststoffelektrolyten enthalten, die einen weitgehend lageunabhängigen Betrieb gewährleisten. Finally, the electrolyser, as well as the fuel cell drawing, is characterized in that they contain the solid electrolyte to ensure a largely position-independent operation.

Die Betriebstemperatur der PEM ist beispielsweise kleiner als 100°C. The operating temperature of the PEM is for example less than 100 ° C. Das Brennstoffzellensystem kann dadurch in einfacher Weise benutzt werden. The fuel cell system can be used in a simple manner. Bei einer Betriebstemperatur, die im Bereich der Umgebungstemperatur liegt, benötigt das System keine Isolierungen und kann trotzdem jederzeit gefahrlos transportiert werden. At an operating temperature that is within the range of ambient temperature, the system does not require insulation and yet can always be transported safely.

Im Elektrolyseur sind beispielsweise Wasser und/oder Wasser dampf (Luftfeuchte) vorhanden oder gespeichert. In the electrolyzer, for example, water and / or water vapor (humidity) is present or stored. Es ist dann keine ständige Wasserzuleitung erforderlich. It is then no permanent water supply is required. Der gespeicherte Wasservorrat reicht aus, um für eine erste Betriebsphase Was serstoff und Sauerstoff bereitzustellen, die dann der Brennstoffzelle zur Verfügung stehen. The stored water supply is sufficient for a first phase of operation What hydrogen and oxygen must be provided, which are then the fuel cell is available. Der Wasservorrat kann danach durch Wasser ergänzt werden, das in der Brennstoffzelle gebildet wird. The water supply may be supplemented by water then formed in the fuel cell.

Beispielsweise ist im Elektrolyseur ein wasserspeicherndes Medium angeordnet. For example, a water-storage medium is arranged in the electrolyzer. Damit wird der besondere Vorteil erzielt, daß das gesamte Brennstoffzellensystem lageunabhängig betrie ben werden kann, ohne daß Wasser aus dem Elektrolyseur her auslaufen kann. This has the particular advantage is achieved that the entire fuel cell system can be in any position Betrie ben without water leakage from the electrolyzer ago. Ein solches wasserspeicherndes Medium kann ein Schwamm oder ein schwammähnlicher Körper sein. Such water-storage medium can be a sponge or a sponge-like body.

Zur Einleitung von Wasser in den Elektrolyseur kann das was serspeichernde Medium Dochte aus saugfähigem Material aufwei sen. For introducing water into the electrolyzer can sen what aufwei serspeichernde medium wicks made of absorbent material. Diese Dochte können Wasser, das von der Brennstoffzelle abgegeben wird, aufnehmen und unabhängig von der Lage des Brennstoffzellensystems in den Elektrolyseur hineinleiten. These wicks may be water, which is discharged from the fuel cell to record, and in conduct regardless of the position of the fuel cell system in the electrolyser. Dabei wird der Austritt des im Elektrolyseur erzeugten Sauer stoffs nicht behindert, weil sich die Dochte und die Ausgänge für Gase im Elektrolyseur an verschiedenen Positionen befin den. Here, the discharge of produced in the electrolyzer sour substance is not impeded because the wicks and the outputs for gases in the electrolyser at different positions befin ​​to.

Der Elektrolyseur ist zur Versorgung mit elektrischer Energie beispielsweise mit einer Solarzellenanlage verbunden. The electrolyzer is connected to a supply of electrical energy for example with a solar cell device. Damit wird der Vorteil erzielt, daß zum Erzeugen von Wasserstoff und Sauerstoff auf photovoltaisch erzeugte elektrische Ener gie zurückgegriffen werden kann, um dann das System, z. Thus, the advantage is achieved that may be resorted to produce hydrogen and oxygen on photovoltaically generated electrical Ener energy to the system, z. B. bei Dunkelheit, als Spannungsquelle zu nutzen. As in the dark, to use as a power source.

Der Elektrolyseur kann jedoch auch an das öffentliche Versor gungsnetz angeschlossen werden (Netzadapter). However, the electrolyser can be connected transmission network and to the public versor (AC adapter).

Beispielsweise grenzt die Wasserstoff abgebende Seite des Elektrolyseurs an die Wasserstoff aufnehmende Seite der Brennstoffzelle an. For example, the hydrogen-releasing side is adjacent to the electrolyzer to the hydrogen-receiving side of the fuel cell. Dadurch kann der im Elektrolyseur erzeugte Wasserstoff direkt in die Wasserstoff verbrauchende Brennstoffzelle gelangen. Thus, the hydrogen produced in the electrolyzer can pass directly into the hydrogen consuming fuel cell. Der Sauerstofftransport vom Elektrolyseur zur Brennstoffzelle muß dann über eine Leitung erfolgen. The transport of oxygen from the electrolyzer to the fuel cell must be effected via a line. Insbesondere ist die Brennstoffzelle oberhalb des Elektrolyseurs angeordnet. In particular, the fuel cell is disposed above the electrolyzer.

Nach einem anderen Beispiel ist die Wasserstoff abgebende Seite des Elektrolyseurs über einen Wasserstoffspeicher, der zur Zwischenspeicherung von Wasserstoff dient, mit der Brenn stoffzelle verbunden. According to another example, the hydrogen-releasing side of the electrolyzer for a hydrogen storage, which serves for the intermediate storage of hydrogen coupled with the fuel cell material. In dem Wasserstoffspeicher kann der im Elektrolyseur erzeugte Wasserstoff zwischengespeichert werden bis er in der Brennstoffzelle benötigt wird. In the hydrogen storage of the hydrogen produced in the electrolyzer can be temporarily stored until it is needed in the fuel cell. Es ist jedoch auch möglich, daß die Wasserstoff abgebende Seite des Elek trolyseurs über eine Leitung direkt mit der Brennstoffzelle in Verbindung steht. It is however also possible that the hydrogen-releasing side of the Elek trolyseurs via a conduit directly with the fuel cell in combination. Falls eine Leitung, die einen Wasser stoffspeicher enthalten kann, für den Transport von Wasser stoff vom Elektrolyseur zur Brennstoffzelle vorhanden ist, können Elektrolyseur und Brennstoffzelle so angeordnet sein, daß die Sauerstoff abgebende Seite des Elektrolyseurs an die Sauerstoff aufnehmende Seite der Brennstoffzelle angrenzt. If a line that may contain a hydrogen storage material for the transport of water from the electrolyzer to the fuel cell is present, electrolyzer and fuel cell may be arranged such that the oxygen-releasing side of the electrolyzer is adjacent to the oxygen side receiving the fuel cell. Dadurch wird vorteilhafterweise Sauerstoff direkt der Brenn stoffzelle zugeführt. This advantageously, oxygen is directly supplied to the fuel cell material.

Der gegebenenfalls vorhandene Wasserstoffspeicher ist bei spielsweise ein Metallhydridspeicher. The optional hydrogen storage is a metal hydride at play as. Ein solcher Wasser stoffspeicher zeichnet sich dadurch aus, daß er in Abhängig keit von der verwendeten Legierung, die geeignet ausgewählt werden kann, auch in der Nähe des Umgebungsdruckes mit Was serstoff beschickt werden kann. Such hydrogen storage is characterized in that, with what it can be charged in serstoff Depending speed of the alloy used, which can be suitably selected also in the vicinity of ambient pressure. Die gespeicherte Gasmenge kann so groß sein, daß sie bei Normalbedingungen ein Volumen einnehmen würde, das erheblich größer als das Eigenvolumen des Speichers, z. The amount of gas stored may be so large that they would occupy a volume at standard conditions, significantly larger than the intrinsic volume of the memory, z. B. das 400-500 fache, sein kann. As can be 400-500 times. Dies würde einem volumengleichen Druckspeicher mit einem Innendruck bis zu 4.10⁷-5.10⁷Pa (400-500 bar) entsprechen. This would correspond to an equal volume pressure reservoir at an internal pressure of up to 4.10⁷-5.10⁷Pa (400-500 bar). In Abhängigkeit von der eingesetzten Legierung des Metallhydridspeichers kann dieser in großen Druckbereichen (Unter- wie auch Überdruck) bei weitgehend konstantem Druck arbeiten. Depending on the alloy used the metal hydride it can in large print areas (sub as well as gauge) operate at substantially constant pressure. Wegen des großen Fassungsvermögens bei kleinem Volumen kann ein mit einem Me tallhydridspeicher ausgestattetes Brennstoffzellensystem in einem kleinen Gehäuse untergebracht werden. Because of the large capacity at a small volume with a equipped Me tallhydridspeicher fuel cell system can be accommodated in a small housing. Das System ist darüber hinaus sehr leicht. The system is very easy beyond. Erst dadurch ist vorteilhafter weise möglich, daß das Brennstoffzellensystem als Ersatz für übliche Akkumulatoren und Batterien, unter anderem in elek trischen Kleingeräten, eingesetzt werden kann. Only in this way is advantageously possible that the fuel cell system as a substitute for conventional batteries and batteries, including elec trical small equipment can be used.

Der Metallhydridspeicher ist beispielsweise mit einer Kühl einrichtung oder mit einer Heizeinrichtung verbunden. The metal hydride is means, for example with a cooling or connected to a heater. Er kann zur Kühlung oder zur Beheizung mit einem Wasservorrat verbun den, z. He can to cool or to heat with a water supply-jointed, z. B. in einem Wasserbad angeordnet sein. For example, be placed in a water bath. Durch eine Küh lung wird die Speicherkapazität des Wasserstoffspeichers er höht. By Küh development the storage capacity of the hydrogen storage will he increased.

In Strömungsrichtung vor dem Wasserstoffspeicher ist bei spielsweise ein Trockner angeordnet. Upstream of the hydrogen storage, a dryer is arranged in play. Damit wird der Vorteil erzielt, daß den Speicher nur trockener Wasserstoff erreicht, der im Speicher bei gleichem Speichervolumen in größerer Menge als feuchter Wasserstoff abgespeichert werden kann. Thus, the advantage is achieved that the memory only dry hydrogen reached, which can be stored in memory at the same storage volume in a larger amount as a moist hydrogen.

In Strömungsrichtung hinter dem Wasserstoffspeicher ist bei spielsweise ein Befeuchter angeordnet. Downstream of the hydrogen storage at play, a humidifier is arranged. Dadurch wird der Be trieb der nachgeordneten Brennstoffzelle verbessert, da diese mit feuchtem Wasserstoff besser arbeitet. Thereby, the Be is driven improves the downstream fuel cell, since this works better with wet hydrogen.

Der Trockner ist beispielsweise mit dem Befeuchter kombi niert, wozu er über eine Leitung mit dem Befeuchter verbunden sein kann. The dryer is defined combinatorial example, with the humidifier, for which purpose it may be connected via a line to the humidifier. Damit kann vorteilhafterweise das vom Trockner ab gegebene Wasser für den Betrieb des Befeuchters verwendet werden. This allows advantageously the use of dryers from given water for the operation of the humidifier. Das vom Trockner abgegebene Wasser kann jedoch auch abgeleitet oder dem Elektrolyseur zugeleitet werden. However, the water discharged from the dryer can also be derived from or sent to the electrolyser. Auch können der Trockner und der Befeuchter zu einer Einheit kom biniert sein. Also, the dryer and the humidifier may be bined kom into one unit.

Beispielsweise kann die sauerstoffabgebende Seite des Elek trolyseurs über einen Sauerstoffspeicher, der zur Zwischen speicherung von Sauerstoff dient, mit der Brennstoffzelle verbunden sein. For example, the oxygen-releasing side of the Elek trolyseurs via an oxygen storage, which serves for the intermediate storage of oxygen, be connected to the fuel cell. Damit wird sichergestellt, daß durch die Zwi schenspeicherung von Sauerstoff der Brennstoffzelle stets ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht. So that rule storage by Zvi ensures always stands of oxygen to the fuel cell sufficient oxygen.

Falls ein Wasserstoffspeicher und ein Sauerstoffspeicher vor handen sind, sind diese beispielsweise so ausgebildet, daß der Wasserstoffspeicher ein ca. doppelt so großes Volumen aufnehmen kann wie der Sauerstoffspeicher. If a hydrogen storage and an oxygen storage before handen, these are for example designed so that the hydrogen storage can hold an approximately twice as large volume as the oxygen storage. Dazu kann der Was serstoffspeicher doppelt so groß wie der Sauerstoffspeicher sein. For this purpose, the What serstoffspeicher be twice as large as the oxygen storage. Damit wird gewährleistet, daß in der Brennstoffzelle stets ausreichend Wasserstoff und Sauerstoff zur Verfügung stehen, weil doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff benö tigt wird. This ensures that there is always hydrogen and oxygen in the fuel cell are sufficiently available, because twice as much hydrogen as oxygen is Untitled Need Beer.

Beispielsweise sind der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle von einem gasdichten Gehäuse umgeben, das als Sauerstoffspei cher dient. For example, the electrolyzer and the fuel cell are surrounded by a gas-tight housing, which serves as cher Sauerstoffspei. Der vom Elektrolyseur erzeugte Sauerstoff sammelt sich dann im Gehäuse an und wird bei Bedarf von der Brenn stoffzelle aufgenommen. The oxygen produced by the electrolyzer then collects in the housing and is received when required by the internal material cell. Außer dem im Elektrolyseur erzeugten Sauerstoff befindet sich im Gehäuse der Sauerstoffanteil der im Gehäuse vorhandenen Luft. Apart from the produced oxygen in the electrolyzer is located in the housing of the oxygen content existing in the housing air.

Falls sich der Sauerstoff innerhalb des Gehäuses ansammeln kann, ist stets ein separater Wasserstoffspeicher notwendig, der mit der Wasserstoff abgebenden Seite des Elektrolyseurs und der Wasserstoff aufnehmenden Seite der Brennstoffzelle verbunden ist. If the oxygen may accumulate within the housing, a separate hydrogen storage is always necessary, the host with the hydrogen-donating side of the electrolyzer and the hydrogen side of the fuel cell is connected. Der Wasserstoffspeicher ist erforderlich, da mit sich im Gehäuse kein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch bil den kann. The hydrogen storage is required, as with in the housing, no hydrogen-oxygen mixture can bil the.

Nach einem anderen Beispiel sind der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle von einem mit einem Lufteinlaß versehenen Ge häuse umgeben. According to another embodiment of the electrolyzer and the fuel cell by a provided with an air inlet Ge are surrounded housing. Der Lufteinlaß kann darin bestehen, daß das Gehäuse Öffnungen aufweist. The air inlet can consist in that the housing has openings. Diese Öffnungen dürfen, wenn das Gehäuse Wasser speichern soll, nicht im unteren Bereich des Gehäuses angeordnet sein, da sonst das Wasser ausfließen würde. These openings may, when the housing to store water, not be arranged in the lower region of the housing, as otherwise the water would flow out. Der in der Brennstoffzelle benötigte Sauerstoff kann dann durch die Öffnungen aus der Umgebungsluft bezogen wer den. The oxygen required in the fuel cell can be obtained through the openings from the ambient air the Who.

Die Brennstoffzelle und auch der Elektrolyseur können luftat mende Niedertemperatur-Polymer-Elektrolytmembrane-Brennstoff zellen (PEM) sein. The fuel cell and the electrolyzer can luftat-inhibiting low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (PEM) to be. Diese Brennstoffzellen zeichnen sich da durch aus, daß sie nicht nur, in ihrer eigentlichen Funktion betrieben, den benötigten Sauerstoff aus der Luft beziehen können, sondern darüber hinaus, als Elektrolyseur betrieben, das benötigte Wasser allein aus der Luft feuchte beziehen kön nen. These fuel cells are characterized as by the fact that they not only operated in their proper function can obtain the required oxygen from the air, but also operated as an electrolyser, the required water alone from the air moisture Kgs refer NEN.

Mit dem Einsatz derartiger Brennstoffzellen wird der Vorteil erzielt, daß zum Betreiben des Elektrolyseurs kein Wasservor rat notwendig ist. With the use of such fuel cells, the advantage is achieved that for the operation of the electrolyzer rat no Wasservor is necessary. Im Brennstoffzellensystem ist dann keine Flüssigkeit außer der Luftfeuchtigkeit vorhanden, so daß ein Betrieb des Systems in jeder räumlichen Lage ermöglicht wird. In the fuel cell system no liquid is then present in addition to the humidity, so that operation of the system is made possible in each spatial position. Ein derartiges System ist auch in kleinen tragbaren Einrich tungen, beispielsweise in Taschenlampen, einsetzbar. Such a system is areas even small portable Einrich, for example, flashlights, used.

Beispielsweise ist am Elektrolyseur und/oder an der Brenn stoffzelle zwischen der Wasserstoff abgebenden bzw. aufnehmenden Seite einerseits und der Sauerstoff abgebenden bzw. aufnehmenden Seite andererseits ein Differenzdruckregler angeordnet, der über Ventile Druckunterschiede regelt. For example, the other hand is arranged a differential pressure regulator at the electrolyzer and / or on the internal cell material between the hydrogen donating or receiving side of a part, and the oxygen-donating or receiving side, which regulates pressure differences across the valves. Mit diesem Regler kann über die Ventile eine Druckdifferenz zwischen Wasserstoff- und Luft/Sauerstoffseite vermieden werden. With this control, a pressure differential between the hydrogen and air / oxygen page can be avoided through the valves.

Der Wasserstoffspeicher, der Elektrolyseur und/oder die Brennstoffzelle können im Unter- oder im Überdruckbereich be trieben werden. The hydrogen storage, the electrolyzer and / or the fuel cell can be operated in the basement or in the overpressure range be. Die genannten Bauteile können auch abwech selnd im Unter- und im Überdruckbereich betrieben werden. The components mentioned can also be operated abwech nately in the lower and in the overpressure range. Um einen Metallhydridspeicher im Unterdruckbereich zu betreiben, muß dieser mit einer geeigneten Legierung ausgestattet sein. To operate a metal hydride in the vacuum range, it must be equipped with a suitable alloy.

Der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle können eine Einheit bilden, die alternierend als Elektrolyseur oder als Brenn stoffzelle zu betreiben ist. The electrolyzer and the fuel cell can form a unit which is to be operated alternately as electrolyser or as fuel cell material. Dabei kommt es auf eine Steue rung der Zufuhr von elektrischem Strom an. This leads to a Steue tion of the supply of electric current to. Es darf nämlich an der Einheit nur dann eine Spannung anliegen, wenn sie als Elektrolyseur arbeiten soll. It permits shall only be applied to the unit a voltage when it is to operate as an electrolyzer. Außerdem darf die Einheit beim Einsatz als Elektrolyseur nicht zu viel Wasser enthalten, da mit sie beim Einsatz als Brennstoffzelle nicht durch das Was ser für Sauerstoff und Wasserstoff blockiert ist. In addition, the unit must not contain too much water when used as an electrolyser, since by what is not ser blocked for oxygen and hydrogen with it when used as fuel cell. Für die ge nannte Ausführungsform eignet sich besonders eine Vorrich tung, bei der das benötigte Wasser aus der Luftfeuchte gewon nen wird. For the GE-mentioned embodiment is particularly suitable tung a Vorrich, wherein the required water from the humidity Won is NEN.

An die Stelle des Elektrolyseurs kann auch ein chemisch be triebener Wasserstofferzeuger treten, in dem beispielsweise organische Verbindungen so zerlegt (gecrackt) werden, daß Wasserstoff entsteht. a chemically be exaggerated hydrogen generator can take the place of the electrolyzer in which, for example, organic compounds decomposed so (cracked) are that hydrogen is produced. Auch kann der benötigte Wasserstoff in jeder anderen üblichen Weise erzeugt werden. Also, the required hydrogen can be generated in any other conventional manner. Der erforderli che Sauerstoff kann dann z. The REQUIRED che oxygen can then z. B. aus der Umgebungsluft gewonnen werden oder ebenfalls einem chemischen Prozeß entstammen. B. be obtained from the ambient air or also originate from a chemical process.

Mit dem Brennstoffzellensystem nach der Erfindung wird insbe sondere der Vorteil erzielt, daß es leicht ist und nur wenig Raum einnimmt. With the fuel cell system according to the invention, the advantage is obtained in particular sondere that it is light and takes up only little space. Es kann bei niedrigem Druck nahe beim Umge bungsdruck betrieben werden. It can be operated close to the other ambient pressure at low pressure.

Ein Beispiel für ein Brennstoffzellensystem nach der Erfin dung wird anhand der Zeichnung näher erläutert: An example of a fuel cell system according to the OF INVENTION dung will be explained with reference to the drawing:
Die Zeichnung zeigt schematisch ein Gehäuse 1 , in dem ein Elektrolyseur 2 , der eine umgekehrt betriebene Brennstoffzelle ist, angeordnet ist. The drawing schematically shows a housing 1 in which an electrolyser 2, which is an inverted-powered fuel cell is arranged. Dieser Elektrolyseur 2 ist mit einer elektrischen Spannungsquelle 3 verbunden und gibt über Öffnungen 4 Sauerstoff und über eine Leitung 5 Wasserstoff ab. This electrolyser 2 is connected to an electric power source 3, and outputs via openings 4 and oxygen through a line 5 from hydrogen. Im Elektrolyseur 2 befindet sich Wasser 6 , das ursprünglich einmal eingegeben wurde und dann beim Betrieb in einer später erwähnten Brennstoffzelle 8 reproduziert wird. In the electrolyzer 2, water 6, which was originally entered once and is then reproduced in operation in a later-mentioned fuel cell 8 is located.

Die Leitung 5 für den Wasserstoff steht über einen Wasser stoffspeicher 7 , der ein Metallhydridspeicher ist, mit der Brennstoffzelle 8 in Verbindung. The conduit 5 for the hydrogen through a hydrogen storage 7, which is a metal hydride, with the fuel cell 8 in combination. Im Wasserstoffspeicher 7 wird Wasserstoff, der im Elektrolyseur 2 erzeugt worden ist, gespeichert bis er in der Brennstoffzelle 8 benötigt wird. In the hydrogen storage 7 is hydrogen, which has been generated in the electrolyser 2 is stored until it is needed in the fuel cell. 8 Da dem Wasserstoffspeicher 7 trockener Wasserstoff zugeführt werden soll und andererseits die Brennstoffzelle 8 besser als sonst arbeitet, wenn der ihr zugeführte Wasserstoff feucht ist, sind in der Leitung 5 vor dem Wasserstoffspeicher 7 ein Trockner 16 und hinter dem Wasserstoffspeicher 7 ein Befeuch ter 17 angeordnet. Since the hydrogen storage 7 dry hydrogen to be supplied and on the other hand, the fuel cell 8 works better than usual, when the supplied thereto hydrogen is moist, a dryer 16 and downstream of the hydrogen storage 7, a humidification ter 17 are arranged in the conduit 5 before the hydrogen storage. 7 Damit das im Trockner 16 gewonnene Wasser im Befeuchter 17 eingesetzt werden kann, ist der Trockner 16 über eine Verbindungsleitung 18 mit dem Befeuchter 17 verbun den. So that the water recovered in the dryer 16 in the humidifier 17 can be used, the dryer 16 is verbun via a connecting line 18 to the humidifier 17 to.

Den benötigten Sauerstoff nimmt die Brennstoffzelle 8 aus dem Gehäuse 1 auf. The oxygen required increases the fuel cell 8 from the housing. 1 Der Sauerstoff kann auch in einem nicht ge zeigten Speicher zwischengespeichert werden. The oxygen may be stored in a non-demonstrated ge memory.

Die durch die Brennstoffzelle 8 erzeugte Gleichspannung kann, falls erforderlich, an einem Abgriff 9 , z. The DC voltage generated by the fuel cell 8 can, if necessary, at a tap 9, z. B. über einen DC/AC-Wandler 10 ; B. via a DC / AC converter 10; einem Verbraucher 11 zugeführt werden. be supplied to a consumer. 11

Das in der Brennstoffzelle 8 gebildete Wasser fließt in den Wasservorrat des Elektrolyseurs 2 . The water formed in the fuel cell 8 flows into the water supply of the electrolyzer. 2 Das Wasser im Elektroly seur 2 kann dort in einem wasserspeichernden Medium 12 , z. The water in the electrolyzer seur 2 can be there in a water storing medium 12, for example. B. in einem Schwamm, gespeichert sein. For example, be stored in a sponge. Zur besseren Einleitung von Wasser in dieses Medium 12 können an diesem Dochte 15 aus saugfähigem Material angeformt sein, die sich in Richtung auf die Wasser abgebende Brennstoffzelle 8 erstrecken. For a better introduction of water into this medium 12 may be formed of absorbent material at this wicks 15 which extend in the direction of the water-releasing fuel cell. 8

Die Spannungsquelle 3 für den Elektrolyseur 2 kann mit einem Versorgungsnetz 13 oder auch mit einer Solarzellenanlage 14 ständig oder temporär verbunden sein. The voltage source 3 for the electrolyzer 2 may be connected permanently or temporarily to a utility grid 13 or with a solar cell device fourteenth Auch kann, falls der Verbraucher 11 weniger elektrische Energie benötigt, als in der Brennstoffzelle 8 erzeugt wurde, der Überschuß dem Elek trolyseur 2 über eine nicht gezeigte elektrische Leitung zu geleitet werden. The excess was Also, if the consumer 11 needs less electric power, as in the fuel cell 8 generates, the Elek trolyseur 2 are passed via a not-shown electric cable to.

An der Brennstoffzelle 8 ist zwischen der Wasserstoffseite und der Sauerstoffseite/Luftseite ein Differenzdruckregler 19 angeordnet. To the fuel cell 8, a differential pressure regulator 19 is disposed between the hydrogen side and the oxygen side / air side. Dieser regelt Druckunterschiede über Ventile 20 und 21 . This regulates pressure differences across the valves. 20 and 21 Diese Ventile 20 und 21 sind in Ableitungen angeord net, die von der Wasserstoffseite bzw. von der Sauerstoffsei te/Luftseite oder vom Inneren des Luft enthaltenden Gehäuses 1 ausgehen und außerhalb des Gehäuses 1 enden. These valves 20 and 21 are going out in derivatives containing angeord net, the te of the hydrogen side or from the Sauerstoffsei / air side or from the interior of the air casing 1 and end outside the housing. 1

Das in dem Gehäuse 1 untergebrachte Brennstoffzellensystem ist sehr leicht und kann anstelle von Akkumulatoren und Bat terien eingesetzt werden. Housed in the casing 1. The fuel cell system is very light and can be used instead of accumulators and Bat criteria. Dabei wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß eine umweltfreundliche elektrische Energiequelle bereitgestellt wird. In this case, the advantage is in particular achieved by an environmentally friendly source of electrical energy is provided. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien und Akkus fallen bei einer Entsorgung keine Schwermetalle an. Unlike conventional batteries no heavy metals are obtained in a disposal. Im übrigen ist die Energiequelle nach der Erfindung über eine deutlich längere Zeit betriebsbereit als bekannte Akkumulato ren. Moreover, the energy source according to the invention over a much longer time is ready ren than known Akkumulato.

Außerdem kann das Brennstoffzellensystem als ein geschlosse ner oder, in bezug auf den Sauerstoff, als halboffener Prozeß betrieben werden. In addition, the fuel cell system can be operated as a geschlosse ner or, with respect to the oxygen, as a semi-open process. Des weiteren kann es in der Nähe des Umge bungsdrucks betrieben werden. Furthermore, it can be operated exercise pressure in the vicinity of the other.

Der Elektrolyseur 2 kann das benötigte Wasser auch aus schließlich aus der Luftfeuchte erhalten. The electrolyzer 2 can obtain the water needed also finally from the humidity. In diesem Fall und auch dann, wenn das Wasser in einem wasserspeichernden Medium 12 gespeichert ist, kann das Brennstoffzellensystem in jeder räumlichen Lage betrieben werden. In this case, and even if the water is stored in a water storing medium 12, the fuel cell system can be operated in any spatial position. Es ist dann besonders für Kleingeräte geeignet. It is then particularly suitable for small appliances.

Claims (22)

1. Brennstoffzellensystem mit einem Elektrolyseur ( 2 ), dessen Wasserstoff abgebende Seite mit einer Brennstoffzelle ( 8 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle ( 8 ) eine Niedertemperatur-Polymer-Elektrolyt membrane-Brennstoffzelle (PEM) ist und daß der Elektrolyseur ( 2 ) eine umgekehrt betriebene Niedertemperatur-Polymer-Elek trolytmembrane-Brennstoffzelle (PEM) ist. 1. A fuel cell system with an electrolyser (2), the hydrogen is associated releasing side with a fuel cell (8) characterized in that the fuel cell (8) is a low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM), and in that the electrolyser ( 2) a reverse-operated low-temperature polymer Elek trolytmembrane fuel cell (PEM).
2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur der PEM ( 8 ) kleiner als 100°C ist. 2. The fuel cell system according to claim 1, characterized in that the operating temperature of the PEM (8) is less than 100 ° C.
3. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Elektrolyseur ( 2 ) Wasser und/oder Wasserdampf (Luftfeuchte) vorhanden sind. 3. The fuel cell system according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the electrolyzer (2) water and / or water vapor (humidity) are present.
4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Elektrolyseur ( 2 ) ein wasserspeicherndes Medium ( 12 ) angeord net ist. 4. The fuel cell system according to claim 3, characterized in that in the electrolyzer (2) to a water medium (12) is angeord net.
5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserspeichernde Medium ( 12 ) zur Einleitung des Wassers ( 6 ) in den Elektrolyseur ( 2 ) Dochte ( 15 ) aus saugfähigem Material aufweist. Has 5. The fuel cell system according to claim 4, characterized in that the water-storing medium (12) for introducing the water (6) in the electrolyser (2) wicks (15) of absorbent material.
6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyseur ( 2 ) zur Versorgung mit elektrischer Energie mit einer Solarzellenanlage ( 14 ) verbunden ist. 6. The fuel cell system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrolyser (2) for supply of electric energy with a solar cell device (14) is connected.
7. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff abgebende Seite des Elektrolyseurs ( 2 ) an die Wasserstoff aufnehmende Seite der Brennstoffzelle ( 8 ) angrenzt. 7. The fuel cell system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hydrogen donating adjacent side of the electrolyzer (2) to the hydrogen-receiving side of the fuel cell (8).
8. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff abgebende Seite des Elektrolyseurs ( 2 ) über einen Wasserstoffspeicher ( 7 ), der zur Zwischenspeicherung von Was serstoff dient, mit der Brennstoffzelle ( 8 ) verbunden ist. 8. The fuel cell system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hydrogen-releasing side of the electrolyzer (2) via a hydrogen storage (7), the serstoff serves for temporary storage of what to do with the fuel cell (8) is connected.
9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher ( 7 ) ein Metallhydridspeicher ist. 9. The fuel cell system according to claim 8, characterized in that the hydrogen storage (7) is a metal hydride.
10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallhydridspeicher zur Kühlung oder zur Beheizung mit einem Wasservorrat verbunden ist. 10. The fuel cell system according to claim 9, characterized in that the metal hydride is connected to the cooling or heating with a water supply.
11. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor dem Wasserstoffspeicher ( 7 ) ein Trock ner ( 16 ) angeordnet ist. 11. The fuel cell system according to one of claims 8 to 10, characterized in that a Trock ner (16) is arranged upstream of the hydrogen storage (7).
12. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter dem Wasserstoffspeicher ( 7 ) ein Be feuchter ( 17 ) angeordnet ist. 12. The fuel cell system according to one of claims 8 to 11, characterized in that downstream of the hydrogen storage (7) Be a damp (17) is arranged.
13. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner ( 16 ) mit dem Befeuchter ( 17 ) kombiniert ist. 13. The fuel cell system according to claim 12, characterized in that the dryer (16) to the humidifier (17) is combined.
14. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff abgebende Seite des Elektrolyseurs ( 2 ) über einen Sauerstoffspeicher, der zur Zwischenspeicherung von Sauer stoff dient, mit der Brennstoffzelle ( 8 ) verbunden ist. 14. The fuel cell system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the oxygen-releasing side of the electrolyzer (2) via an oxygen storage, which serves for the intermediate storage of sour material, with the fuel cell (8) is connected.
15. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher ( 7 ) ein ca. doppelt so großes Volumen aufnehmen kann wie der Sauerstoffspeicher. 15. The fuel cell system according to claim 14, characterized in that the hydrogen storage (7) can take up an approximately twice as large volume as the oxygen storage.
16. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyseur ( 2 ) und die Brennstoffzelle ( 8 ) von einem gas dichten Gehäuse ( 1 ) umgeben sind, das als Sauerstoffspeicher dient. 16. The fuel cell system according to one of claims 1 to 15, characterized in that the electrolyser (2) and the fuel cell (8) of a gas-tight housing (1) are surrounded, that serves as an oxygen reservoir.
17. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyseur ( 2 ) und die Brennstoffzelle ( 8 ) von einem mit einem Lufteinlaß versehenen Gehäuse umgeben sind. 17. The fuel cell system according to one of claims 1 to 15, characterized in that the electrolyser (2) and the fuel cell (8) are surrounded by a housing provided with an air inlet.
18. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle ( 8 ) und/oder der Elektrolyseur ( 2 ) luftat mende Niedertemperatur-Polymer-Elektrolytmembrane-Brennstoff zellen (PEM) sind. 18. The fuel cell system according to one of claims 1 to 17, characterized in that the fuel cell (8) and / or the electrolyser (2) luftat-inhibiting low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (PEM) are.
19. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß am Elektrolyseur ( 2 ) und/oder an der Brennstoffzelle ( 8 ) zwi schen der Wasserstoffseite einerseits und der Luft/Sauerstoffseite andererseits ein Differenzdruckregler ( 19 ) angeordnet ist, der über Ventile ( 20 , 21 ) Druckunter schiede regelt. 19. The fuel cell system according to one of claims 1 to 18, characterized in that the electrolyser (2) and / or on the fuel cell (8) Zvi the hydrogen side of the one part and the air / oxygen side on the other hand, a differential pressure regulator (19) is arranged, which via valves (20, 21) regulates pressure differences.
20. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher ( 7 ), der Elektrolyseur ( 2 ) und/oder die Brennstoffzelle ( 8 ) im Unter- und/oder im Überdruckbereich betreibbar sind. 20. The fuel cell system according to one of claims 8 to 19, characterized in that the hydrogen storage (7), the electrolyser (2) and / or the fuel cell (8) in the bottom and / or in the overpressure range are operable.
21. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffspeicher ( 7 ), der Elektrolyseur ( 2 ) und/oder die Brennstoffzelle ( 8 ) abwechselnd im Unter- und Überdruckbe reich betreibbar sind. 21. The fuel cell system according to claim 20, characterized in that the hydrogen storage (7), the electrolyser (2) and / or the fuel cell (8) are rich operable alternately in the lower and Überdruckbe.
22. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyseur ( 2 ) und die Brennstoffzelle ( 8 ) eine Einheit bilden, die alternierend als Elektrolyseur oder als Brenn stoffzelle zu betreiben ist. 22. The fuel cell system according to one of claims 1 to 21, characterized in that the electrolyser (2) and the fuel cell (8) form a unit which is to be operated alternately as an electrolyser or fuel cell as fuel.
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