DE19805600A1 - Brennstoffzelle mit Sonnenkollektorheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für den leistungsfähigen Betrieb einer Brennstoffzelle.

Eine Brennstoffzelle weist eine Kathode, einen Elektro­ lyten sowie eine Anode auf. Der Kathode wird das Oxida­ tionsmittel, z. B. Luft, und der Anode wird der Brenn­ stoff, z. B. Wasserstoff, zugeführt.

Verschiedene Brennstoffzellentypen sind bekannt, so beispielsweise die PEM-Brennstoffzelle aus der Druckschrift DE 195 31 852 C1.

Die Betriebstemperatur einer PEM-Brennstoffzelle kann bei ca. 80 Grad Celsius liegen. An der Anode einer PEM- Brennstoffzelle bilden sich in Anwesenheit des Brennstoffs mittels eines Katalysators Protonen. Die Protonen passieren den Elektrolyten und verbinden sich auf der Kathodenseite mit dem vom Oxidationsmittel stammenden Sauerstoff zu Wasser. Elektronen werden dabei freigesetzt und elektrische Energie erzeugt.

Als Brennstoff kann unter anderem Methan oder Methanol vorgesehen werden. Dieser befindet sich zum Beispiel in einem Gefäß und wird vor der Einleitung in die Brennstoffzelle aufgeheizt. Methan oder Methanol werden durch Reformierung oder Oxidation in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung und eines Verfahrens, welche einen leistungsfähigeren Betrieb der Brennstoffzelle im Vergleich zum genannten Stand der Technik ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Haupt- und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Nebenanspruchs gelöst. Eine vorteilhafte Verwendungsweise ergibt sich aus dem Verwendungsanspruch.

Die Problemlösung umfaßt die Erwärmung von Betriebsmitteln (Brennstoff und/ oder Oxidationsmittel) mit Sonnenenergie vor der Einleitung in die Brennstoffzelle.

Die Erwärmung eines Betriebsmittels geschieht zum Beispiel in einer Vorrichtung, die einen Sonnenkollektor umfaßt. Die durch den Sonnenkollektor erhaltene Wärme wird einem Betriebsmittel zugeführt.

Es kann beispielsweise ein Gefäß vorgesehen werden, in dem sich das Betriebsmittel befindet. Durch die Sonnenbestrahlung der Außenwände des Gefäßes erwärmen sich diese und dadurch das in dem Gefäß befindliche Betriebsmittel. Hierdurch wird eine Heizung in der Brennstoffzelle oder im Gefäß entlastet oder sogar überflüssig.

Ein Beispiel für ein geeignetes Gefäß stellt eine Heizschlange dar. Das Außenmaterial der Heizschlange ist insbesondere schwarz. Dieses Gefäß weist eine besonders große Oberfläche auf. Eine schwarze Farbe fördert die Absorption von Licht. So wird Sonnenenergie effektiv in Wärme für ein Betriebsmittel umgesetzt.

Durch die Erwärmung der Brennstoffzelle durch den vorgewärmten Brennstoff wird die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle gesteigert. Unter Verwendung von Sonnenenergie für die Erwärmung des Betriebsmittels können der Energieverbrauch und damit die Kosten gesenkt werden.

Eine solche Vorrichtung zum Erwärmen des Brennstoffes vor der Einleitung in die Brennstoffzelle ist insbesondere bei der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle vorteilhaft. Hier wird die Kinetik der ablaufenden Reaktionen durch Wärme im besonderen Maße verbessert und so die Leistung im besonderen Maße gesteigert.

Vorzugsweise wird flüssiges Betriebsmittel anspruchsgemäß erwärmt. Die Wärmeausdehnung einer Flüssigkeit ist im Vergleich zu einem Gas gering. Hohe Drücke und hiermit einhergehende Probleme werden so vermieden.

In einer Brennstoffzelle werden erhöhte Drücke erzeugt, um die Leistung einer Brennstoffzelle zu steigern. Vorzugsweise wird daher ein flüssiges Oxidationsmittel erwärmt, welches in einer Trägerflüssigkeit gelöst oder chemisch gebunden vorliegt. Das erwärmte Oxidationsmittel wird in den Kathodenraum gepumpt und so kathodenseitig ein Überdruck erzeugt. Flüssigkeiten sind im Gegensatz zu Gasen nahezu inkompressibel. Es ist daher eine vergleichsweise geringe Pumpleistung zur Erzeugung des Überdrucks bei Vorsehen einer Flüssigkeit erforderlich. Der Wirkungsgrad des gesamten Systems wird so weiter gesteigert.

Die Vorrichtung wird zum Beispiel in einem Auto verwendet. Zum Beispiel sind dann die vorgenannten Heizschlangen vorteilhaft in den Außenflächen des Autos und zwar insbesondere im Autodach oder in der Motorhaube zu integrieren. Hier ist sichergestellt, daß Sonnenstrahlen auf die Flächen auftreffen.

Ergänzend wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung Abwärme des Motors den Heizschlangen zugeführt, um so Betriebsmittel zu erwärmen und damit eine Leistungssteigerung zu bewirken. Zu diesem Zweck befinden sich die Heizschlangen benachbart zum Motor, also im Motorenraum oder in der Motorhaube.

Claims (6)

1. Verfahren für den Betrieb einer Brennstoffzelle, wobei zumindest ein Betriebsmittel vor der Einleitung in die Brennstoffzelle mit Hilfe von Sonnenenergie erwärmt wird.

2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem ein flüssiges Betriebsmittel mit Hilfe von Sonnenenergie erwärmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein flüssiges Oxidationsmittel mit Hilfe von Sonnenenergie erwärmt und in den Kathodenraum der Brennstoffzelle gepumpt wird.

4. Brennstoffzelle mit Mitteln, die ein Betriebsmittel vor der Einleitung in die Brennstoffzelle mit Sonnenenergie erwärmen.

5. Brennstoffzelle nach vorhergehendem Anspruch, bei dem Heizschlangen als Mittel, die ein Betriebsmittel vor der Einleitung in die Brennstoffzelle mit Sonnenenergie erwärmen, vorgesehen sind.

6. Verwendung einer Brennstoffzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Auto, wobei die Mittel, die ein Betriebsmittel vor der Einleitung in die Brennstoffzelle mit Sonnenenergie erwärmen, in das Fahrzeugdach oder in eine Motorhaube eingebaut sind.