DE19944121A1

DE19944121A1 - Fuel cell for motor vehicles, comprises first dosing unit connected with input section of anode circuit

Info

Publication number: DE19944121A1
Application number: DE19944121A
Authority: DE
Inventors: Lothar Matejcek; Martin Woehr
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2001-03-22

Abstract

The fuel cell is designed so that in the anode circuit (6) a unit (9) is provided for reducing the methanol part, and that the first dosing unit (14,17) is connected with the input section (23) of the anode circuit between this unit (9) and the input of the fuel distribution system at the anode (2). The anode and the cathode (3) are connected with each other across an electric current circuit, by which a variable power is consumed.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoff zelle mit einer Anode und einer Kathode und einem dazwi schen angeordneten Polymerelektrolyt, wobei die Anode mit einem einen Eingang und einen Ausgang aufweisenden Brenn stoffverteilungssystem in Kontakt steht, so daß Brenn stoff aus diesem System in die Anode eindringen kann, und wobei das Brennstoffverteilungssystem in einem ein Metha nol/Wasser-Gemisch enthaltenen Anodenkreislauf angeordnet ist, und mit einer ersten Dosiereinrichtung zum Zuführen von Methanol in den Anodenkreislauf.The invention relates to a fuel cell with one anode and one cathode and one in between arranged polymer electrolyte, the anode with a burner having an entrance and an exit material distribution system is in contact, so that Brenn material from this system can penetrate into the anode, and the fuel distribution system being a metha nol / water mixture contained anode circuit arranged and with a first metering device for feeding of methanol in the anode circuit.

Derartige Brennstoffzellen werden als Direkt methanolbrennstoffzellen (DMFC) bezeichnet, da Methanol direkt der Anode zugeführt und dort oxidiert wird. Diese Vorgehensweise hat gegenüber einer Brennstoffzelle, die mit Wasserstoff an der Anode betrieben wird, den Vorteil, daß auf eine gesonderte Einrichtung zur Reformierung des Methanols zu Wasserstoff verzichtet werden kann. Die Pro blematik dieser Technik liegt aber darin, daß bisher noch keine für Methanol vollständig undurchlässige Membranen zur Verfügung stehen.Such fuel cells are called direct Methanol fuel cells (DMFC) referred to as methanol fed directly to the anode and oxidized there. This The procedure towards a fuel cell is that operated with hydrogen on the anode, the advantage that on a separate facility for reforming the Methanol to hydrogen can be dispensed with. The pro The problem with this technique is that so far no membranes completely impermeable to methanol be available.

Bei den bisher eingesetzten für Methanol durch lässigen Membranen kommt es zu einem Methanolverlust strom, dem sogenannten Methanol-Cross-Over, der die Lei stung und den Wirkungsgrad der DMFC schmälert. Um den Cross-Over möglichst gering zu halten, wird die Methanol konzentration im Methanol/Wasser-Gemisch zum einen auf ein vergleichsweise geringes Niveau eingestellt und zum anderen der elektrischen Leistungsentnahme angepaßt. Da bei ergeben sich aber insbesondere bei schnellen Last wechseln, die vor allem für den Einsatz einer DMFC im An trieb eines Kraftfahrzeuges bedeutsam sind, einige Pro bleme.With those previously used for methanol casual membranes, there is a loss of methanol stream, the so-called methanol cross-over, which the Lei performance and the efficiency of the DMFC. To the The methanol will keep cross-over as low as possible concentration in the methanol / water mixture on the one hand set a comparatively low level and at other adapted to the electrical power consumption. There in the case of fast loads switch, especially for the use of a DMFC in the An Drive a motor vehicle are significant, some pro bleme.

Die genannten Probleme stellen sich auch dann ein, wenn andere Kohlenwasserstoffe als Methanol einge setzt werden. Insofern steht in dieser Anmeldung Methanol nur stellvertretend für diese, womit auch der Schutzbe reich nicht auf den Einsatz von Methanol beschränkt sein soll.The problems mentioned also arise a when hydrocarbons other than methanol are turned on be set. In this respect, there is methanol in this application only representative of this, with which the protection officer rich should not be limited to the use of methanol should.

Die oben erwähnte Anpassung der Konzentration an die Leistungsabgabe der Brennstoffzelle erfolgt im we sentlichen proportional: Für eine hohe elektrische Lei stungsabgabe wird die Konzentration angehoben und für eine geringe Leistungsabgabe wieder abgesenkt. Die Erhö hung der Konzentration läßt sich relativ einfach durch Zugabe von reinem Methanol in den Anodenkreislauf bewir ken, was eine zeitlich rasche Anpassung bedeutet. Die Ab senkung der Konzentration ist nicht so rasch durchführ bar. Sie wird bisher dadurch bewirkt, daß in einem sol chen Fall die Methanolzugabe gestoppt wird, so daß das Methanol im Anodenkreislauf nach und nach verbraucht wird. Dabei ändert sich die Konzentration aber aus dem folgenden Grund nur langsam: Für eine homogene Methanol konzentration innerhalb der Brennstoffzelle ist es not wendig, das Methanol stark überstöchiometrisch der Anode zuzuführen. Dies bedeutet, daß bei einem Durchgang des Methanol/Wasser-Gemischs nur ein geringer Anteil des Methanols an der Anode oxidiert. Dies wiederum hat zur Folge, daß sich die Methanolkonzentration zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Gasverteilungsstruktur nicht wesentlich ändert, was bedeutet, daß für mehrere Umläufe des Methanol/Wasser-Gemischs die Konzentration nicht der Leistungsentnahme angepaßt ist.The concentration adjustment mentioned above to the power output of the fuel cell takes place in the we Significantly proportional: For high electrical power tax, the concentration is raised and for a low power output lowered again. The increases The concentration is relatively easy to do Add pure methanol to the anode circuit ken, which means a quick adjustment. The Ab lowering the concentration is not so quick bar. It has so far been brought about by the fact that in a sol Chen case the addition of methanol is stopped, so that Methanol gradually consumed in the anode circuit becomes. The concentration changes from the the following reason only slowly: For a homogeneous methanol concentration within the fuel cell is necessary manoeuvrable, the methanol is very stoichiometric of the anode feed. This means that when the Methanol / water mixture only a small proportion of the Methanol oxidized at the anode. This in turn has Consequence that the methanol concentration between the Entry and exit of the gas distribution structure does not change significantly, which means that for several Circulations of the methanol / water mixture the concentration is not adapted to the withdrawal of benefits.

Eine Methanolbrennstoffzelle bzw. ein Brenn stoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in dem Aufsatz: Manfred Waidhas: "Methanol-Brenn stoffzellen" veröffentlicht in Brennstoffzellen: Entwick lung, Technologie, Anwendung/Konstantin Ledjeff (Herausgeber) - Erstauflage Heidelberg: Müller, 1995 ISBN 3-7880-7514-7, Seiten 137, 148 beschrieben. Das dort er läuterte Brennstoffzellensystem dient allerdings Ver suchszwecken. Es ist daher nicht für schnelle Lastwechsel ausgelegt, da keine raschen Änderungen der Methanolkon zentration im Versuchsbetrieb notwendig ist. Das Methanol wird mittels einer Dosierpumpe (Abb. 10-9) dem An odenkreislauf zugeführt.A methanol fuel cell or a fuel cell system according to the preamble of claim 1 is in the essay: Manfred Waidhas: "Methanol fuel cells" published in fuel cells: development, technology, application / Konstantin Ledjeff (editor) - first edition Heidelberg: Müller, 1995 ISBN 3-7880-7514-7, pages 137, 148. However, the fuel cell system explained there serves for experimental purposes. It is therefore not designed for rapid load changes, since no rapid changes in the methanol concentration are necessary in trial operation. The methanol is fed to the anode circuit by means of a metering pump ( Fig. 10-9).

Um die oben dargestellte Aufgabe zu lösen, näm lich das Brennstoffzellensystem so zu gestalten, daß die Konzentration des Methanols im Anodenkreislauf rasch ei ner sich ändernden elektrischen Leistungsentnahme ange paßt wird, wird vorgeschlagen, daß bei einer Brennstoff zelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 im Anodenkreislauf eine Einrichtung zur Reduzierung des Methanolanteils vorhanden ist, und daß die erste Do siereinrichtung mit dem Eingangsabschnitt des Anoden kreislaufes zwischen dieser Einrichtung und dem Eingang des Brennstoffverteilungsytems an der Anode verbunden ist. Diese Anordnung ermöglicht das folgende Verfahren zum Steuern der Anlage:
Mittels der Einrichtung zur Reduzierung des Methanolanteils wird die Konzentration stets auf einem relativ geringen Wert gehalten und das relativ gering konzentrierte Gemisch jeweils durch Zuführung von Metha nol vor dem Eingang zur Brennstoffzelle aufkonzentriert. Falls hohe Konzentration im Brennstoffzellensystem not wendig sind, wird viel Methanol zugeführt; bei einer ge forderten geringen Konzentration gegebenenfalls auf eine Zumischung ganz verzichtet.In order to solve the problem outlined, namely to design the fuel cell system so that the concentration of methanol in the anode circuit is quickly adapted to a changing electrical power consumption, it is proposed that in a fuel cell with the features of the preamble of claim 1 a device for reducing the methanol content is present in the anode circuit, and that the first do siereinrichtung with the input portion of the anode circuit between this device and the input of the fuel distribution system is connected to the anode. This arrangement enables the following procedure to control the plant:
By means of the device for reducing the methanol content, the concentration is always kept at a relatively low value and the relatively low concentration mixture is concentrated in each case by adding methanol before the entrance to the fuel cell. If high concentrations are necessary in the fuel cell system, a lot of methanol is added; if the concentration is low, there may be no need for admixing.

Anode und Kathode der Brennstoffzelle sind über einen elektrischen Stromkreis, dem eine variable Leistung entnehmbar ist, miteinander verbunden, wobei die Konzen tration am Ausgang der Einrichtung zur Reduzierung des Methanolanteils auf einen Wert eingestellt ist, der zum Betrieb der Brennstoffzelle bei einer geringen Leistungs entnahme geeignet ist.The anode and cathode of the fuel cell are over an electrical circuit that has a variable power is removable, connected to each other, the conc tration at the exit of the device to reduce the Methanol proportion is set to a value which is the Operation of the fuel cell with a low output removal is suitable.

Das notwendige Methanol zum Aufdosieren des An odenkreislaufes kann einerseits aus einem Methanolspei cher der ersten Dosiereinrichtung mit reinem Methanol und andererseits einem Nebenkreislauf entnommen werden, der das in der Einrichtung zur Reduzierung des Methanolan teils anfallende hoch konzentrierte Methanol/Wasser-Ge misch aufnimmt, wobei ein im Nebenkreislauf vorhandener Gemischspeicher über eine zweite Dosiereinrichtung mit dem Eingangsabschnitt des Anodenkreislaufes verbunden ist.The methanol required to dose the An The odic cycle can, on the one hand, be made from a methanol cher of the first dosing device with pure methanol and on the other hand, are taken from a secondary circuit, the that in the methanol reduction facility partly accumulating highly concentrated methanol / water Ge mixes, with one existing in the secondary circuit Mixture storage with a second metering device connected to the input section of the anode circuit is.

Im stationären Betrieb werden die Stoffströme des Anodenkreislaufs und des Nebenkreislaufs komplett wieder miteinander gemischt. Damit erhält man am Brenn stoffzelleneintritt wieder die Konzentration, die am Brennstoffzellenaustritt vorgelegen hat. Abreagiertes Methanol wird aus dem Methanolspeicher ersetzt. Wenn mehr Leistung verlangt wird, muß die Gesamt-Konzentration durch weitere Zugabe von Methanol aus dem Methanolspei cher erhöht werden; wenn weniger Leistung verlangt wird, hört zunächst die Zudosierung aus dem Methanolspeicher auf. Zusätzlich wird der Nebenkreislauf abgesperrt, so daß nur das magere Gemisch aus dem Anodenkreislauf in die Brennstoffzelle gelangt. Wird wieder mehr Leistung ver langt, als dem Magergemisch entspricht, wird zunächst wieder fetteres Gemisch aus dem Nebenkreislauf zudosiert. Wenn das nicht mehr ausreicht, wird wieder reines Metha nol aus dem Methanolspeicher zudosiert.In stationary operation, the material flows of the anode circuit and the secondary circuit completely mixed together again. This gives you at the distillery the concentration that occurs on Has leaked fuel cell. Abreacted Methanol is replaced from the methanol store. If more Performance is required, the total concentration by further adding methanol from the methanol feed cher be increased; when less power is required first hears the metering from the methanol store on. In addition, the secondary circuit is shut off, see above that only the lean mixture from the anode circuit into the Fuel cell arrives. Will get more performance again reaches, than corresponds to the lean mixture, is first again fatter mixture from the secondary circuit. If that is no longer enough, pure metha will be restored nol metered in from the methanol store.

Um gegebenenfalls die Konzentration noch weiter senken zu können, bzw. um über Mittel zu verfügen, um die Aufkonzentration im Anodenkreislauf besser steuern zu können, ist der Eingangsabschnitt über eine dritte Do siereinrichtung mit einem Wasserreservoir verbunden.To further increase the concentration if necessary to be able to reduce, or to have means to, the Better control concentration in the anode circuit the entrance section is about a third Thursday Siereinrichtung connected to a water reservoir.

Das Brennstoffzellensystem wird nun so betrie ben, daß in Abhängigkeit von der Leistungsentnahme die erste und zweite Dosiereinrichtung so ansteuerbar sind, daß durch Zuführung von Methanol mittels der ersten Do siereinrichtung oder eines hoch konzentrierten Metha nol/Wasser-Gemischs mittels der zweiten Dosiereinrichtung die Methanolkonzentration am Eingang des Brennstoffver teilungssystems auf einen Wert angehoben wird, der der jeweiligen Leistungsentnahme entspricht. Dies hat zur Folge, daß im stationären Betrieb die Stoffströme des An odenkreislaufes und des Nebenkreislaufes komplett wieder miteinander gemischt werden. Damit wird die Konzentration am Brennstoffzelleneintritt wieder auf einen Wert einge stellt, der am Brennstoffzellenaustritt vorlag. Soweit Methanol an der Anode oxidiert wurde, wird entsprechendes Methanol mittels der ersten Dosiereinrichtung zugeführt. Wird die Leistungsentnahme erhöht, kann durch Zugabe von Methanol mittels der ersten Dosiereinrichtung die Gesamt konzentration schlagartig erhöht werden. The fuel cell system is now operated in this way ben that depending on the power consumption first and second metering devices can be controlled that by adding methanol using the first Do or a highly concentrated metha nol / water mixture by means of the second metering device the methanol concentration at the entrance of the fuel ver dividing system to a value that the corresponds to the respective power withdrawal. This has to Consequence that the material flows of the An circuit and the secondary circuit completely again be mixed together. With that, the concentration returned to a value at the fuel cell inlet provides that was at the fuel cell outlet. So far Methanol was oxidized at the anode, the same applies Methanol fed by means of the first metering device. If the power consumption is increased, by adding Total methanol using the first metering device concentration can be increased suddenly.

Bei einer Verringerung der Leistungsentnahme wird die Zudosierung über die zweite Dosiereinrichtung nach und nach verringert bzw. ganz abgeschaltet, so daß das magere Gemisch am Ausgang der Einrichtung zur Redu zierung den Brennstoffzellen zugeführt wird. Wenn über haupt keine Leistung mehr verlangt wird, kann die Konzen tration schlagartig weiter verringert werden, indem über die dritte Dosiereinrichtung Wasser in den Anodenkreis lauf gefördert wird.When the power consumption is reduced the metering is via the second metering device gradually reduced or completely switched off, so that the lean mixture at the exit of the device for Redu adornment is supplied to the fuel cells. If over The Konzen can no longer be required at all abruptly be further reduced by over the third dosing device water in the anode circuit run is promoted.

Als Einrichtung zur Reduzierung der Methanol konzentration sind mehrere Möglichkeiten gegeben, hierbei kann es sich um ein- oder mehrstufige Destillationen oder um Membrantrennverfahren handeln. Bei diesen Verfahren wird Wärme benötigt, die im System selbst zur Verfügung steht, nämlich als Abwärme des Brennstoffzellenstapels. Damit kann zusätzlich in geeigneter Weise der Wärmehaus halt des Brennstoffzellensystems reguliert werden.As a device to reduce the methanol There are several options for concentration, here can be single or multi-stage distillations or are membrane separation processes. With these procedures heat is needed which is available in the system itself stands, namely as waste heat from the fuel cell stack. This means that the warmth house can also be used in a suitable manner stop of the fuel cell system are regulated.

Im folgenden soll anhand eines Ausführungsbei spiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung des Brennstoffzellensystems in Form einer Schaltung.The following is based on an example game the invention will be explained in more detail. This shows the only figure is a schematic representation of the Fuel cell system in the form of a circuit.

Im Zentrum des Brennstoffzellensystems steht eine Direktmethanolbrennstoffzelle (DMFC) 1 mit einer An ode 2 und einer Kathode 3. Die Brennstoffzelle 1 steht stellvertretend für einen ganzen Stapel von einzelnen Brennstoffzellen, die hintereinander zu einem sogenannten Stack angeordnet und durch bipolare Platten voneinander getrennt sind. Die einzelnen Zellen sind elektrisch hin tereinander geschaltet, um eine ausreichend hohe elektri sche Spannung darstellen zu können. Jede einzelne Zelle besteht aus einer Polymermembran als Elektrolyten. Diese Membran ist beidseitig mit Elektroden beschichtet, die einerseits die Anode 2 und andererseits die Kathode 3 darstellen. Über ein nicht näher dargestelltes Gasvertei lungs- bzw. Flüssigkeitsverteilungssystem wird die Anode mit einem Methanol/Wasser-Gemisch und die Kathode mit Luftsauerstoff versorgt. An der Anode wird das Methanol oxidiert, während an der Kathode der Luftsauerstoff redu ziert wird, dabei erfolgt ein Ionenaustausch über die Po lymermembran und ein Elektronenaustausch über den äußeren Stromkreis.At the center of the fuel cell system is a direct methanol fuel cell (DMFC) 1 with an anode 2 and a cathode 3 . The fuel cell 1 represents a whole stack of individual fuel cells, which are arranged one behind the other to form a so-called stack and are separated from one another by bipolar plates. The individual cells are electrically connected in series in order to be able to represent a sufficiently high electrical voltage. Each individual cell consists of a polymer membrane as an electrolyte. This membrane is coated on both sides with electrodes which on the one hand represent the anode 2 and on the other hand the cathode 3 . The anode is supplied with a methanol / water mixture and the cathode with atmospheric oxygen via a gas distribution or liquid distribution system, not shown. The methanol is oxidized at the anode, while the atmospheric oxygen is reduced at the cathode, with ion exchange via the polymer membrane and electron exchange via the external circuit.

Die Kathode 3 wird mittels eines Verdichters 4 mit Luftsauerstoff versorgt. Am Ausgang des Gasvertei lungssystems für die Kathode befindet sich ein Kondensa tor 5, der das vom Luftsauerstoff aufgenommene Reaktions wasser auskondensiert. Das so gewonnene Wasser wird, wie weiter unten beschrieben, in den Flüssigkeitshaushalt des Brennstoffzellensystems zurückgeführt.The cathode 3 is supplied with atmospheric oxygen by means of a compressor 4 . At the output of the gas distribution system for the cathode is a capacitor 5 , which condenses out the water absorbed by the atmospheric oxygen. The water thus obtained is returned to the liquid balance of the fuel cell system, as described below.

Die Gasverteilungsstruktur an der Anode 2 ist Teil eines Hauptkreislaufs 6, in dem ein Methanol/Wasser- Gemisch umgepumpt wird. Dazu weist der Hauptkreislauf eine Kreispumpe 7 auf, deren Druckseite mit dem Eingang zur Verteilungsstruktur an der Anode 2 verbunden ist. Das Methanol/Wasser-Gemisch fließt durch die Vertei lungsstruktur zum Ausgang und von dort zu einem Kühler 8 und weiter zu einer Trennkolonne 9, an der Methanol aus dem Gemisch abgetrennt wird. Am Ausgang 10 der Trennko lonne 9, der mit der Saugseite der Kreispumpe 7 verbunden ist, liegt damit ein Methanol/Wasser-Gemisch mit einer geringen Methanolkonzentration vor. Damit ist der Anoden kreislauf geschlossen.The gas distribution structure at the anode 2 is part of a main circuit 6 , in which a methanol / water mixture is pumped around. For this purpose, the main circuit has a circuit pump 7 , the pressure side of which is connected to the input to the distribution structure at the anode 2 . The methanol / water mixture flows through the distribution structure to the exit and from there to a cooler 8 and further to a separation column 9 , at which methanol is separated from the mixture. At the outlet 10 of the separating column 9 , which is connected to the suction side of the circulating pump 7 , there is therefore a methanol / water mixture with a low methanol concentration. This closes the anode circuit.

In den Eingang zur Anode 2 bzw. in den Ab schnitt 23 des Anodenkreislaufs zwischen der Kreispumpe 7 und der Anode 2 münden drei Dosierleitungen 11, 12, 13 ein mit je einer Dosierpumpe 14, 15, 16. Die erste Do sierpumpe 14 ist mit einem Methanolspeicher 17 verbunden, in dem reines Methanol vorliegt. Die zweite Dosierpumpe 15 ist mit einem Gemischspeicher 18 verbunden, der mit dem Ausgang 20 an der Trennkolonne 9 verbunden ist, an dem ein Methanol/Wasser-Gemisch in hoher Konzentration vorliegt. Die Verbindung läuft über einen Gasabscheider 21. Die dritte Dosierpumpe 16 ist mit einem Wasservor ratsbehälter 19 verbunden, der unter anderem mit dem Kon densator 5 am Kathodenkreislauf in Verbindung steht.In the entrance to the anode 2 or in the section 23 from the anode circuit between the circulating pump 7 and the anode 2 , three metering lines 11 , 12 , 13 open, each with a metering pump 14 , 15 , 16 . The first Do sierpump 14 is connected to a methanol store 17 in which pure methanol is present. The second metering pump 15 is connected to a mixture store 18 , which is connected to the outlet 20 at the separation column 9 , at which a methanol / water mixture is present in high concentration. The connection runs via a gas separator 21 . The third metering pump 16 is connected to a water storage tank 19 which is connected, among other things, to the condenser 5 on the cathode circuit.

Die Trennkolonne 9, der zweite Speicher 18 so wie die zweite Dosierpumpe 15 bilden einen Nebenkreislauf 22, durch den ein hoch konzentriertes Methanol/Wasser-Ge misch, das aus dem Hauptkreislauf 6 in der Trennkolonne 9 abgezweigt worden ist, in diesen am Eingang zur Anode 2 wieder zurückgeführt wird.The separation column 9 , the second storage 18 and the second metering pump 15 form a secondary circuit 22 through which a highly concentrated methanol / water mixture, which has been branched off from the main circuit 6 in the separation column 9 , into this at the entrance to the anode 2 is returned.

Die Brennstoffzelle bzw. der Brennstoffzellen stapel ist in einen elektrischen Stromkreis eingefügt, wobei die entnommene elektrische Energie einem Fahrzeu gantriebsmotor 25 zugeführt wird. Die jeweils entnommene Leistung wird durch einen elektronischen Steller 26 be stimmt, der vom Fahrer des Fahrzeuges über eine entspre chende Stelleinrichtung, hier nicht dargestellt, ange steuert wird. Die entnommene elektrische Leistung wird in Form einer Strom- oder einer Leistungsgröße über eine Si gnalleitung 27 einer elektronischen Auswerteeinheit 28 zugeführt, in der insbesondere Informationen über den op timalen Zusammenhang zwischen Leistungsentnahme und der Methanolkonzentration in der Anode 2 vorliegen. Unter Be rücksichtigung dieses Zusammenhangs werden die Dosierpum pen 14, 15, 16 angesteuert, wobei zur Generierung der An steuersignale weitere Informationen herangezogen werden, die zum Beispiel von hier nicht dargestellten Sensoren zur Bestimmung der Methanolkonzentration im Hauptkreis lauf 6 und im Nebenkreislauf 22 zur Verfügung gestellt werden. Diese Informationen können gegebenenfalls aber auch durch Verfolgung der Leistungsentnahme sowie der je weiligen Dauer der Ansteuerung der einzelnen Dosierpumpen generiert werden.The fuel cell or the fuel cell stack is inserted into an electrical circuit, the electrical energy withdrawn being supplied to a vehicle drive motor 25 . The power drawn in each case is determined by an electronic actuator 26 , which is controlled by the driver of the vehicle via a corresponding actuating device, not shown here. The electrical power withdrawn is supplied in the form of a current or a power quantity via a signal line 27 to an electronic evaluation unit 28 , in which there is in particular information about the optimal relationship between power consumption and the methanol concentration in the anode 2 . Taking this connection into account, the metering pumps 14 , 15 , 16 are controlled, further information being used to generate the control signals, for example sensors 6 not shown here for determining the methanol concentration in the main circuit 6 and in the secondary circuit 22 become. If necessary, this information can also be generated by tracking the power consumption and the duration of the activation of the individual metering pumps.

Die Steuerung läßt sich exemplarisch anhand ei niger ausgewählter Situationen darstellen.The control can be exemplified using an egg represent less selected situations.

A) constant power consumption

Die Trennkolonne 9 ist so eingestellt, daß die Kreispumpe 7 ein gering konzentriertes Methanol/Wasser- Gemisch mit einer Basiskonzentration unterhalb der gefor derten der Anode 2 zuführt. Die Basiskonzentration ent spricht dem Wert, der bei einer geringen Leistungsent nahme optimal ist.The separation column 9 is set so that the circulating pump 7 supplies a slightly concentrated methanol / water mixture with a base concentration below that required for the anode 2 . The base concentration corresponds to the value that is optimal with a low power consumption.

Um die geforderte Konzentration an der Anode zu erhalten, wird aus dem Gemischspeicher 18 über die zweite Dosierpumpe 15 ein hoch konzentriertes Methanol/Wasser- Gemisch zugeführt, das gegebenenfalls durch Ansteuerung der ersten Dosierpumpe 14 aus dem Methanolspeicher mit reinem Methanol ergänzt wird. Auf diese Weise wird an der Anode die Konzentration erreicht, die für die jeweilige Leistungsentnahme optimal ist. An der Anode wird ein Teil des Methanols oxidiert bzw. verbraucht.In order to obtain the required concentration at the anode, a highly concentrated methanol / water mixture is fed from the mixture store 18 via the second metering pump 15 , which mixture may be supplemented with pure methanol by controlling the first metering pump 14 from the methanol store. In this way, the concentration at the anode is reached that is optimal for the respective power consumption. Some of the methanol is oxidized or consumed at the anode.

An der Trennkolonne 9 wird das konzentrierte Methanol/Wasser-Gemisch geteilt, wobei ein mageres Ge misch am Ausgang 10 der Kreispumpe 7 zugeführt wird, wäh rend ein angereichertes Gemisch zum Gemischspeicher 18 zurückläuft und dort über die zweite Dosierpumpe 15 wie der in den Hauptkreislauf zurückgeführt wird.At the separation column 9 , the concentrated methanol / water mixture is divided, a lean mixture being fed to the outlet 10 of the circulating pump 7 , while an enriched mixture runs back to the mixture storage 18 and is returned to the main circuit there via the second metering pump 15 becomes.

Letztlich wird in dieser Betriebsweise das Methanol/Wasser-Gemisch in zwei unterschiedlich konzen trierte Ströme getrennt und wieder zusammengeführt, wobei lediglich verbrauchtes Methanol aus dem Methanolspeicher 17 ergänzt wird. Der Nebenkreislauf wirkt dabei wie ein Puffer für Methanol, der sich im Bedarfsfall zu- und ab schalten läßt.Ultimately, in this mode of operation, the methanol / water mixture is separated into two differently concentrated streams and brought together again, with only used methanol being replenished from the methanol store 17 . The secondary circuit acts like a buffer for methanol, which can be switched on and off if necessary.

B) Increase in the withdrawal of benefits

In dieser Situation wird durch Zuführung von Methanol aus dem Methanolspeicher 17 die Konzentration an der Anode schlagartig erhöht. Anschließend läuft der Pro zeß nach gemäß A) ab, wobei wieder lediglich nur das ver brauchte Methanol ersetzt wird.In this situation, the concentration at the anode is suddenly increased by supplying methanol from the methanol store 17 . Then the pro cess runs according to A), again only the ver used methanol is replaced.

C) Reduction of the power consumption

Entsprechend der Rücknahme der Leistung wird die Zudosierung über die zweite Dosierpumpe 15 zurückge fahren, so daß bei einer geringen Leistungsentnahme le diglich das nur schwach angereicherte Gemisch am Ausgang 10 der Trennkolonne der Anode zugeführt wird. Gleichzei tig kann die Pumpgeschwindigkeit der Kreispumpe 7 erhöht werden, um das noch angereicherte Gemisch an der Anode schnell aus dem Brennstoffzellenstapel herauszutreiben. Hier zeigt sich der Vorteil der Anordnung, da die notwen dige Konzentration an der Anode jeweils durch Zudosierung erreicht wird, kann eine rasche Anpassung an die jewei lige Leistungsentnahme erfolgen, da lediglich die Zudo sierung ausgesetzt werden braucht.Corresponding to the reduction in power, the metering is run back via the second metering pump 15 , so that the only weakly enriched mixture at the outlet 10 of the separation column of the anode is fed with a low power draw. At the same time, the pumping speed of the circulating pump 7 can be increased in order to quickly drive the still enriched mixture at the anode out of the fuel cell stack. This shows the advantage of the arrangement, since the necessary concentration at the anode is achieved by metering in, a quick adjustment to the respective power consumption can take place, since only metering need be suspended.

D) No withdrawal of benefits

Um die Konzentration von Methanol im Haupt kreislauf unter eine Basiskonzentration zu führen, kann über die dritte Dosierpumpe Wasser in den Anodenkreislauf eingespeist werden. Damit kann die Konzentration schlag artig extrem verringert werden.About the concentration of methanol in the main circulating below a basic concentration can via the third metering pump water into the anode circuit be fed. So that the concentration can blow well be extremely reduced.

Claims

1. A fuel cell with an anode and a cathode and a polymer electrolyte arranged therebetween, the anode being in contact with a fuel distribution system having an inlet and an outlet, so that fuel from this system can penetrate into the anode, and the fuel distribution system in one a methanol / water mixture containing anode circuit is arranged, and with a first metering device for feeding methanol into the anode circuit, characterized in that in this anode circuit ( 6 ) there is a device ( 9 ) for reducing the methanol content and that the first Dosing device ( 14 , 17 ) with the input section ( 23 ) of the anode circuit between this device ( 9 ) and the input of the fuel distribution system at the anode ( 2 ) is connected.

2. Fuel cell according to claim 1, characterized in that the anode ( 2 ) and the cathode ( 3 ) are connected to one another via an electrical circuit, from which a variable power can be drawn, and in that the concentration at the outlet of the device ( 9 ) is on a value is set which is suitable for operating the fuel cell ( 1 ) with a low power consumption.

3. Fuel cell according to claim 2, characterized in that in a secondary circuit ( 22 ) to the od circuit ( 6 ) in the device ( 9 ) anfal lendes highly concentrated methanol / water mixture via a second metering device ( 15 , 18 ) with the Input section ( 23 ) of the anode circuit is connected.

4. Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the input section ( 23 ) is connected via a third metering device ( 16 ) to a water reservoir ( 19 ).

5. Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 9 ) is connected to a gas separator ( 21 ) which is connected to the secondary circuit ( 22 ).

6. Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second metering device ( 11 , 14 ; 12 , 15 ) are so controllable that by supplying methanol by means of the first metering device ( 11 , 14 ) or one highly concentrated methanol / water mixture by means of the second metering device ( 12 , 15 ) the methanol concentration at the input of the fuel distribution system at the anode ( 2 ) is raised to a value which corresponds to the respective power consumption.

7. Fuel cell according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second metering device ( 11 , 14 ; 12 , 15 ) are so controllable that by supplying methanol by means of the first metering device ( 11 , 14 ) or a highly concentrated Methanol / water mixture by means of the second metering device ( 12 , 15 ) the methanol consumed at the anode is replaced.