DE19956220A1 - Brennstoffzellenanordnung - Google Patents

Abstract

Brennstoffzellenanordnung mit einer mit einer Anode und einer Kathode versehenen Brennstoffzelle (1), wobei die Anode und die Kathode in durch eine Membrane (5) getrennten Räumen (4, 6) der Brennstoffzelle (1) angeordnet sind und der die Anode aufweisende Raum (4) mit wasserstoffreichem Gas und der die Kathode aufweisende Raum (6) mit Luft beaufschlagbar sind. Um eine hohe Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie zu ermöglichen, ist vorgesehen, daß die beiden Kammern (4, 6) der Brennstoffzelle (1) mit separaten Ableitungen (7, 8) versehen sind, die in einen katalytischen Nachbrenner (9) münden, wobei dem Nachbrenner (9) ein Wärmetauscher (11) nachgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer solchen Brennstoffzellenanordnung strömt in der Regel mehr Luft an der Kathode vorbei, als benötigt wird, wobei meist ein Luftüberschuß von 50% gegeben ist. Die Wasserstoffatome des an der Anode vorbeiströmenden wasserstoffreichen Brenngases diffundieren durch die Membrane und reagieren mit dem Luftsauerstoff. Dabei wird einerseits elektrischer Strom und Wärme erzeugt.

Die überschüssige Luft und das Abgas wird bei den herkömmlichen Lösungen über eine gemeinsame Ableitung in die Umgebung abgeführt.

Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß energiereiches Gas ohne energetische Nutzung in die Umgebung abgeführt wird.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die eine sehr weitgehende Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß einerseits die Brennstoffzelle mit den üblichen Luftüberschüssen betrieben werden kann und die energiereichen Abgase der beiden Kammern der Brennstoffzelle in dem katalytischen Nachbrenner energetisch genutzt werden können. Dabei kann die im Nachbrenner erzeugte Wärme sehr einfach über den nachgeordneten Wärmetauscher ausgekoppelt werden.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil einer besonders weitgehenden Ausnutzung der in den Abgasen der Brennstoffzelle enthaltenen Energie.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung zeigt.

Die dargestellte Brennstoffzellenanordnung weist eine Brennstoffzelle 1 auf, die durch eine Membrane 5 in zwei Räume 4, 6 geteilt ist, wobei in dem Raum 4 eine Anode und im Raum 6 eine Kathode angeordnet sind.

Dabei ist der Raum 4 über eine Leitung 3 mit wasserstoffreichem Brenngas, wie z. B. eine Mischung aus H₂, CO₂, N_2, H₂O, geringe Mengen C_mH_n, CO und der Raum 6 über eine Leitung 2 mit Luft versorgbar.

Weiterhin sind die Räume 4 und 6 über Ableitungen 8, bzw. 7 mit einem nachgeordneten katalytischen Nachbrenner 9 verbunden , so daß dieser mit den Abgasen dieser Räume 4, 6 beaufschlagt wird.

Dieser Nachbrenner 9 ist mit einer Abgasleitung 10 mit einem kondensierenden Wärmetauscher 11 verbunden, so daß dieser mit den heißen Abgasen des Nachbrenners 9 beaufschlagt wird. Mit diesem Wärmetauscher 11 wird mittels eines Heizkreises 12 Wärme ausgekoppelt. Dabei ist der Wärmetauscher 11 mit einer Abgasleitung 13 und einer Kondensatleitung 14 versehen, über die das weitgehend abgekühlte Abgas und das Kondensat abströmen kann.

Beim Betrieb strömt wasserstoffreiches Brenngas über die Leitung 3 und über die Leitung 2 Luft in die Räume 4 und 6 der Brennstoffzelle 1 ein. Dabei kommt es zu einem Durchdiffundieren von Wasserstoffionen H+ durch die Membrane 5, und es kommt zur Reaktion dieser Wasserstoffionen mit dem Luftsauerstoff im Raum 6, in dem sich die Kathode befindet.

Dadurch wird elektrischer Strom erzeugt, wobei auch Wärme entsteht.

Das entstehende Kathodenabgas gelangt über die Ableitung 7 und das Anodenabgas über die Ableitung 8 in den katalytischen Nachbrenner 9 und verbrennt dort.

Die dabei entstehenden heißen Abgase gelangen über die Abgasleitung 10 zum Wärmetauscher 11 und geben dort ihre Wärme an den Heizkreis 12 ab, wobei die Abgase auskondensieren und so auch ihre Kondensationswärme abgeben.

Die entsprechend weit abgekühlten Abgase strömen über die Abgasleitung 13 und das anfallende Kondensat über die Kondensatleitung 14 ab.

Durch die vorgeschlagene Anordnung kann die eingesetzte Primärenergie sehr weitgehend genutzt werden.

Claims (2)

1. Brennstoffzellenanordnung mit einer mit einer Anode und einer Kathode versehenen Brennstoffzelle (1), wobei die Anode und die Kathode in durch eine Membrane (5) getrennten Räumen (4, 6) der Brennstoffzelle (1) angeordnet sind und der die Anode aufweisende Raum (4) mit wasserstoffreichem Gas und der die Kathode aufweisende Raum (6) mit Luft beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (4, 6) der Brennstoffzelle (1) mit separaten Ableitungen (7, 8) versehen sind, die in einen katalytischen Nachbrenner (9) münden, wobei dem Nachbrenner (9) ein Wärmetauscher (11) nach geschaltet ist.

2. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem katalytischen Nachbrenner (9) nachgeschaltete Wärmetauscher als Kondensations-Wär­ metauscher (11) ausgebildet ist.