DE2512363A1

DE2512363A1 - Gasquelle zur speisung einer brennstoffzellenbatterie

Info

Publication number: DE2512363A1
Application number: DE19752512363
Authority: DE
Inventors: Lothar Baudendistel; Harald Dr Phil Boehm; Robert Dr Rer Nat Fleischmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1975-03-21
Publication date: 1976-09-23

Description

Gasquelle zur Speisung einer Brennstoffzellenbatterie Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasquelle zur Speisung einer Brennstoffzellenbatterie unter Verwendung von Methanol, das in einem Zersetzungsreaktor in Wasserstoff und Kohlenmonoxid gespalten Wird, wobei das Kohleiinionoxid nach Durchgang durch die Batterie in einem Brenner verbrannt und die gewonnene Wärmeenergie für den Spaltvorgang im Reaktor herangezogen ist.
Es ist bereits eine Gasquelle zur -Speisung einer Brennstoffzellenbatterie unter Verwendung eines Methanolzersetzers bekannt, bei welchem der Zersetzungsreaktor mittels eines Brenners vom aus der Brennstoffzellenbatterie austretenden Kohlenmonoxid beheizt wird (Proc. 9 Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 1974, Seiten 836 - 840).
Die bekannte Ausbildung ist nur unzureichend in der Lage, sich in ihren Arbeitsbedingungen dem unterschiedlichen Bedarf an Wasserstoff für die Brennstoffzellenbatterie anzupassen.
Der Erfindung liegt die rufgabe zugrunde, eine Gasquelle zu schaffen, die eine kontinuierliche Gasversorgung der Brennstoffzellenbatterie mit konstantem Vordruck des Spaltgases bei den unterschiedlichsten Betriebsbedingungen der Brennstoffzellenbatterie gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brenner in der Anlaufphase gegebenenfalls zusätzlich mit Methanol versorgt wird, bei Erreichen des Normalbetriebs der Brennstoffzellenbatterie selbsttätig auf Kohlenmonoxid und bei Höchstbelastungsbetrieb selbsttätig zusätzliche auf Methanolversorgung geschaltet wird.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfühnlngsbeispieles näher erläutert.
Einer Brennstoffzellenbatterie 1 wird über eine Gaseinlaßleitung 2 das Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende 5 Brenngas zugeführt. An der Aulaßleitung 3 der Batterie tritt im wesentlichen Kohlenmonoxid auf. Über die Ein- und Auslaßleitungen 4, 5 wird Luft zu- und abgeführt. Die elektrischen Anschlüsse der Batterie sind nicht weiter dargestellt.
Die Gasquelle besteht aus einem Vorratsbehälter 6 für das Methanol, in dessen Leitungsweg 7 eine steuerbare Pumpe 8 angeordnet ist, die über eine Leitung 9 mit dem Einlaß 10 eines Zersetzungsreaktors 1i und über eine Leitung 12 mit einem Magnetventil 13 verbunden ist, welches eine Leitung i4 zu einem Brenner 15 für den Reaktor 11 sperrt oder freigibt.
An den Brenner 15 ist ein Bypass 15' für die Zündflanime geführt.
Zwischen der Auslaßleitung 16 des Reaktors 11 und der Gaseinlaßleitung 2 der Batterie 1 ist ein die Pumpe 8 beeinflussender erster Druckschalter 17 und ein Spaltgas-Puffergefäß 18 angeordnet, welches über eine Leitung 19 auch mit dem Methanol-Vorratsbehälter 6 verbunden ist. Das Puffergefäß 18 sorgt bei einem vorgegebenen Gasdruck für eine kontinuierliche Gasversorgung der Batterie 1.
Zwischen der Batterie-Abgasleitung 3 und dem Brenner 15 ist ein Abgas-Puffergefäß 20, ein zweiter, das Magnetventil 13 beeinflussender Druckschalter 22 und ein weiteres Magnetventil 23 angeordnet. Das Puffergefäß 20 sorgt ebenfalls bei einem vorgegebenen Gasdruck für eine kontinuierliche Gasversorgung des Brenners 15.
Im Katalysatorbett des Reaktors 11 ist ein die Magnetventile 13 und 23 beeinflussender Temperaturfühler 24 an#eordnet.
Die Istwerte der Druckschalter 17#, 22 und des Temperaturfühlers 24 sind einer Regeleinrichtung 25 zugeführt, die auf das Magnetventil 13 einwirkt.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der Anlage näher erläutert.
In der Anlaufphase der Gasquelle hat der Reaktor 11 Raumtemperatur, die Puffergefäße 18, 20 enthalten kein Spaltgas und Abgas. Der Reaktor 1-1 muß auf eine zwischen 300 und 320 OC liegende Spaltungstemperatur aufgeheizt werden.
Da der Gasdruck in dieser Anlaufphase in der Auslaßleitung 16 des Reaktors 11 und in der #uslaßleitung 21 des Abgas-Puffergefäßes 20 unter einem vorgegebenen Wert (beispielsweise p < 3000 mm WS und p< 500 mm WS) liegt, gibt der in der Auslaßleitung 16 angeordnete Druckschalter 17 ein Signal an die im Methanol-Leitungsweg 7 liegende Pumpe 8, die damit Methanol in den Katalysatorraum des Reaktors li pumpt, während der in der Auslaßleitung 21 des Abgas-Puffergefäßes 20 angeordnete Druckschalter 22 und der Temperaturfühler 24 (Temperatur < 300 OC) ein Signal an das Magnetventil 7 gibt, so daß der Brenner 15 damit auf Methanol versorgung geschaltet ist.
Ist nach einiger Zeit dann die Spaltungstemperatur von beispielsweise 320 C erreicht, so wird das in der Zwisciienzeit in den Reaktor 11 gepumpte Methanol zersetzt und im Spaltgas-Puffergefäß 10 baut sich ein Gasdruck auf. Erreicht dieser den vorgegebenen Wert von beispielsweise 3000 mm WS, so wird die bisher in Betrieb gewesene Pumpe 8 über den Druckschalter 17 abgeschaltet.
Vom Puffergefäß 18 gelangt das Gasgemisch H2/C0 über die Leitung 2 zur Batterie 1, in der der Wasserstoff umgesetzt wird; das Kohlenmonoxidabgas gelangt über die Leitung 3 in das Abgas-Puffergefäß 20, in welchem sich ebenfalls ein Gasdruck aufbaut und wenn dieser den vorgegebenen Wert von beispielsweise 500 mm WS erreicht, wird über den Druckshhalter 22 das Magnetventil 13 gesperrt und die Methanolversorgung des Brenners 15 unterbrochen, der damit über das geöffnete Magnetventil 23 aus dem Puffergefäß 20 nur noch mit Kohlenmonoxid versorgt wird, das vollständig zu Kohlendioxid verbrannt wird.
Es liegt nunmehr ein Normalbetrieb vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Reaktor 11 eine bestimmte Temperatur (beispielsweise 320 C) und die Puffergefäße 18, 20 einen vorgegebenen Gasdruck (beispielsweise 3000 und 500 mm WS) haben, wobei das im Methanol Leitungsweg 7 liegende Magnetventil 13 gesperrt ist und die im gleichen Weg liegende Pumpe 8 je nach Bedarf der Batterie 1 an#Wassersto#f intermittierend Methanol in den Reaktor 11 pumpt.
Wird die Batterie 1 für eine bestinimte Zeit elektrisch überlastet, so muß die Gasquelle hierauf entsprechend reagieren, indem in den Reaktor 11 mehr Methanol als im Normalbetrieb gepumpt wird. Dabei kann der Fall auftreten, daß die Kapazität des aus der Batterie 1 austretenden Kohlenmonoxids nicht mehr ausreicht 7 um über den Brenner 15 die Reaktionswärme und Abstrahlung zu erzeugen; die Realftortemperatur und der Gasdruck in den Puffergefäßen 18, 20 fallen dann ab und über den Druckschalter 17 wird die Pumpe 8 betätigt, während der Druckschalter 22 das Magnetventil 13 öffnet, so daß eine Methanolversorgung des Brenners 15 zusätzlich zur Kohlenmonoxidversorgung erfolgt; der Brenner wird damit schlagartig heißer und der Reaktor 11 wird wieder auf 320 0 aufgeheizt. Die Speisung des Brenners 15 mit Methanol wird dabei solange erfolgen, wie eine erhöhte Zufuhr an Wasserstoff für die Batterie i erforderlich ist.
Bei der Außerbetriebsetzung der Gasquelle wird wegen des noch für eine bestimmte Zeit auf Temperatur befindlichen Reaktors 11 weiter Spaltgas erzeugt, so daß auch weiter Kohlenmonoxid in das Puffergefäß 20 gelangt. Wird dieses Gefäß in seinen Abmessungen entsprechend ausgelegt, so ist es erreichbar, daß für die Anlaufphase der Brenner 15 gegebenenfalls auch allein mit Kohlenmonoxid versorgt wird.
Der Temperaturfühler 24 beeinflußt auch das im Abgas-Leitungsweg angeordnete Magnetventil 23. Steigt die Reaktortemperatur über 320 C, so gibt der Temperaturfühler 24 ein Signal an die Magnetventile 13 und 23, so daß sowohl die Kohlenmonoxidversorgung als auch die Methanolversorgung des Brenners 15 unterbrochen ist.
Zur Erhöhung der Wasserstoffausbeute ist es zweckmäßig, gering wasserhaltiges Methanol zu verwenden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Druckregelung des Methanolzufuhr und eine kombinierte Temperatur- und Drucksteuerung für die Versorgung des Brenners mit Methanol bzw. Kohlenmonoxid erfolgt; ferner erfolgt bei Höchstleistung der Brennstoffzellenbatterie eine Wärmeerzeugung für den Zersetzungsreaktor durch Methanol und Kohlenmonoxid, wobei dieses praktisch vollständig verbrannt wird und damit ein Minimum an Umweltbelastung erreicht ist,

Claims

Patentansprüche 1. Gasquelle zur Speisung einer Brennstoffzellenbatterie unter Verwendung von Methanol, das in einem Zersetzungsreaktor in Wasserstoff und Kohlenmonoxid gespalten wird, wobei das Kohlenmonoxid nach Durchgang durch die Batterie in einem Brenner verbrannt und die gewonnene Wärmeenergie für den Spaltvorgang im Reaktor herangezogen ist, dadurch gekennzeichnet daß der Brenner (15) in der Anlaufphase gegebenenfalls zusätzlich mit Methanol versorgt wird, bei Erreichen des Normalbetriebs selbsttätig auf Kohlenmonoxid und bei Höchstleistungsbetrieb selbsttätig zusätzlich auf Methanolversorgung geschaltet wird.
2. Gasquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Leitungsweg (2, i6) für das Spaltgas zwischen dem (Patentansprüche) Reaktor (11) und der Batterie (1) ein Drucksensor (17) und ein Puffergefäß (18) und in der Abgasleitung (3) der Batterie (1) ein Puffergefäß (20), ein Drucksensor (22) und der Brenner (15) angeordnet sind, und daß der spaltgasseitige Drucksensor (17) bei Unterschreiten eines vorgegebenen Gasdruckes (p 43000 mm WS) eine Pumpe (8) einschaltet, die dann Methanol in den Reaktor (11) pumpt, und daß der dem Abgas zugeordnete Drucksensor (22) bei Unterschreiten eines vorgegebenen Gasdruckes (p 500 mm WS) ein im Leitungsweg (12, 14) des Methanols liegendes Ventil (13) schaltet, über das der Brenner (15) mit Methanol versorgt wird, und daß bei Unterschreiten der Spaltungstemperatur ebenfalls das Ventil (13) betätigt wird.

L e e r s e i t e