DE3345956A1 - Brennstoffzellen-energiesystem mit oxidationsmittel- und brennstoffgas-umschaltung - Google Patents

Brennstoffzellen-energiesystem mit oxidationsmittel- und brennstoffgas-umschaltung

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DE3345956A1
DE3345956A1 DE19833345956 DE3345956A DE3345956A1 DE 3345956 A1 DE3345956 A1 DE 3345956A1 DE 19833345956 DE19833345956 DE 19833345956 DE 3345956 A DE3345956 A DE 3345956A DE 3345956 A1 DE3345956 A1 DE 3345956A1
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Philip Peabody Mass. Dantowitz
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Description

9174-52EE-00454
GENERAL ELECTRIC COMPANY
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellen-Energiesystem für Fahrzeuge und mehr im besonderen eine Wasserstoff/ Luft-Brennstoffzelle, die während Spitzenleistungsintervallen auf Wasserstoff /Sauerstoff'umgeschaltet wird.
Brennstoffzellenstapel haben kürzlich sehr große Aufmerksamkeit als Energiequellen für elektrisch getriebene Fahrzeuge auf sich gezogen. Eines der schwierigsten Probleme/ beim Entwurf eines Brennstoffzellenstapels für eine Fahrzeug-Energieanlage ist der Ausgleich zwischen Größe, Komplexizität und Kosten, wie sie durch den Betriebsmodus des Fahrzeugs beeinflußt werden. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus sollte der Brennstoffzellenstapel für normale Leistungsanforderungen entworfen und bemessen werden. Spitzenleistungsanforderungen während des Anfahrens und Beschleunigens jedoch können während kurzer Zeiten ein Mehrfaches der normalen Leistungsanforderung ausmachen. Es ist daher erforderlich, die Spitzenleistung ohne Vergrößern der Zeil- oder Stapelgröße und ohne Fahrzeugbatterie zur Verfügung zu stellen.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß diese im Konflikt miteinander stehenden Anforderungen erfüllt werden können, wenn man einen Brennstoffzellenstapel schafft, der mit Wasserstoff und Luft betrieben wird, um die normalen geringen Leistungsanforderungen des Fahrzeugs zu erfüllen. Ein Elektrolyse-Untersystem benutzt einen Teil d.e-r—'Leistung des Brennstoffzellenstapels während des Betriebes außerhalb der Spitzenanforderung, um Wasser zu elektrolysieren und Sauerstoff und Wasserstoff zu lagern. Während Zeiten, wie Beschleunigung und Anfahren, wenn eine Spitzenleistung erforderlich ist, wird der Brennstoffzellenstapel auf die Verwendung von reinem Wasserstoff und reiner. Sauerstoff umgeschaltet, wozu man den gelagerten Sauerstoff und Wasserstoff benutzt, den der Elektrolysator erzeugt hat. Auf diese Weise ist die Größe des Brennstoffzellenstapels in Übereinstimmung mit der Anforderung
für den normalen Betrieb bei relativ geringer Leistung und die Größe des Brennstoffzellenstapels ist doch in der Lage, während kurzer Intervalle eine Spitzenleistung zu liefern, die das Mehrfache des Leistungsniveaus während des Normalbetriebes ausmacht.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellen-Energiesystem mit Umschaltung von Oxidationsmittel- und Brennstoff-Zuführung während Spitzenleistungsbetriebes zu schaffen. Das Brennstoffzellen-Energiesystem soll ein Elektrolysesystem einschließen, das von den Brennstoffzellen betrieben wird, um reinen Sauerstoff als Oxidationsmittel und reinen Wasserstoff als Brennstoff für Spitzenleistungsanforderungen zu erzeugen.
Weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Brennstoffzellen-Energiesystem nach Anspruch 1 gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm des Brennstoffzellen-Energiesystems mit dem Wasserelektrolyse-Subsystem und
Figur 2 ein schematisches Blockdiagramm des Elektrolyse- und Gaslagerungs-Systems.
Figur 1 zeigt ein Block- und Fließdiagramm für eine auf Methanol und Luft arbeitende Brennstoffzellenbaugruppe, die eine rasch startende Anordnung für den Reaktor zum katalytischen Cracken von Methanol und ein Wasserelektrolysesystem einschließt, das mit der Brennstoffzelle assoziiert ist, um Sauerstoff und Wasserstoff für Spitzenleistungsbetrieb zu schaffen. Das in Figur 1 veranschaulichte Brennstoffzellensystem auf der Grundlage von Methanol und Luft umfaßt im
wesentlichen 5 Komponenten:
Und zwar einen katalytischen Crackreaktor 1 zum Umwandeln eines reformierbaren organischen Brennstoffes, wie Methanol, zur Erzeugung von Wasserstoff als Brennstoff für einen Brennstoffzellenstapel 2. Eine CO-Uinwandlungsreaktoreinheit 3, in der Wasserstoff und Kohlenmonoxid vom Methanol-Crackreaktor einer Wasserumlagerungsreaktxon unterworfen werden, um das Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umzuwandeln, wobei zusätzlicher Wasserstoff entsteht. Das vom CO-Umlagerungsreaktor 3 abgegebene Reaktionsgernisch wird dann als Brennstoffgas dem Brennstoffzellenstapel 2 zugeführt. Abfallwärme der Brennstoffzelle und der Umlagerungsreaktion wird in Dampf umgewandelt, der in einem Methanolverdampfer und in einer Leistungsgeneratoreinheit 4 benutzt wird, nutzbare Arbeit in einem mechanischen Kompressor/Ausdehner zu schaffen, der auf der Grundlage der Reaktionsluft für die Brennstoffzelle arbeitet. Indem man auf diese Weise die Abfallwärme des Brennstoffzellenstapels durch Sieden von Wasser innerhalb der Zellkühlkammer benutzt und man den dabei entstehenden Dampf zum Verdampfen von Methanol einsetzt, sowie den Dampf von der exothermen Reaktion des CO-Umlagerungsreaktors, um brauchbare Arbeit in der mechanischen Kompressor/Ausdehner-Einheit zu schaffen, wird der Wirkungsgrad der Leistungsquelle für Fahrzeuge insgesamt beträchtlich erhöht.
Ein Elektrolysator-Subsystem 5 ist mit dem Brennstoffzellenstapel 2 assoziiert. Ein Teil der von dem Brennstoffzellenstapel abgegebenen Leistung wird während Normallast dazu benutzt, Wasser zu elektrolysieren und Sauerstoff und Wasserstoff zu produzieren, die in geeigneten Druckgefäßen gelagert werden. Zum Anfahren und Beschleunigen wird anstelle von Luft reiner Sauerstoff den Zellkathoden und reiner Wasserstoff den Anoden zugeführt. Dies beseitigt die Notwendigkeit, schwere Fahrzeugbatterien zu benutzen und gestattet es, dem Brennstoffzellenstapel eine Größe zu geben, die für die geringeren Leistungsanforderungen während des Normalbetriebes geeignet ist. Erreichen Sauerstoff- oder Wasserstoffdruck einen vorbestimmten Wert, z.B. etwa 42 bar, dann wird der Elektrolysestrom unterbrochen. Während des Beschleunigens des Fahrzeuges oder seines
Anfahrens werden mit den Lagergefäßen gekoppelte Auslaßventile geöffnet und gestatten das Strömen von reinem Wasserstoff durch das Ventil 38 und von reinem Sauerstoff durch das Ventil 39 zu den Brennstoffzellenanoden- bzw.-kathodenkammern. Der Einsatz von reinem Sauerstoff anstelle von Luft und reinem Wasserstoff anstelle des reformieren Brennstoffes erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit der Zeile und ihre abgegebene Leistung.
Als nächstes wird der Reaktor zum katalytischen Cracken von Methanol mit raschem Start näher erläutert: Ein reformierbarer Kohlenwasserstoff-Brennstoff, wie flüssiges Methanol, wird über eine Einlaßleitung 10 einem Startventil 11 zugeführt, das während des normalen Betriebes das flüssige Methanol einem Methanol-Verdampfer 12 zuführt. Während des Startens lenkt das Ventil 11 das Methanol durch das Brennstoffsteuerventil 13 zu einem Vorerhitzer 14 und einem Brenner 15 zum Methanol-Crackreaktor. Das flüssige Methanol wird mit über die Leitung 16 eingeleiteter Verbrennungsluft kombiniert und in den Vorerhitzer 14 eingeleitet. Die Methanol/Luftmischung wird bei einem stöchiometrischen oder vorzugsweise bei einem '.int f-i -Btöchioiiiotrischon Verhältnis gehalten, um zu verhindern, daß während des Startens überschüssiger Sauerstoff durch den katalytischen Crack-Reaktor strömt, da Sauerstoff die katalytischen Pellets schädigt. Indem man ein unter-stöchiometrisches Verhältnis hinsichtlich des Sauerstoffes aufrecht erhält, kann überschüssiges, nicht verbranntes Methanol dazu benutzt werden, durch das Katalysatorbett zu strömen und Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu erzeugen, die während des Anfahrens dem CO-Umwandlungsreaktor zugeführt werden. Da die Mischung mager ist und einen Sauerstoffgehalt hat, der geringer ist, als für das stöchiometrische Verhältnis erforderlich, ist es notwendig, die Luft/Brennstoff-Mischung vorzuerhitzen. Diese Mischung wird durch den Brenner geleitet, indem sie unter Erzeugung heißer Verbrennungsgase verbrannt wird. Die heißen Verbrennungsgase bringen das Crack-Katalysatorbett auf eine Temperatur, bei der die Crackreaktion beginnt (etwa bei 3000C) , indem man die Verbrennungsgase durch eine Flammenkammer innerhalb des Methanol-Crack-
BAD ORIGINAL
reaktors 17 leitet. Während des Anfahrens wird das heiße Verbrennungsgas mittels des Crack-Kontrollventils 18 durch das Crack- Katalysatorbett zurückgeleitet. Auf diese Weise erhitzt das Verbrennungsgas den Crack-Katalysator sowohl direkt als auch indirekt.
In dem katalytischen Crackreaktor 17 werden Kohlenmonoxid und Wasserstoff nach der folgenden Gleichung erzeugt:
CH3OH (g,)-—) 2H2 + CO
und die entstehenden Gase werden dann durch eine Heizkammer 19 geleitet. Das erhitzte Reformat wird durch einen Anodenauslaßtrockner 20 geschickt, der zwei Kammern umfaßt, die durch eine Wasserdampf transportierende Membran getrennt sind. Das erhitzte Reformat wird in eine Kammer eingeleitet und das feuchte, aus den Anodenkammern des Brennstoffzellenstapels stammende Auslaßwasserstoffgas wird durch die andere Kammer des Trockners geleitet. Wasserdampf vom Anodenauslaßgas wird durch die Membran zum auf höherer Temperatur befindlichen Reformatstrom transportiert und dadurch der Auslaßwasserstoff getrocknet, und das Reformat partiell angefeuchtet. Der getrocknete Wasserstoff verläßt die Kammer und strömt zum Vorerhitzerventil 13, das so geschaltet ist, daß es den überschüssigen Wasserstoff von der Brenn stoffzelle zum Vorerhitzer und Brenner leitet, nachdem der Methanol-Crackreaktor die Betriebstemperatur erreicht hat.
Der partiell angefeuchtete Reformatgasstrom strömt dann vom Trockner 20 in eine Kammer eines Anfeuchters 21, der die gleiche Konstruktion hat, wie der Trockner 20. Das heißt, er besteht aus zwei Kammern, die durch eine Membran getrennt sind, die Wasser von eineir, Strom zum anderen transportieren kann. Das teilweise angefeuchtete Reformat in der einen Kammer absorbiert Wasser, das von der anderen Kammer, in die Dampf von der Brennstoffzell-Kühlkammer und der Methanolverdampferkammer 12 geleitet ist, durch die Membran transportiert wird. Das angefeuchtete Reformat wird in einen CO-Umwandlungsreaktor-Vorerhitzer 23 und danach in den CO-Unwandlungsreaktor 24 eingeführt, in derr: die Mischung aus
Kohlenmonoxid und Wasser eine exotherme "Wasserumlagerung" ausführt, durch die Kohlenmonoxid in Kohlendioxid umgewandelt wird und zusätzlicher Wasserstoff entsteht. Umlagerungsreaktionen dieser Art sind bekannt und werden daher hier nicht im einzelnen beschrieben.
Die Temperatur des aus dem Umlagerungsreaktor austretenden Wasserstoffes und Kohlendioxids ist mit etwa 2000C recht hoch, da die dort stattgefundene "Wasserumlagerung" exotherm verläuft. Die Gase werden durch eine Flammenkammer zurück in den Vorerhitzer geleitet, um das frisch eintretende angefeuchtete Reformat zu erhitzen. Wasserstoff und Kohlendioxid passieren dann den Anodenanfeuchter 25, der die gleiche Bauart hat, wie der Anfeuchter 21 und in dem das Wasserstoff-Brenngas mittels Dampf vom Verdampfer 12 angefeuchtet wird, der durch die eine der durch die Membran getrennten Kammern geleitet wird. Das aus dem Anoden-Brennstoffgas-Anfeuchter austretende Gas wird dann durch einen Gaskonditionierer in die Anodenkammern des Brennstoffzellenstapels 2 geleitet.
Der Brennstoff tritt in die Anodenkammer der Brennstoffzelle ein, die von der Kathodenkammer durch eine Ionen transportierende Membran getrennt ist, auf deren gegenüberliegenden Seiten Elektroden angebracht sind, um elektrische Energie zu erzeugen. Brennstoffzellen mit Membran sind bekannt und z.B. in den US-PS 31 34 697, 32 97 484, 33 92 058 und 34 32 355 beschrieben. In dem Maße, indem Wasserstoff in der Anodenkammer verbraucht wird, kondensiert sich Wasserdampf aus dem Gasstrom auf der Membran/Elektrcde-Baueinheit und gelangt mittels Protonen von der Brennstoffseite durch die Membran zur Luftseite, wo er als flüssiges Wasser erscheint. Nach dem Verlassen der Anodenkammer tritt der Brennstof fabgasstrom durch den Anodenabgastrockner 20 und gelangt von dort zum Brennstoffsteuerventil 13. Während des Normalbetriebes wird der Abgas-Wasserstoff mit einer stöchiometrischen oder geringeren Menge Luft vermischt, im Vorerhitzer 14 erhitzt und verbrannt, um die heißen Verbrennungsgase zu liefern, die die Crackrcaktion unterstützen. Nach dem Strömen durch den Crackreaktor verlaß das Verbrennungsgas im Normalbetrieb durch das Ventil 18
das System.
Im folgenden wird der Reaktionsluft-Prozessor beschrieben:
Reaktionsluft wird durch eine Einlaßleitung 26 dem Kompressorteil eines Kompressor/Ausdehners 27 zugeführt, der Teil eines Kompressors 28 mit einem freien Kolben ist und dem Dampf vom Verdampfer 12 und Überschußdampf vom CO/Wasser-Umwandlungsreaktor 24 über die Leitung 29 zugeführt wird.
Die Reaktionsluft für die Kathodenkammern der Brennstoffzellen wird im Kompressorabschnitt komprimiert. Ein Teil der Kompressionswärme wird in einem Reaktionskühler 30 durch Wärmeaustausch mit der Auslaßluft der Kathoden der Brennstoffzellen aus der Reaktionsluft entfernt. Dann feuchtet man die Reaktionsluft durch Absorbieren von Wasser aus der Ablaßluft im Ablaßluft-Economizer 31 an, indem das Wasser durch eine Membran transportiert wird. Dieser Wasseraustauscher 31 ist ebenfalls eine Doppelkammeranordnung mit einer Wasser transportierenden Membran, die die Trennung in die beiden Kammern vornimmt, wobei die feuchte Ablaßluft durch die eine Kammer und die heiße komprimierte Reaktionsluft durch die andere Kammer geleitet wird. Der Wasserdampf wird durch die Membran von der Ablaßluft zur Reaktionsluft transportiert und feuchtet die letztere an, die dann durch die Leitung 32 und das Ventil 39 zu den Kathoden des Brennstoffzellenstapels geleitet wird. Es ist nicht erforderlich, die zugeführte Luft völlig zu sättigen, da kondensiertes Wasser der Brennstoffseite, das durch die Zellmembranen transportiert wird, und an der Kathode der Brennstoffzelle erzeugtes Reaktionsprodukt-Wasser ausreichend Wasser ergibt, um den Luftstrom daran zu sättigen und ein Austrocknen der Membran zu verhindern. Die Luft reagiert in den Luftkammern und wird an Wasserdampf gesättigt und kann sogar flüssiges Produktwasser mitreißen. Diese Auslaßluft wird dann durch die Leitung 33 zu einem Flüssigkeits/ Danpf-Separator 34 geleitet, iryÖem das flüssige Wasser von der Auslaßluft abgeschieden wird. Diese Auslaßluft vervollständigt der. Pfad zum Auslaßluft/Wasser-Economizer 31 und zum Kühler 30
- y-so.
und gelangt danach zum Ausdehner 35 der Kompressor/Ausdehnerkombination 27.
Das Kühlsystem und die Abfallwärmeumwandlung für die Brennstoffzellenstapel arbeiten folgendermaßen: Flüssiges Wasser tritt in die Zelle ein und passiert den bipolaren Stromkollektor zwischen benachbarten Zellen des Zellstapels. Kühlwasser tritt mit einer relativ hohen Temperatur ein, jedoch unterhalb des Siedepunktes. Beim Passieren der Kühlpassagen in den bipolaren Stromkollektoren zwischen den Zellen verdampft die Abfallwärme der Brennstoffzellen das Kühlwasser. Der aus den Brennstoffzellen austretende Dampf wird über die Leitung 36 dem Methanol-Verdampfer 12 zugeführt, wo er während des Normalbetriebes die zum Verdampfen des Methanols erforderliche Wärme liefert. Ein Teil des Dampfes tritt durch die Leitung 37 aus dem Verdampfer 12 aus und gelangt zu den Befeuchtern 25 und 21 der Brennstoffgaskonditionierung und des CO-Umwandlungsreaktors. Der verbleibende Dampf vom Anfeuchter 20, der durch die exotherme Reaktion im CO-ümlagerungsreaktor 24 erzeugt wird, wird dem Kompressor mit freiem Kolben und dem Kompressor/Ausdehner im Abschnitt 4 des Systems zugeführt, um die Reaktionsluft zum komprimieren.
Im folgenden wird der Elektrolysator beschrieben: Dieserist in Figur 2 zusammen mit der Gaslagerungseinheit gezeigt, die mit dem Brennstoffzellenstapel 2 in Verbindung steht. Der Elektrolysator umfaßt mehrere bipolare Zellen 40. Jede der Zellen umfaßt eine Anoden- und eine Kathodenkammer, die durch eine Ionenaustauschermembran getrennt sind, an deren gegenüberliegenden Seiten katalytische Elektroden befestigt sind. Nicht gezeigte bipolare Stromkollektoren sind zwischen der Anoden- und Kathodenelektrode benachbarter Zellen des eine Vielzahl von Zellen umfassende Elektrolysestapels angeordnet. Die Endplatten des Stapels sind über Anschlüsse 41 mit einem Teil des Brennstoffzellenstapels verbunden. Die Anschlüsse sind über nicht dargestellte Relaiskontakte verbunden, so daß die Energiezufuhr während eines Spitzenleistungsbetriebes und wenn
der gelagerte Sauerstoff einen vorbestimmten Druck erreicht, vom Elektrolysestapel abgeschaltet werden kann.
Wasser wird in die Anodenkammern der Elektrolysezellen vom Flüssigkeits/Dampfseparator 34 der Figur 1 mittels der Pumpe 42 und durch ein Kontrollventil 43 eingeleitet. Wasserstoff und Sauerstoff von der Elektrolysezelle werden zu Flüssigkeits/Dampfseparatoren 44 und 4 5 geleitet. Überschußwasser der Anodenkammer und mittels Protonen durch die Membran befördertes Wasser werden von den Gasen abgetrennt und die Gase in ihre jeweiligen Drucklagergefäße 4 6 bzw. 47 eingeleitet. Jeder der Separatoren enthält einen Schwebeschalter 48, der Pumpen 4 9 und 50 sowie Abzugsventile 51 und 52 betätigt, um die Pumpe 42 abzuschalten und Wasser von den Separatoren 44 und 45 zum Elektrolysator zu überführen, wenn das Wassernivea;u in den Separatoren zu hoch ist. In dem Sauerstoff- und Wasserstoff-Drucklagergefäß sind Druckmeßwertwandler 53 angeordnet. Erreicht der Druck in einem der Gefäße ein vorbestimmtes Niveau, wie 42 bar, dann betätigt das Signal der Meßwertwandler einen nicht gezeigten Relaisschalter, der die Zufuhr von Elektrolystrom zum Anschluß 41 unterbricht.
Um die Leistungsanforderungen während des Beschleunigens oder Anfahrens zu erfüllen, wird das Oxidationsmittel-Umschaltventil 39 der Figur 1 betätigt, um statt Luft reinen Sauerstoff vom Druckgefäß 47 den Kathoden und reinen Wasserstoff durch das Ventil 38 den Anoden zuzuführen. Das Umschalten der Ventile und 39 kann in verschiedener Weise erfolgen. Es kann entweder elektromechanisch direkt durch das Beschleunigungspedal des Fahrzeuges erfolgen oder als Reaktion auf eine Zunahme des aus dem Brennstoffzellenstapel entnommenen Stromes bei der Spitzenleistungsanforderung. Da nun Sauerstoff und Wasserstoff aus den Druckgefäßen verbraucht werden, fällt der Druck darin und das Signal der Druckmeßwertumwandler inaktiviert das Schaltrelais, so daß nun wieder Elektrolysestrom zum Anschluß 41 gelangt, wenn die Spitzenleistungsanforderung an dem Brennstoffzellenstapel aufgehört hat. Es wird dann weiter Wasser elektrolysiert, um den Sauerstoff und Wasserstoff, der in den Druckgefäßen gelagert ist, bis zu dem gewünschten Druckniveau aufzubauen.
Die Befeuchter oder Wasserdampf-Transportgeräte sind Doppelkammergeräte, bei denen die Kammern durch polymere Membranen getrennt sind, die Wasser- oder Flüssigkeitsdampf von einer Kammer zur anderen übertragen können und dabei das Anfeuchten des einen Gasstromes durch den anderen gestatten, obwohl die Gesamtdrucke der Ströme unterschiedlich sein können. Die Anwendung von Wasser- und Dampftransportmembranen zwischen den Kammern, um den Wasseraustausch zu erleichtern, ist sehr effektiv, da es den üblichen Weg vermeidet, der das Kühlen des einen Stromes, das Kondensieren des Wassers, das Abtennen des flüssigen Wassers, das Hinzugeben des flüssigen Wassers zum anderen Strom und das nachfolgende Erhitzen, um das Wasser wieder zu verdampfen, einschloß .
Die genaue Konstruktion und die Arbeitsweise eines solchen Wasserdampf-Austausch- und Befeuchtungsgerätes ist im einzelnen in einer am 13. 12. 1983 eingereichten Patentanmeldung beschrieben und beansprucht, in der die Priorität der US Patentanmeldung, Serial-Number 453 248 vom 27. Dezember 1982 in Anspruch genommen ist. Auf diese Anmeldung wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß ein Brennstoffzellen-Energiesystem geschaffen worden ist, das, obwohl es der Größe nach für die geringeren Leistungsanforderungen im Normalbetrieb gebaut ist, doch Spitzenleistungsanforderungen erfüllen kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen und gewissen bevorzugten Prozessen zum Erzielen des Ergebnisses beschrieben worden ist, soll sie doch in keinem Falle auf diese Ausführungsformen oder verfahrensmäßigen Schrittfolgen beschränkt sein.
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Claims (4)

Patentansprüche / Brennstoffzellen-Energiesystem mit Oxidationsmittel- und Brennstoffgas-ümschaltung für Spitzenleistungsbetrieb mit: a) einem Brennstoffzellenstapel, b) einer Einrichtung zum Zuführen von Brennstoffgas zu dem Stapel, die eine Einrichtung zum Umwandeln eines Kohlenwasserstoffes unter Erzeugung von Wasserstoff-Brennstoff einschließt, c) einer Einrichtung zum Liefern von Luft als Oxidationsmittelgas für den Brennstoffzellenstapel, d) einer Einrichtung zum Zuführen von reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel und reinem Wasserstoff als Brennstoff zu dem Brennstoffzellenstapel, wenn die Leistungsanforderung an diesen Stapel eine vorbestimmte Last übersteigt, die einschließt:
1. einen Elektrolysestapel zum Elektrolysieren von Wasser zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff,
_ ο
2. eine Einrichtung zum Liefern von Elektrolysestrom zu dem Elektrolysestapel von einem Teil des Brennstoffzellenstapels, wenn die Leistungsanforderung an diesen Stapel unter einem vorbestimmten Niveau liegt,
3. eine Einrichtung, um Sauerstoff und Wasserstoff von dem Elektrolysator zu lagern und
4. eine Einrichtung zum Unterbrechen der Strömung von Luft und Brennstoffgas zu dem Brennstoffzellenstapel und zum Zuführen reinen Sauerstoffs und reinen Wasserstoffs von der Lagereinrichtung zu zumindest einem Teil des Brennstoffzellenstapels, wenn die Leistungsanforderung an den Brennstoffzellenstapel das genannte vorbestimmte Niveau übersteigt.
2. Brennstoffzellen-Leistungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Unterbrechen des Elektrolysestromes vom Brennstoffzellenstapel einschließt, wenn die Leistungsanforderung an den Brennstoffzellenstapel das vorbestimmte Niveau übersteigt.
3. Brennstoffzellen-Leistungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Beenden des Elektrolysestromes vom Brennstoffzellenstapel einschließt, wenn der Druck des gelagerten Sauerstoffes einen vorbestimmten Wert erreicht.
DE19833345956 1982-12-27 1983-12-20 Brennstoffzellen-energiesystem mit oxidationsmittel- und brennstoffgas-umschaltung Withdrawn DE3345956A1 (de)

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US06/453,249 US4657829A (en) 1982-12-27 1982-12-27 Fuel cell power supply with oxidant and fuel gas switching

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Publication Number Publication Date
DE3345956A1 true DE3345956A1 (de) 1984-06-28

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