EP1338049A2 - Verfahren zum betreiben einer brennstoffzellenanordnung und brennstoffzellenanordnung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennstoffzellenanordnung und brennstoffzellenanordnung zur durchführung des verfahrens

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EP1338049A2
EP1338049A2 EP01974039A EP01974039A EP1338049A2 EP 1338049 A2 EP1338049 A2 EP 1338049A2 EP 01974039 A EP01974039 A EP 01974039A EP 01974039 A EP01974039 A EP 01974039A EP 1338049 A2 EP1338049 A2 EP 1338049A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
fuel cell
cell arrangement
interior
protective housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01974039A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Bette
Arno Mattejat
Walter STÜHLER
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell arrangement with a number of fuel cells arranged in a protective housing. It further relates to such a fuel cell arrangement.
  • Fuel cells can be used for the environmentally friendly generation of electricity.
  • a process takes place in a fuel cell that essentially represents a reversal of electrolysis.
  • a hydrogen-containing fuel is supplied to an anode and an oxygen-containing auxiliary to a cathode.
  • the a-node and cathode are electrically separated from one another via an electrolyte layer, the electrolyte layer permitting ion exchange between the fuel and the oxygen, but otherwise ensuring a gas-tight separation of fuel and auxiliary material.
  • hydrogen contained in the fuel can react with the oxygen to form water, electrons accumulating on the fuel-side electrode or anode and electrons being taken up on the auxiliary-side electrode or cathode.
  • the electrolyte layer which can be formed as a ceramic solid electrolyte in a high-temperature fuel cell or as a polymer membrane in a low-temperature fuel cell, thus has the function of separating the reactants from one another, converting the charge in the form of ions and unifying To prevent electron shorting.
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  • the gas atmosphere located in the interior 6 enclosed by the protective housing 4 is replaced at least partially or continuously by fresh gas F at maintenance intervals.
  • undesirable impurities and components which are particularly disadvantageous for the durability and operational reliability of the fuel cell arrangement 1, such as in particular water and molecular hydrogen, are removed from the atmosphere from the interior 6.
  • An accumulation of the substances mentioned, which in turn could lead to corrosion or impairment of the functionality of individual components arranged in the interior 6, is thus ruled out even during a long operating time.

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Abstract

Eine Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Anzahl von in einem Schutzgehäuse (4) angeordneten Brennstoffzellen soll bei hoher betrieblicher Zuverlässigkeit mit einer besonders langen Haltbarkeit betrieben werden. Dazu wird erfindungsgemäß zumindest ein Anteil des im vom Schutzgehäuse (4) umschlossenen Innenraums (6) befindlichen Gases aus dem Innenraum (6) abgeführt und durch Frischgas ersetzt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer BrennstoffZellenanordnung und BrennstoffZellenanordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer BrennstoffZellenanordnung mit einer Anzahl von in einem Schutzgehäuse angeordneten Brennstoffzellen. Sie betrifft weiter eine derartige BrennstoffZeilenanordnung.
Brennstoffzellen können zur umweltfreundlichen Erzeugung von Elektrizität dienen. In einer Brennstoffzelle läuft nämlich ein Prozeß ab, der im wesentlichen eine Umkehrung der Elektrolyse darstellt. In einer Brennstoffzelle wird dafür ein Wasserstoff aufweisender Brennstoff einer Anode und ein Sauerstoff aufweisender Hilfsstoff einer Kathode zugeleitet. A- node und Kathode sind dabei elektrisch über eine Elektrolytschicht voneinander getrennt, wobei die Elektrolytschicht zwar einen Ionenaustausch zwischen dem Brennstoff und dem Sauerstoff zuläßt, ansonsten aber eine gasdichte Trennung von Brennstoff und Hilfsstoff sicherstellt. Infolge des Ionenaus- tauschs kann im Brennstoff enthaltener Wasserstoff mit dem Sauerstoff zu Wasser reagieren, wobei sich an der brennstoff- seitigen Elektrode oder Anode Elektronen anreichern und an der hilfsstoffseitigen Elektrode oder Kathode Elektronen aufgenommen werden. Somit baut sich beim Betrieb der Brennstoffzelle eine nutzbare Potentialdifferenz oder Spannung zwischen Anode und Kathode auf, wobei als Abfallprodukt aus dem E- lektrizitätserzeugungsprozeß lediglich Wasser anfällt. Die Elektrolytschicht, die bei einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle als keramischer Festelektrolyt oder bei einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle als Polymer-Membran ausgebildet sein kann, hat somit die Funktion, die Reaktanten- -.voneinander zu trennen, die Ladung in Form von Ionen zu überführen und einen Elektronenkurzschluß zu verhindern. U) [\) >
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strömt ein dem' Volumenstrom des Frischgases F entsprechender Volumenstrom an Gas aus dem Innenraum 6 über die Abströmleitung 18 ab.
Beim Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1, lx wird die im vom Schutzgehäuse 4 umschlossenen Innenraum 6 befindliche Gasatmosphäre in Wartungsintervallen oder kontinuierlich zumindest anteilig durch Frischgas F ersetzt. Dabei werden unerwünschte Verunreinigungen und besonders für die Haltbarkeit und die Betriebssicherheit der Brennstoffzellenanordnung 1 nachteilige Bestandteile wie insbesondere Wasser und molekularer Wasserstoff aus der Atmosphäre aus dem Innenraum 6 entfernt. Somit ist auch bei langer Betriebszeit eine Anreicherung der genannten Stoffe, die wiederum zu Korrosion oder Be- einträchtigung der Funktionsfähigkeit einzelner im Innenraum 6 angeordneter Komponenten führen könnte, ausgeschlossen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Anzahl von in einem Schutzgehäuse (4) angeordneten Brennstoffzellen, bei dem zumindest ein Anteil des im vom Schutzgeh use (4) umschlossenen Innenraum (6) befindlichen Gases aus dem Innenraum (6) abgeführt und durch Frischgas ersetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ersetzen des Gasanteils durch Frischgas kontinuierlich durch andauernde Zufuhr eines einstellbaren Volumenstroms von Frischgas vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ersetzen des Gasanteils durch Frischgas nach Ablauf eines vorgebbaren Wartungsintervalls durch Austausch von im wesentlichen der gesamten, den Innenraum (β) ausfüllenden Atmosphäre vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein vor Ablauf des Wartungsintervalls durch Zustrom von Zusatzgas in den Innenraum (6) oder infolge von Temperaturschwankungen eintretender
Druckaufbau im Innenraum (6) über einen daran gasseitig ange- schlossenen Ausgleichsbehälter ausgeglichen, wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Sensor (20) einen vorgegebenen Zustandsparameter des Gases überwacht und bei Überschreiten eines vorgegebenen Parameterwerts der Austausch von Gas durch Frischgas erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Zustandsparameter der Gehalt an Wasserstoffgas im Gas ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Zustandsparameter der Gehalt an Feuchtigkeit im Gas ist.
8. Brennstoffzellenanordnung (1) mit einer Anzahl von in einem Schutzgehäuse (4) angeordneten Brennstoffzellen, bei der der vom Schutzgehäuse (4) umschlossene Innenraum (6) gasseitig an eine über ein erstes Stellventil (8) absperrbare Zu-
5 Stromleitung (10) und an eine über ein zweites Stellventil (16) absperrbare Abströmleitung (18) angeschlossen ist.
9. Brennstoffzellenanordnung (1) nach Anspruch 8, an deren Innenraum (6) gasseitig ein Ausgleichsbehälter angeschlossen
10 ist.
10. Brennsto fzellenanordnung (1) nach Anspruch 9, bei der zwischen den Innenraum (6) und den Ausgleichsbehälter ein einseitig wirkender Partikelfilter (14) geschaltet ist.
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