WO2013152834A1 - Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems - Google Patents

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WO2013152834A1
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell system with an anode circuit according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art Furthermore, the invention relates to a fuel cell system according to the closer defined in the preamble of claim 9.
  • Fuel cell systems in particular PEM fuel cell systems, with a
  • Anode circuit are known from the general state of the art. They comprise a so-called anode circuit, which connects the output of the anode to the input of the anode.
  • anode circuit In the recirculation line of the anode circuit is a
  • Recirculation gas conveyor arranged to remove the exhaust gas from the outlet of
  • the exhaust gas is then fed to the inlet of the anode compartment again mixed with fresh gas, for example from a compressed gas storage.
  • Anodenraum achieved because it can be used with an excess of fuel, such as hydrogen. As a result, the available area is ideally utilized. The excess of, for example, 10 to several hundred percent of the required fuel is returned via the recirculation line, so it is not lost.
  • the recirculated fuel also contains moisture, so that the membranes in the fuel cell, which is typically constructed as a PEM fuel cell, are ideally humidified. From time to time it accumulates in the
  • Anodenniklauf an undesirably large amount of water and inert gases, which diffuse as nitrogen, for example, through the membranes of the fuel cell from a cathode compartment into the anode compartment, or are present as impurities in the fuel itself. These can be drained from time to time via a water separator and / or a valve.
  • JP 2007-200725 A In order to improve the discharge of water, it is proposed in JP 2007-200725 A, on a pulsating operation of a blower as
  • Recirculation gas conveyor to create larger pressure differences in the anode compartment and the recirculation line, so that the discharge of liquid water is improved from the anode compartment.
  • JP 2010-044911 A a fuel cell system with a
  • Propellant gas stream which by forming a negative pressure and / or a
  • Pulse exchange provides for a promotion of the recirculated gas stream.
  • Fuel cell systems which are supplied from a compressed gas storage with hydrogen as fuel on its anode side, this structure is well known and popular, since anyway a high-pressure propellant gas flow is available, namely the metered from the compressed gas storage in the fuel cell
  • a pressure pulsation can be generated by the fact that the propellant gas stream, for example, by an injector, flows into the Rezirkulationsgasrise adopted and thus provides for a pulsating suction of the anode exhaust gas. This also results in a pulsating gas flow in the anode circuit.
  • Anodenniklauf is now used, it is, as already mentioned above, always so that, for example from time to time or as a function of hydrogen, nitrogen or impurity concentration in the anode circuit gas and possibly water must be drained from the anode circuit.
  • an anode circuit which is operated with pressure pulsations, this is extremely difficult, since due to the pressure pulsations, the amount and the discharge of discharged gas and / or water is very difficult to determine.
  • Fuel cell could have been implemented.
  • Residual hydrogen by a pressure valve is used, which opens from a certain limit pressure.
  • a pressure valve which opens from a certain limit pressure.
  • About an active pressure control of the fuel cell system can thus, without having to implement a mechanical or electrical control of the drain valve, a targeted deflation, for example, by an increase in pressure in the
  • Fuel cell system can be effected.
  • the object of the present invention is now to provide a method for operating a fuel cell system, which avoids the disadvantages mentioned above, and which simple, efficient and with controllable minimum Losses of hydrogen allows a discharge of gas and optionally water from the anode circuit.
  • active pulsation devices are actively driven pulsation devices which, for example, by a pulsating operation of a hydrogen circulation blower, the active enlargement and reduction of the flow-through cross-section of a
  • Valve device or the like are generated.
  • the control of the valve device as a function of the control of the active Pulsation device takes place.
  • Such actively activated pulsation device is controlled by a control device so that the respective higher and the lower pressure level are triggered by the active control.
  • the valve device can then be simply and efficiently controlled as a function of the control of the active valve device in such a way that the method according to the invention can be realized, and the valve device is always opened only when the pressure in the
  • Gas flow is at a lower pressure level.
  • Pulsation device are generated.
  • a pulse width for example, a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulse width of a pulsesonic pulses.
  • the movable element influence the flow-through cross section for the gas flow and narrow more or less.
  • the movable element may be mounted off-center about a rotation axis in the flow so that it projects into the flow.
  • Pulsation device is passive and automatic. It is typically not activated and can at best be switched off actively or passively at high volume flows. In a particularly favorable and advantageous development of the method according to the invention, it is therefore provided in particular for such passive pulsation devices that the control of the valve device takes place via a measured pressure value in the anode circuit. As a result, there is no need to know about a control of the pulsation device.
  • a suitable pressure can be detected, for example, via an already existing pressure sensor or via a specially provided pressure sensor, preferably in the region of the anode circuit in which the valve device is mounted. Depending on this pressure, the valve device can then be actuated simply and efficiently, regardless of whether knowledge of the current function of the pulsation device exists or not.
  • This preferred variant of the method according to the invention can also be used, in particular, when the pressure pulsations with the anode circuit are introduced from outside the anode circuit into it, for example by a pulsating driving steel of a gas jet pump used as recirculation gas conveyor in the anode circuit.
  • the discharge of gas and optionally water is triggered by at least one parameter, after which the valve device is opened at the lower pressure level at the one or more phases.
  • the valve device is opened not only as a function of the pressure level, but conventional methods are used, for example, to determine the opening of the valve device per se.
  • the corresponding parameters can be, for example
  • Fuel cell the generation of the pressure pulsations is exposed, wherein the opening of the valve device then takes place independently of the pressure level in the gas stream. Since at high loads of the fuel cell and concomitant high flow rates in the anode circuit, the discharge of water from the anode circuit and the
  • Anode space of the fuel cell is rather uncritical, in such situations, the process for generating the pressure pulsations can be suspended. That's why it can be in be provided in these cases, that the inventive method is suspended, and that the opening of the valve device is independent of the pressure level. It can then be triggered immediately, for example, on the basis of the parameters described above, without waiting for a certain pressure level. If the load of the fuel cell drops again below the predetermined limit value and pressure pulsations are again generated in the anode circuit, then the method according to the invention is reactivated and the opening of the valve device takes place, at least downstream of triggering by other parameters, as a function of the respective pressure level.
  • a fuel cell system which for carrying out the invention
  • anode circuit for recirculation of exhaust gases from an anode compartment to the entrance of the anode compartment with a
  • Rezirkulationsgasrise Scotland and at least one valve device for discharging gas and optionally water from the anode circuit on.
  • it comprises a pulsation device, which can be arranged at any point in the anode circuit or, for example, in the region of the propulsion jet of a gas jet pump and which is suitable for generating pressure pulsations between a high pressure level and a lower pressure level in the recirculated gas stream.
  • a fuel cell system of this type then also has at least one
  • this control device is designed to open the valve device, as long as pressure pulsations occur, only when the pressure in the gas flow is at the lower pressure level.
  • the inventive method can be implemented, for example by appropriate programming in the control device.
  • Showing: 1 shows a detail of a fuel cell system according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a detail of a fuel cell system according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of a passive pulsation device
  • Fig. 5 shows a possible embodiment of a locking device.
  • a fuel cell system 1 is shown in a first possible embodiment. It should be arranged in an exemplary indicated vehicle 2.
  • the core of the fuel cell system 1 forms a fuel cell 3. This is designed as a PEM fuel cell stack.
  • the fuel cell 3 comprises an anode compartment 4 and a cathode compartment 5. Via an indicated
  • Air conveyor 6 is the cathode chamber 5 air supplied as an oxygen supplier in a conventional manner.
  • the exhaust air from the cathode compartment 5 then reaches the environment.
  • This is very much simplified and purely exemplary to understand.
  • a module for exchanging heat and / or moisture could still be arranged between supply air and exhaust air, or a turbine may be arranged in the region of the exhaust air in order to recover energy from the exhaust air.
  • the anode chamber 4 of the fuel cell 3 is supplied as fuel hydrogen from a compressed gas storage 7.
  • the hydrogen passes through a pressure regulating and
  • Unconsumed hydrogen passes together with inert gas, in particular nitrogen, which is diffused by the membranes of the fuel cell 3 from the cathode compartment 5 into the anode compartment 4, and together with a part of the product water of the fuel cell 3 via a
  • a Rezirkulationsgasrise prepared 11 is provided in a conventional manner. This is in the embodiment shown here as a recirculation fan educated. Now it is so that accumulate in the anode circuit 10 over time, water and inert gases. These must, for example, from time to time or in
  • a water separator 12 is provided with a drain valve for the water in the illustration of FIG.
  • a drain line with a drain valve 13 is provided in the anode circuit 10.
  • This discharge line with the discharge valve 13 is used for discharging gases, in particular the accumulating inert gases in the anode circuit 10.
  • the process is often called the purge, following the English term.
  • the drain valve 13 is therefore also referred to as purge valve 13.
  • a pulsation device 14 is also arranged, on which will be discussed later in more detail.
  • Embodiment designed as a so-called jet pump or gas jet pump is driven by the hydrogen from the compressed gas storage 7 as a propellant gas stream and ensures by pulse exchange and / or a negative pressure generated by the propellant gas flow that the exhaust gas from the recirculation line 9 is supplied together with the propellant gas flow to the anode compartment 4 of the fuel cell 3 again.
  • Propellant gas stream which flows to the used as Rezirkulationsgasmake adopted 11 gas jet pump.
  • pulsation device 14 serves to the gas flow in the anode circuit in a pulsating gas flow transform, by the pressure differences, the discharge of water from the
  • the pulsation device 14 can, as already mentioned, be arranged in the propellant gas stream for the gas jet pump as a recirculation gas delivery device 11. This can be seen in the illustration of FIG. It may additionally or alternatively be arranged in the anode circuit 10, for example between the water separator 12 and the purge valve 13, as can be seen in the illustration of FIG. In addition or alternatively, it would also be possible to arrange the pulsation device 14 at any other point within the anode circuit 10, that is, for example, in the flow direction of the recirculated gas stream to the purge valve 13 or in the area in which the recirculated gas stream already with the fresh fuel stream mixed to the anode compartment 4 of the
  • Fuel cell 3 flows. Another way to realize the
  • Pulsation device can also lie in the region of the recirculation gas delivery device 11 of FIG. 1, which is designed as a recirculation fan. In this case, a pulsating operation of the recirculation fan can be achieved by a corresponding control of the recirculation fan. This also makes it possible to generate pulsations in pressure and volume flow within the anode circuit 10. To this, too
  • an actively controlled pulsation device 14 may be, for example, an actively actuated valve, for example a proportional valve, which
  • the pulsation device 14 in the embodiment according to FIG. 3 essentially consists of a flap 16, which forms the movable element.
  • the flap 16 is ideally rotatably mounted on one side, namely from the direction of the inflowing gas stream front, ball-bearing mounted.
  • an example here indicated spring 17 which is preferably designed as a torsion spring in the storage area, the flap 16 will move downwards at standstill of the fuel cell system 1. It then projects from the surge pressure chamber 18, in which it is arranged, into the flow of the gas stream via the connection to the conduit element 19 for the gas flow. It accumulates the flow of the gas flow through it.
  • the flap 16 is largely kept open by the flow pressure and remains predominantly in the region of the shock pressure chamber 18. It then influences the flow of gas flow only minimally, so the pressure pulsations with higher flow rate and higher volume flow of the recirculated gas stream decrease self-regulating.
  • the Pulsation device 14 is automatic and requires no influence over a control or regulation from the outside. Only spring force and weight of the flap 16 must be based on the particular application in the construction of the
  • Pulsation device 14 are tuned and designed.
  • Pulsation device 14 to recognize. This uses the so-called hydrodynamic paradox.
  • an outlet nozzle 20 connects to the line element 19 for the inflowing gas flow. This consists of a nozzle opening 21, here practically the end of the conduit member 19, and a designated extension 22 part.
  • extension 22 has a different shape, for example the shape of a funnel. Following in the direction of flow to the outlet opening is a
  • Deflection element 23 This corresponds in shape to the extension 22, so it is formed in the embodiment shown here as a circular disc. In principle also possible embodiment of the extension 22 in the manner of the aforementioned funnel the deflecting element 23 would then be formed accordingly in the manner of a cone.
  • the deflected flow then flows through the gap 24 recognizable in FIG. 4 between the deflecting element 23 and the extension 22 of the outlet nozzle 21. Due to the high flow velocity in the gap 24 prevails in the region of the gap 24, a smaller pressure than in the vicinity of the structure, and in particular in the region of the deflecting element 23 on his the
  • the deflecting element 23 is increasingly pressed in the direction of the outlet opening 21 as the flow velocity increases. As soon as the pressure is so high that the deflecting element 23 touches the extension 22, it closes the outlet opening 21 and the gap 24 falls away. As a result, the pressure between the extension 22 and the deflecting element 23 equalizes immediately to the prevailing pressure in the environment. The deflection element 23 is thereby no longer pressed in the direction of the extension 22, so that the gap 24 is formed again and the flow through the gap 24 begins again. With increasing flow then reduces the pressure in the gap 24 again, this is correspondingly smaller and the The process described is repeated. The result is one after the
  • Pulsation device 14 pulsating gas flow.
  • the opening of the purge valve 13 is controlled via a control device 25 shown in Figures 1 and 2 and a control device 25.
  • a control device 25 Preferably, in the control unit 25 first analogously to a conventionally constructed system without pressure pulsations or without the consideration of
  • Pressure pulsations when venting gas based on appropriate parameters specified that gas should be drained.
  • Such parameters may, for example, be time-controlled, with the size of the time span in particular also being able to be weighted correspondingly over a load of the fuel cell 3 accumulated since the last time span.
  • Water separator 12 are considered in the control of the purge valve 13 in a conventional manner.
  • the Purge via the control unit 25 only takes place when the pressure in the anode circuit 10, which due to the pressure pulsations between a low and a high pressure level fluctuates back and forth at the low pressure level.
  • the purge valve 13 is then opened during a portion of the low pressure level, throughout the low pressure level, or even during several consecutive lower pressure levels, until the desired amount of gas is vented. This amount can be determined, for example, by concentrations, time-controlled or by a determination of the concentration of hydrogen in the discharged gas.
  • the gas can be discharged to the environment or to a catalytically active area.
  • This can be a separate catalyst or, in the case of a discharge into the supply air to the fuel cell 3, the catalyst which is present in any case in the cathode compartment 5 of the fuel cell 3.
  • Pulsation devices 14 lead to the control unit 25 signal lines. These are always meaningful when the pulsation devices 14 are actively actuated pulsation devices 14. Then, due to the
  • Control state of the pulsation device 14 is typically known which Pressure level in the anode circuit 10 or, where appropriate, taking into account a constant time delay in the region of the purge valve 13 is present.
  • the control of the purge valve 13 via the control device 25 can therefore take place simply and efficiently on the basis of the data of the actively controlled pulsation devices 14. Is this too inaccurate, too costly or, as in the use of passive
  • Pulsation devices 14 is not possible, then, in addition or alternatively, a pressure sensor 26 may be used, which is present in either the fuel cell system 1 or its anode circuit 10 anyway or specifically for the
  • such a pressure sensor 26 is arranged in the region of the diversion of the discharge line with the purge valve 13 from the anode circuit 10.
  • the control unit evaluates the data of this pressure sensor 26 and thereby ensures that an opening of the purge valve 13 always takes place only when the lower pressure level is present in the anode circuit 10.
  • the method can in principle be used unchanged for all loads of the fuel cell system 1 in this way. Now it is the case that at higher loads of the fuel cell system 1
  • a locking device 27 may be provided, via which the movable element, ie the flap 16 or the deflecting element 23, can be fixed.
  • the Locking device 27 may be formed as an electromagnet when the movable
  • Element 16, 23 consists of a magnetizable material.
  • the flap 16 could be held in its upper position, or the deflecting element 23 in the maximum permeable gap 24 releasing position.
  • a locking device 27 a possible embodiment of a mechanical locking device 27 is shown in the representation of FIG.
  • Such a locking device 27 may be arranged, for example, in the embodiment of the movable element as a flap 16 on the side facing away from the rotatable mounting of the flap 16 side of the shock pressure chamber 18.
  • the movable element as a deflecting element 23 would ideally be three or more evenly distributed over the circumference of the deflecting element 23 arranged locking devices 27 possible.
  • the orientation of the representation is selected so that it substantially corresponds to the illustration in FIG.
  • the gap 24 in the embodiment shown in FIG. 5 would be understood below the movable element 16, 23 drawn there in its end position.
  • the pulsation of the movable element 16, 23 is indicated by the double arrow.
  • the locking device 27 has a
  • Pawl 28 which, for example, by the force of a spring 29 in the direction of the movable member 16, 23 is pressed when the movable member 16, 23 to be fixed. As typically the position of the movable member 16, 23 for
  • Pawl 28 held.
  • an actuator 31 an active
  • Actuation of the pawl 28 take place so that it can be moved, for example, against the force of the spring 29 from the engagement region of the movable element 16, 23, when the pulsation is not to be interrupted. A movement into the position shown in Figure 5 by the actuator 31 if necessary is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), welches wenigstens eine Brennstoffzelle (3) mit einem Anodenkreislauf (10) aufweist, aus welchem über eine Ventileinrichtung (13) diskontinuierlich Gas und gegebenenfalls Wasser abgelassen wird, und in welchem zumindest zeitweise Druckpulsationen zwischen einem hohen und einem niedrigen Druckniveau in dem rezirkulierten Gasstrom erzeugt werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (13), solange Druckpulsationen auftreten, immer dann geöffnet wird, wenn der Druck in dem Gasstrom auf dem niedrigen Druckniveau ist. Außerdem wird ein Brennstoffzellensystem (1) zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem Anodenkreislauf nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 9 näher definierten Art.
Brennstoffzellensysteme, insbesondere PEM-Brennstoffzellensysteme, mit einem
Anodenkreislauf sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie umfassen einen sogenannten Anodenkreislauf, welcher den Ausgang der Anode mit dem Eingang der Anode verbindet. In der Rezirkulationsleitung des Anodenkreislaufs ist eine
Rezirkulationsgasfördereinrichtung angeordnet, um das Abgas vom Ausgang des
Anodenraums zum Eingang des Anodenraums zurückzufordern. Das Abgas wird dem Eingang des Anodenraums dann vermischt mit frischem Gas, beispielsweise aus einem Druckgasspeicher, erneut zugeführt. Durch den Anodenkreislauf wird eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden aktiven Fläche der Brennstoffzelle im
Anodenraum erzielt, da mit einem Überschuss an Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, gearbeitet werden kann. Hierdurch wird die zur Verfügung stehende Fläche ideal ausgenutzt. Der Überschuss von beispielsweise 10 bis mehrere 100 Prozent des benötigten Brennstoffs wird über die Rezirkulationsleitung zurückgeführt, geht also nicht verloren. Der zurückgeführte Brennstoff enthält außerdem Feuchtigkeit, sodass die Membranen in der Brennstoffzelle, welche typischerweise als PEM-Brennstoffzelle aufgebaut ist, ideal befeuchtet werden. Von Zeit zu Zeit reichert sich in dem
Anodenkreislauf eine unerwünscht große Menge an Wasser und inerten Gasen, welche wie Stickstoff z.B. durch die Membranen der Brennstoffzelle aus einem Kathodenraum in den Anodenraum diffundieren, oder als Verunreinigungen im Brennstoff selbst vorliegen. Diese können über einen Wasserabscheider und/oder ein Ventil von Zeit zu Zeit abgelassen werden.
Nun ist es so, dass sich im Bereich der Brennstoffzelle Produktwasser sammelt, welches bei hohen Lasten und einem hohen Volumenstrom an Brennstoff und an rezirkuliertem Abgas aus den vergleichsweise engen Gasverteilungskanälen des Anodenraums noch ausreichend ausgetragen wird. Bei niedrigeren Lasten kann dieses Wasser jedoch zu Problemen führen, da flüssiges Wasser aufgrund des geringen Volumenstroms des durchströmenden Gases Kanäle und/oder Teile der Membranen beziehungsweise der sogenannten Gasdiffusionselektroden blockieren kann. Hierdurch geht aktive Zellfläche verloren und die Performance der Brennstoffzelle sinkt.
Um den Wasseraustrag zu verbessern ist es in der japanischen Schrift JP 2007-200725 A vorgeschlagen, über einen pulsierenden Betrieb eines Gebläses als
Rezirkulationsgasfördereinrichtung größere Druckunterschiede in dem Anodenraum und der Rezirkulationsleitung zu schaffen, sodass der Austrag von flüssigem Wasser aus dem Anodenraum verbessert wird.
Ferner ist aus der JP 2010-044911 A ein Brennstoffzellensystem mit einem
Anodenkreislauf bekannt. Im Anodenkreislauf dieses Brennstoffzellensystems ist ein Zwischenspeicher für das rezirkulierte Abgas angeordnet. Über Ventileinrichtungen, welche entsprechend geöffnet und wieder geschlossen werden, wird eine Druckpulsation in dem Anodenkreislauf aus denselben Gründen, wie beim zuvor genannten Stand der Technik, erzeugt. Druckpulsationen durch ein aktiv angesteuertes sich öffnendes und schließendes Ventil, also durch eine aktiv angesteuerte Querschnittsänderung zu erzeugen, wäre dabei prinzipiell auch ohne den Einsatz des Tanks als Pufferspeicher möglich.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Druckpulsationen in dem Anodenkreislauf wird durch die US 7,320,840 B2 beschrieben. Als Rezirkulationsgasfördereinrichtung dient dabei eine sogenannte Gasstrahlpumpe bzw. Jetpump oder ein Ejektor. Derartige Reyzirkulationsgasfördereinrichtungen werden einerseits mit dem zu rezirkulierenden Abgasstrom aus der Rezirkulationsleitung versorgt und andererseits mit einem
Treibgasstrom, welcher durch Ausbildung eines Unterdrucks und/oder einen
Impulsaustausch für eine Förderung des rezirkulierten Gasstroms sorgt. Insbesondere bei Brennstoffzellensystemen, welche aus einem Druckgasspeicher mit Wasserstoff als Brennstoff auf ihrer Anodenseite versorgt werden, ist dieser Aufbau allgemein bekannt und beliebt, da ohnehin ein unter hohem Druck stehender Treibgasstrom zur Verfügung steht, nämlich der des vom Druckgasspeicher in die Brennstoffzelle dosierte
Volumenstroms an frischem Brennstoff. Über einen solchen Aufbau kann nun gemäß dem US-Patent eine Druckpulsation dadurch erzeugt werden, dass der Treibgasstrom pulsierend, beispielsweise durch einen Injektor, in die Rezirkulationsgasfördereinrichtung einströmt und somit für ein pulsierendes Ansaugen des Anodenabgases sorgt. Auch hierdurch ergibt sich ein pulsierender Gasstrom in dem Anodenkreislauf.
Unabhängig davon, welche Art zur Erzeugung von Druckpulsationen in dem
Anodenkreislauf nun eingesetzt wird, ist es, wie oben bereits erwähnt, immer so, dass beispielsweise von Zeit zu Zeit oder in Abhängigkeit einer Wasserstoff-, Stickstoff- oder Verunreinigungskonzentration in dem Anodenkreislauf Gas und gegebenenfalls Wasser aus dem Anodenkreislauf abgelassen werden muss. Bei einem Anodenkreislauf, welcher mit Druckpulsationen betrieben wird, ist dies außerordentlich schwierig, da aufgrund der Druckpulsationen die Menge und der Austrag von abgelassenem Gas und/oder Wasser sehr schwer zu bestimmen ist. Um in jedem Fall eine ausreichende Menge Inertgase abzulassen, sind also entsprechend längere Öffnungsdauern der Ventileinrichtung notwendig, welche je nach Betriebssituation mit gegebenenfalls hohen Verlusten an Wasserstoff einhergehen. Dies ist unerwünscht und verursacht unnötig hohe Emissionen an die Umgebung und vergeudet nutzbaren Brennstoff, welcher ansonsten in der
Brennstoffzelle hätte umgesetzt werden können.
Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik ist außerdem die US 2009/0269634 A1 bekannt. Sie beschreibt in einem Brennstoffzellensystem das Ablassen von
Restwasserstoff, indem ein Druckventil eingesetzt wird, welches ab einem gewissen Grenzdruck öffnet. Über eine aktive Druckregelung des Brennstoffzellensystems kann so, ohne eine mechanische oder elektrische Ansteuerung des Ablassventils realisieren zu müssen, ein gezieltes Ablassen beispielsweise durch eine Druckerhöhung in dem
Brennstoffzellensystem bewirkt werden.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems anzugeben, welches die oben genannten Nachteile vermeidet, und welches einfach, effizient und mit kontrollierbaren minimalen Verlusten an Wasserstoff ein Ablassen von Gas und gegebenenfalls Wasser aus dem Anodenkreislauf ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist ein Brennstoffzellensystem im Anspruch 9 angegeben, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut geeignet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit einem Anodenkreislauf und einer Pulsationseinrichtung zur zumindest zeitweisen
Erzeugung von Druckpulsationen in dem Anodenkreislauf wird erfindungsgemäß also so betrieben, dass die Ventileinrichtung zum Ablassen von Gas und gegebenenfalls Wasser aus dem Anodenkreislauf, während der Druck pulsiert, immer nur dann geöffnet wird, wenn der Druck in dem Gasstrom auf dem niedrigen Druckniveau ist. Das Ablassen von Gas, der sogenannte Purge, erfolgt also abgestimmt mit den Druckpulsationen in dem Anodenkreislauf immer dann, wenn ein niedriges Druckniveau vorliegt. Hierdurch wird die abgelassene Menge sehr gut kontrollierbar, sodass nicht zuviel Wasserstoff mit abgelassen wird. Außerdem wird durch ein Öffnen der Ventileinrichtung immer dann, wenn der Druck ohnehin niedrig ist, ein weiteres Absinken des Drucks erreicht. Damit ergibt sich ein noch größerer Unterschied zwischen dem höheren Druckniveau und dem niedrigeren Druckniveau, wenn gleichzeitig die Ventileinrichtung geöffnet ist. Hierdurch wird der Austrag von Wasser aus dem Anodenkreislauf und dem Anodenraum der Brennstoffzelle nochmals weiter verbessert.
Für das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei unerheblich, wie die Druckpulsationen in dem Anodenkreislauf erzeugt werden. Diese können
beispielsweise über aktive Pulsationseinrichtungen erzeugt werden. Solche aktiven Pulsationseinrichtungen sind aktiv angesteuerte Pulsationseinrichtungen, welche beispielsweise durch einen pulsierenden Betrieb eines Wasserstoffrezirkulationsgebläses, das aktive Vergrößern und Verringern des durchströmbaren Querschnitts einer
Ventileinrichtung oder ähnlichem erzeugt sind. In diesem Fall ist es gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Steuerung der Ventileinrichtung in Abhängigkeit der Steuerung der aktiven Pulsationseinrichtung erfolgt. Eine solche aktiv angesteuerte Pulsationseinrichtung wird durch eine Steuereinrichtung so angesteuert, dass das jeweils höhere und das niedrigere Druckniveau durch die aktive Ansteuerung ausgelöst werden. Hierdurch ist es zu jedem Zeitpunkt bekannt, welches Druckniveau gerade vorliegt bzw. welche, falls es aufgrund von Trägheiten in dem System zu zeitlichen Verzögerungen kommen wird, nach einer bekannten zeitlichen Verzögerung vorliegen wird. In dieser besonders günstigen
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dann die Ventileinrichtung in Abhängigkeit der Steuerung der aktiven Ventileinrichtung einfach und effizient so gesteuert werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann, und dass die Ventileinrichtung immer nur dann geöffnet wird, wenn der Druck in dem
Gasstrom auf einem niedrigeren Druckniveau liegt.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Druckpulsationen über eine passive
Pulsationseinrichtung erzeugt werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein
bewegliches Element den durchströmbaren Querschnitt für den Gasstrom beeinflussen und mehr oder weniger stark verengen. Hierbei sind verschiedene Ausführungsformen denkbar. Beispielsweise kann das bewegliche Element außermittig um eine Drehachse so in der Strömung befestigt sein, dass dieses in die Strömung hineinragt. Mit
zunehmendem Gegendruck baut sich eine Gegenkraft gegen die Gewichtskraft des beweglichen Elements auf, sodass dieses den Querschnitt vergrößert. Hierdurch erniedrigt sich der Gegendruck und das Element schwingt in den Bereich der Strömung zurück. Durch den sich dadurch verringernden Querschnitt baut sich wieder ein stärkerer Gegendruck auf und die Bewegung beginnt von Neuem. Eine solche
Pulsationseinrichtung ist passiv und selbsttätig. Sie wird typischerweise nicht angesteuert und kann allenfalls bei hohen Volumenströmen aktiv oder passiv abgeschaltet werden. In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher insbesondere für solche passiven Pulsationseinrichtungen vorgesehen, dass die Steuerung der Ventileinrichtung über einen gemessenen Druckwert in dem Anodenkreislauf erfolgt. Hierdurch muss keine Kenntnis über eine Steuerung der Pulsationseinrichtung vorliegen. Ein geeigneter Druck kann beispielsweise über einen ohnehin vorhandenen Drucksensor oder über einen speziell vorgesehenen Drucksensor vorzugsweise im Bereich des Anodenkreislaufs, in dem die Ventileinrichtung angebracht ist, erfasst werden. In Abhängigkeit dieses Drucks kann dann unabhängig davon, ob Kenntnis über die aktuelle Funktion der Pulsationseinrichtung besteht oder nicht, die Ventileinrichtung einfach und effizient angesteuert werden. Diese bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich insbesondere auch dann einsetzen, wenn die Druckpulsationen mit dem Anodenkreislauf von außerhalb des Anodenkreislaufs in diesen eingebracht werden, beispielsweise durch einen pulsierenden Treibstahl einer als Rezirkulationsgasfördereinrichtung eingesetzten Gasstrahlpumpe in dem Anodenkreislauf.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner vorgesehen, dass das Ablassen von Gas und gegebenenfalls Wasser über wenigstens einen Parameter ausgelöst wird, wonach die Ventileinrichtung bei dem oder den nächsten Phasen mit niedrigerem Druckniveau geöffnet wird. In dieser besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht nur in Abhängigkeit des Druckniveaus die Ventileinrichtung geöffnet, sondern es werden beispielsweise herkömmliche Verfahren verwendet, um das Öffnen der Ventileinrichtung an sich zu bestimmen. Die entsprechenden Parameter können beispielsweise
Zeitspannen und/oder unterschrittene Grenzwerte einer Wasserstoffkonzentration und/oder überschrittene Grenzwerte einer Stickstoff- oder Verunreinigungskonzentration, vorausberechnete oder gemessene anfallende Wassermengen oder dergleichen sein. Erst wenn über einen solchen Parameter bestimmt ist, dass die Ventileinrichtung zum Ablassen von Gas und gegebenenfalls Wasser geöffnet werden soll, dann wird eine Steuerung in dem erfindungsgemäßen Verfahren aktiviert, welche beispielsweise in Abhängigkeit einer vorgegebenen Öffnungsdauer die nächste Phase oder die nächsten Phasen mit niedrigerem Druckniveau abwartet, um genau dann während des niedrigeren Druckniveaus in dem Anodenkreislauf die Ventileinrichtung gezielt zu öffnen und Gas und gegebenenfalls Wasser aus dem Anodenkreislauf abzulassen.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass oberhalb einer Last von 60 bis 80 % der Nennlast der Brennstoffzelle, vorzugsweise von mehr als 70 % der Nennlast der
Brennstoffzelle, das Erzeugen der Druckpulsationen ausgesetzt wird, wobei das Öffnen der Ventileinrichtung dann unabhängig vom Druckniveau in dem Gasstrom erfolgt. Da bei hohen Lasten der Brennstoffzelle und damit einhergehenden hohen Volumenströmen in dem Anodenkreislauf der Austrag von Wasser aus dem Anodenkreislauf und dem
Anodenraum der Brennstoffzelle eher unkritisch ist, kann in solchen Situationen das Verfahren zur Erzeugung der Druckpulsationen ausgesetzt werden. Deshalb kann es in diesen Fällen vorgesehen sein, dass auch das erfindungsgemäße Verfahren ausgesetzt wird, und dass das Öffnen der Ventileinrichtung unabhängig vom Druckniveau erfolgt. Es kann dann beispielsweise anhand der oben beschriebenen Parameter unmittelbar ausgelöst werden, ohne ein bestimmtes Druckniveau abzuwarten. Sinkt die Last der Brennstoffzelle wieder unter den vorgegebenen Grenzwert und es werden wieder Druckpulsationen in dem Anodenkreislauf erzeugt, dann wird das erfindungsgemäße Verfahren wieder aktiviert und das Öffnen der Ventileinrichtung erfolgt, zumindest nachgeordnet zu einem Auslösen durch andere Parameter, in Abhängigkeit des jeweiligen Druckniveaus.
Ein Brennstoffzellensystem, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet ist, weist in jedem Fall einen Anodenkreislauf zur Rückführung von Abgasen aus einem Anodenraum zum Eingang des Anodenraums mit einer
Rezirkulationsgasfördereinrichtung und wenigstens einer Ventileinrichtung zum Ablassen von Gas und gegebenenfalls Wasser aus dem Anodenkreislauf auf. Außerdem umfasst es eine Pulsationseinrichtung, welche an beliebiger Stelle in dem Anodenkreislauf oder beispielsweise im Bereich des Treibstrahls einer Gasstrahlpumpe angeordnet sein kann und welches zur Erzeugung von Druckpulsationen zwischen einem hohen Druckniveau und einem niedrigeren Druckniveau in dem rezirkulierten Gasstrom geeignet ist. Ein Brennstoffzellensystem dieser Art weist dann außerdem wenigstens eine
Steuerungseinrichtung auf. Erfindungsgemäß ist diese Steuerungseinrichtung dafür ausgebildet, die Ventileinrichtung, solange Druckpulsationen auftreten, immer nur dann zu öffnen, wenn der Druck in dem Gasstrom auf dem niedrigeren Druckniveau ist. Mit einem solchen Brennstoffzellensystem in der genannten Art und Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise durch eine entsprechende Programmierung in der Steuerungseinrichtung umsetzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des hierfür verwendeten Brennstoffzellensystems ergeben sich ferner aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
Dabei zeigen: Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform einer passiven Pulsationseinrichtung;
Fig. 4 eine mögliche alternative Ausführungsform einer passiven Pulsationseinrichtung; und
Fig. 5 eine mögliche Ausführungsform einer Feststelleinrichtung.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einer ersten möglichen Ausführungsform dargestellt. Es soll in einem beispielhaft angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet sein. Der Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine Brennstoffzelle 3. Diese ist als PEM-Brennstoffzellenstack ausgebildet. Die Brennstoffzelle 3 umfasst einen Anodenraum 4 sowie einen Kathodenraum 5. Über eine angedeutete
Luftfördereinrichtung 6 soll dem Kathodenraum 5 Luft als Sauerstofflieferant in an sich bekannter Art und Weise zugeführt werden. Die Abluft aus dem Kathodenraum 5 gelangt dann an die Umgebung. Dies ist sehr stark vereinfacht und rein beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich könnte zwischen Zuluft und Abluft noch ein Modul zum Austausch von Wärme und/oder Feuchtigkeit angeordnet sein, oder es kann im Bereich der Abluft eine Turbine angeordnet sein, um Energie aus der Abluft zurückzugewinnen.
Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird als Brennstoff Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 7 zugeführt. Der Wasserstoff gelangt über ein Druckregel- und
Dosierventil 8 in den Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3. Nicht verbrauchter Wasserstoff gelangt zusammen mit Inertgas, insbesondere Stickstoff, welcher durch die Membranen der Brennstoffzelle 3 vom Kathodenraum 5 in den Anodenraum 4 diffundiert ist, und zusammen mit einem Teil des Produktwassers der Brennstoffzelle 3 über eine
Rezirkulationsleitung 9 zurück zum Eingang des Anodenraums 4, welchem das rezirkulierte Abgas zusammen mit frischem Wasserstoff wieder zugeführt wird. Dieser Aufbau wird auch als Anodenkreislauf bezeichnet und ist in der Darstellung der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 10 versehen.
Um die Druckverluste im Anodenraum 4 und im Anodenkreislauf 10 auszugleichen, ist in an sich bekannter Art und Weise eine Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 vorgesehen. Diese ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Rezirkulationsgebläse ausgebildet. Nun ist es so, dass sich in den Anodenkreislauf 10 mit der Zeit Wasser und inerte Gase anreichern. Diese müssen beispielsweise von Zeit zu Zeit oder in
Abhängigkeit von entstandenen Stoffmengen und/oder Stoffkonzentrationen abgelassen werden. Hierfür ist in der Darstellung der Figur 1 ein Wasserabscheider 12 mit einem Ablassventil für das Wasser vorgesehen. Außerdem ist eine Ablassleitung mit einem Ablassventil 13 in dem Anodenkreislauf 10 vorgesehen. Diese Ablassleitung mit dem Ablassventil 13 dient zum Ablassen von Gasen, insbesondere den sich anreichernden inerten Gasen in dem Anodenkreislauf 10. Der Vorgang wird dem englischen Begriff folgend häufig auch als Purge genannt. Das Ablassventil 13 wird deshalb auch als Purge- Ventil 13 bezeichnet. In dem Anodenkreislauf 10 ist außerdem eine Pulsationseinrichtung 14 angeordnet, auf weiche später noch näher eingegangen wird.
In der Darstellung der Figur 2 ist ein vergleichbares Brennstoffzellensystem 1 in einem Fahrzeug 2 dargestellt. Soweit die Bauteile dieselben sind, tragen diese auch dieselben Bezugszeichen. Nachfolgend wird daher lediglich auf die Unterschiede im Aufbau des Brennstoffzellensystems 1 nochmal näher eingegangen. Der erste Unterschied ist im Bereich der Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 zu finden. Die
Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 ist in dem in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel als sogenannte Jet-Pump oder Gasstrahlpumpe ausgeführt. Die Gasstrahlpumpe wird dabei von dem Wasserstoff aus dem Druckgasspeicher 7 als Treibgasstrom angetrieben und sorgt durch Impulsaustausch und/oder einen durch den Treibgasstrom erzeugten Unterdruck dafür, dass das Abgas aus der Rezirkulationsleitung 9 zusammen mit dem Treibgasstrom dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wieder zugeführt wird. Neben der Verwendung eines Rezirkulationsgebläses oder einer
Gasstrahlpumpe als Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 wäre auch die Verwendung einer Kombination dieser beiden Ausführungsformen denkbar.
Ein weiterer Unterschied des in Figur 2 dargestellten Brennstoffzellensystems 1 in der Position der Pulsationseinrichtung 14 zu erkennen. Diese ist anders als in der Darstellung der Figur 1 nicht im Anodenkreislauf 10 angeordnet, sondern im Bereich des
Treibgasstroms, welcher zu der als Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 genutzten Gasstrahlpumpe strömt.
Die bereits erwähnte und in den Figuren 1 und 2 dargestellte Pulsationseinrichtung 14 dient dazu, den Gasstrom in dem Anodenkreislauf in einen pulsierenden Gasstrom zu verwandeln, um durch die Druckdifferenzen den Austrag von Wasser aus dem
Anodenraum 4 zu verbessern. Die Pulsationseinrichtung 14 kann, wie bereits erwähnt, in dem Treibgasstrom für die Gasstrahlpumpe als Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 angeordnet sein. Dies ist in der Darstellung der Figur 2 zu erkennen. Sie kann ergänzend oder alternativ dazu in dem Anodenkreislauf 10 angeordnet sein, beispielsweise zwischen dem Wasserabscheider 12 und dem Purge-Ventil 13, so wie dies in der Darstellung der Figur 1 zu erkennen ist. Ergänzend oder alternativ dazu wäre es auch möglich, die Pulsationseinrichtung 14 an beliebiger anderer Stelle innerhalb des Anodenkreislaufs 10 anzuordnen, also beispielsweise in Strömungsrichtung des rezirkulierten Gasstroms nach dem Purge-Ventil 13 oder auch in dem Bereich, in dem der rezirkulierte Gasstrom bereits wieder mit dem frischen Brennstoffstrom vermischt zu dem Anodenraum 4 der
Brennstoffzelle 3 strömt. Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der
Pulsationseinrichtung kann auch im Bereich der als Rezirkulationsgebläse ausgebildeten Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 der Figur 1 liegen. In diesem Fall kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Rezirkulationsgebläses ein pulsierender Betrieb des Rezirkulationsgebläses erzielt werden. Auch hierdurch lassen sich Pulsationen in Druck- und Volumenstrom innerhalb des Anodenkreislaufs 10 erzeugen. Um dies zu
symbolisieren trägt die Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 in der Darstellung der Figur 1 das zusätzliche Bezugszeichen 14.
Ungeachtet der genauen Anordnung der Pulsationseinrichtung 14 in dem Treibgastrom oder an beliebiger Stelle in dem Anodenkreislauf 10 besteht nun jeweils die Möglichkeit, die Pulsationseinrichtung 14 entweder aktiv oder passiv auszubilden. Ein Beispiel für eine aktive Pulsationseinrichtung 14 ist bereits beschrieben worden, es handelt sich dabei um die Verwendung der als Rezirkulationsgebläse ausgebildeten
Rezirkulationsgasfördereinrichtung 11 zur Erzeugung von Druckpulsationen. Eine
Alternative für eine aktiv angesteuerte Pulsationseinrichtung 14 kann beispielsweise ein aktiv angesteuertes Ventil, beispielsweise ein Proportionalventil sein, welches
entsprechend der gewünschten Druckpulsationen in seinem durchströmbaren Querschnitt immer wieder vergrößert und verringert wird. Ebenso wäre es denkbar, pulsierend angesteuerte Auf/Zu-Ventile einzusetzen, welche ebenfalls für Druckpulsationen in der gewünschten Art und Weise sorgen. Dies könnte insbesondere auch so realisiert sein, dass ein kleiner Teil des Volumenstroms kontinuierlich strömt, während ein großer Teil des Volumenstroms über ein Auf/Zu-Ventil, beispielsweise ein pulsiert angesteuertes Magnetventil, in Pulsationen versetzt wird. Neben solchen aktiven Pulsationseinrichtungen 14, für welche sicherlich auch noch weitere Ausführungsformen denkbar, möglich und dem Fachmann geläufig sind, ist es auch möglich, die Pulsationseinrichtungen 14 als passive Pulsationseinrichtungen auszubilden. Eine solche passive Pulsationseinrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass ein bewegliches Element sich selbsttätig durch eine über die Strömung verursachte veränderliche Kraft und eine sich dann aufbauende Gegenkraft pulsierend bewegt.
In der Darstellung der Figur 3 ist ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel für eine solche Pulsationseinrichtung 14 zu erkennen. Die Pulsationseinrichtung 14 in der Ausgestaltung gemäß Figur 3 besteht im Wesentlichen aus einer Klappe 16, welche das bewegliche Element bildet. Die Klappe 16 ist in idealer Weise auf einer Seite, und zwar aus Richtung des anströmenden Gasstroms vorne, kugelgelagert drehbeweglich befestigt. Über ihre Gewichtskraft und eventuell die Kraft einer hier beispielhaft angedeuteten Feder 17, welche vorzugsweise als Torsionsfeder im Bereich der Lagerung ausgebildet ist, wird sich die Klappe 16 im Stillstand des Brennstoffzellensystems 1 nach unten bewegen. Sie ragt dann aus der Stoßdruckkammer 18, in welcher sie angeordnet ist, über die Verbindung zu dem Leitungselement 19 für den Gasstrom in die Strömung des Gasstroms hinein. Sie staut die Strömung des Gasstroms dadurch auf. Mit höherem sich ausbildendem
Staudruck nimmt die Kraft auf die Klappe 16 entgegen der Gewichtskraft und der Federkraft entsprechend zu, sodass die Klappe 16, wie durch den Doppelpfeil angedeutet, in Richtung der Stoßdruckkammer 18 nach oben und in diese hinein bewegt wird. Dadurch kann der Gasstrom frei durch das Leitungselement 19 strömen und der Staudruck, welcher sich in Strömungsrichtung vor der Klappe 16 aufgebaut hat, baut sich entsprechend ab. Dadurch gewinnt wieder die Gegenkraft, hier also die Gewichtskraft und die Federkraft auf die Klappe, die Überhand, sodass die Klappe wiederum in die Strömung hineingedrückt wird und der Ablauf von vorne beginnt. Dadurch ergibt sich ein pulsierender Gasstrom. Bei niedrigen Lasten funktioniert dies hervorragend und die Klappe 16 führt eine pulsierende Bewegung aus, welche den pulsierenden Gasstrom erzielt. Bei höheren Lasten, bei denen eine Pulsation des Gasstroms nicht mehr unbedingt notwendig und teilweise sogar unerwünscht ist, wird die Klappe 16 durch den Strömungsdruck weitgehend offengehalten und verbleibt überwiegend im Bereich der Stoßdruckkammer 18. Sie beeinflusst die Strömung des Gasstroms dann nur noch minimal, sodass die Druckpulsationen mit höherer Strömungsgeschwindigkeit und höherem Volumenstrom des rezirkulierten Gasstroms selbstregelnd abnehmen. Die Pulsationseinrichtung 14 ist dabei selbsttätig und benötigt keinerlei Einfluss über eine Steuerung oder Regelung von außen. Lediglich Federkraft und Gewichtskraft der Klappe 16 müssen auf den jeweiligen Anwendungsfall bei der Konstruktion der
Pulsationseinrichtung 14 abgestimmt und ausgelegt werden.
In der Darstellung der Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform einer
Pulsationseinrichtung 14 zu erkennen. Diese nutzt das sogenannte hydrodynamische Paradoxon. An das Leitungselement 19 für den anströmenden Gasstrom schließt sich hierbei eine Austrittsdüse 20 an. Diese besteht aus einer Düsenöffnung 21 , hier praktisch das Ende des Leitungselements 19, sowie einem als Fortsatz 22 bezeichneten Teil.
Dieser kann beispielsweise als kreisringförmige Scheibe ausgebildet sein. Es wäre auch denkbar, dass der Fortsatz 22 eine andere Form, beispielsweise die Form eines Trichters, aufweist. In Strömungsrichtung auf die Austrittsöffnung folgend befindet sich ein
Umlenkelement 23. Dieses korrespondiert in seiner Form mit dem Fortsatz 22, ist also in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als kreisförmige Scheibe ausgebildet. Bei der prinzipiell ebenso möglichen Ausgestaltung des Fortsatzes 22 in der Art des bereits erwähnten Trichters müsste das Umlenkelement 23 dann dementsprechend in der Art eines Kegels ausgebildet sein.
Die Funktionalität der Pulsationseinrichtung 14 ist nun die, dass durch das
Umlenkelement 23 die Strömung nach dem Austritt aus der Austrittsöffnung 22
entsprechend umgelenkt wird. Die umgelenkte Strömung strömt dann durch den in Figur 4 erkennbaren Spalt 24 zwischen dem Umlenkelement 23 und dem Fortsatz 22 der Austrittsdüse 21 hindurch. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit in dem Spalt 24 herrscht im Bereich des Spalts 24 ein kleinerer Druck als in der Umgebung des Aufbaus, und insbesondere im Bereich des Umlenkelements 23 auf seiner der
Austrittsöffnung 21 abgewandten Seite. Das Umlenkelement 23 wird dadurch mit steigender Strömungsgeschwindigkeit zunehmend in Richtung der Austrittsöffnung 21 gedrückt. Sobald der Druck so hoch wird, dass das Umlenkelement 23 den Fortsatz 22 berührt, verschließt es die Austrittsöffnung 21 und der Spalt 24 fällt weg. Dadurch gleicht sich der Druck zwischen dem Fortsatz 22 und dem Umlenkelement 23 sofort auf den in der Umgebung herrschenden Druck an. Das Umlenkelement 23 wird dadurch nicht mehr in Richtung des Fortsatzes 22 gedrückt, sodass der Spalt 24 wieder entsteht und die Strömung durch den Spalt 24 von Neuem beginnt. Mit zunehmender Strömung verringert sich dann der Druck im Spalt 24 wieder, dieser wird entsprechend kleiner und der beschriebene Vorgang wiederholt sich. Das Ergebnis ist ein nach der
Pulsationseinrichtung 14 pulsierender Gasstrom.
Ungeachtet der Ausgestaltung der Pulsationseinrichtung 14 als aktive oder passive Pulsationseinrichtung 14 ist es nun so, dass über eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte Steuereinrichtung 25 bzw. ein Steuergerät 25 das Öffnen des Purge-Ventils 13 gesteuert wird. Vorzugsweise wird in dem Steuergerät 25 zuerst analog zu einem herkömmlich aufgebauten System ohne Druckpulsationen oder ohne die Berücksichtigung von
Druckpulsationen beim Ablassen von Gas anhand geeigneter Parameter festgelegt, dass Gas abgelassen werden soll. Solche Parameter können beispielsweise zeitgesteuert sein, wobei die Größe der Zeitspanne insbesondere auch über eine seit der letzten Zeitspanne kumulierte Last der Brennstoffzelle 3 entsprechend gewichtet werden kann. Ergänzend oder alternativ dazu können Wasserstoffkonzentrationen, Stickstoff- oder
Verunreinigungskonzentrationen oder die Ansammlung von Wasser in dem
Wasserabscheider 12 bei der Ansteuerung des Purge-Ventils 13 in an sich bekannter Art und Weise berücksichtigt werden. Zusätzlich zu einem solchen Feststellen, dass ein Purge notwendig bzw. sinnvoll ist, ist es hier nun so, dass über das Steuergerät 25 zusätzlich der Purge nur dann erfolgt, wenn der Druck in dem Anodenkreislauf 10, welcher aufgrund der Druckpulsationen zwischen einem niedrigen und einem hohen Druckniveau hin und her schwankt, auf dem niedrigen Druckniveau ist. Je nach Frequenz der Pulsationen wird dann während eines Teils des niedrigen Druckniveaus, während des gesamten niedrigen Druckniveaus oder auch während mehrerer aufeinanderfolgender niedrigerer Druckniveaus das Purge-Ventil 13 geöffnet, bis die gewünschte Menge an Gas abgelassen ist. Diese Menge kann beispielsweise durch Konzentrationen, zeitgesteuert oder durch eine Bestimmung der Konzentration an Wasserstoff in dem abgelassen Gas bestimmt werden. Das Gas kann an die Umgebung oder an einen katalytisch aktiven Bereich abgelassen werden. Dieser kann ein eigener Katalysator sein oder bei einem Ablassen in die Zuluft zu der Brennstoffzelle 3 auch der im Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 ohnehin vorhandene Katalysator.
In den Darstellungen der Figuren 1 und 2 ist zu erkennen, dass von den
Pulsationseinrichtungen 14 zu dem Steuergerät 25 Signalleitungen führen. Diese sind immer dann sinnvoll, wenn es sich bei den Pulsationseinrichtungen 14 um aktiv angesteuerte Pulsationseinrichtungen 14 handelt. Dann ist aufgrund des
Steuerungszustands der Pulsationseinrichtung 14 typischerweise bekannt, welches Druckniveau in dem Anodenkreislauf 10 bzw. gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer konstanten zeitlichen Verzögerung im Bereich des Purge-Ventils 13 vorliegt. Die Steuerung des Purge-Ventils 13 über die Steuerungseinrichtung 25 kann also einfach und effizient anhand der Daten der aktiv angesteuerten Pulsationseinrichtungen 14 erfolgen. Ist dies zu ungenau, zu aufwändig oder, wie beim Einsatz von passiven
Pulsationseinrichtungen 14 nicht möglich, dann kann ergänzend oder alternativ dazu ein Drucksensor 26 verwendet werden, welcher entweder in dem Brennstoffzellensystem 1 bzw. seinem Anodenkreislauf 10 ohnehin vorhanden ist oder eigens für das
erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird. In der Darstellung der Figur 1 ist ein solcher Drucksensor 26 im Bereich der Abzweigung der Ablassleitung mit dem Purge- Ventil 13 aus dem Anodenkreislauf 10 angeordnet. Das Steuergerät wertet die Daten dieses Drucksensors 26 aus und stellt dadurch sicher, dass ein Öffnen des Purge-Ventils 13 immer nur dann erfolgt, wenn in dem Anodenkreislauf 10 das niedrigere Druckniveau vorliegt.
Das Verfahren kann prinzipiell für alle Lasten des Brennstoffzellensystems 1 unverändert so eingesetzt werden. Nun ist es jedoch so, dass bei höheren Lasten des
Brennstoffzellensystems 1 bzw. der Brennstoffzelle 3, die Volumenströme an Brennstoff und rezirkuliertem Abgas größer werden. Ab einer Last von etwa 70 % der Nennlast der Brennstoffzelle sind die Volumenströme dann so groß, dass ein ausreichender Austrag von Wasser auch ohne eine Druckpulsation in dem Anodenkreislauf 10 gewährleistet werden kann. Für diesen Fall kann es vorgesehen sein, die Pulsationseinrichtungen 14 abzuschalten, um so ein energieeffizienteres System zu erhalten, welches aufgrund der sich nicht verändernden Querschnitte oder Strömungswiderstände einen höheren Wirkungsgrad aufweist. Für diesen Fall kann das soeben beschriebene Verfahren dann ausgesetzt werden, sodass über das Steuergerät 25 immer dann das Auslassventil geöffnet wird, wenn dies beispielsweise aufgrund der Zeit, der Konzentrationen oder dergleichen notwendig ist, ohne dass das Druckniveau in dem Anodenkreislauf 10, welches dann typischerweise in etwa konstant ist, mit berücksichtigt wird.
Ein solches Abschalten der Pulsationseinrichtungen 14 ist bei den aktiv betätigten Pulsationseinrichtungen selbstverständlich problemlos möglich. Auch bei den passiven Pulsationseinrichtungen ist dies durchaus möglich und denkbar. Für diesen Fall kann eine Feststelleinrichtung 27 vorgesehen sein, über welche sich das bewegliche Element, also die Klappe 16 oder das Umlenkelement 23, fixieren lässt. Beispielsweise könnte die Feststelleinrichtung 27 als Elektromagnet ausgebildet sein, wenn das bewegliche
Element 16, 23 aus einem magnetisierbaren Material besteht. So könnte beispielsweise die Klappe 16 in ihrer oberen Position festgehalten werden, oder das Umlenkelement 23 in der den maximalen durchströmbaren Spalt 24 freigebenden Position. Alternativ zu einer solchen Feststelleinrichtung 27 ist in der Darstellung der Figur 5 eine mögliche Ausführungsform einer mechanischen Feststelleinrichtung 27 dargestellt. Eine solche Feststelleinrichtung 27 kann beispielsweise bei der Ausgestaltung des beweglichen Elements als Klappe 16 auf der der drehbaren Lagerung der Klappe 16 abgewandten Seite der Stoßdruckkammer 18 angeordnet sein. Bei der Ausgestaltung des beweglichen Elements als Umlenkelement 23 wären idealerweise drei oder mehr gleichmäßig über den Umfang des Umlenkelements 23 verteilt angeordnete Feststelleinrichtungen 27 möglich. In der Darstellung der Figur 5 ist die Ausrichtung der Darstellung so gewählt, dass diese im Wesentlichen der Darstellung in Figur 3 entspricht. Bei der Verwendung mit dem Umlenkelement 23 als beweglichem Element wäre der Spalt 24 in der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform unterhalb des dort in seiner Endposition gezeichneten beweglichen Elements 16, 23 zu verstehen. Die Pulsation des beweglichen Elements 16, 23 ist durch den Doppelpfeil angedeutet. Die Feststelleinrichtung 27 weist eine
Sperrklinke 28 auf, welche beispielsweise durch die Kraft einer Feder 29 in Richtung des beweglichen Elements 16, 23 gedrückt wird, wenn das bewegliche Element 16, 23 fixiert werden soll. Da typischerweise die Position des beweglichen Elements 16, 23 zum
Zeitpunkt der Aktivierung der Feststelleinrichtung 25 nicht bekannt ist, ist der in Figur 5 dargestellte Aufbau von besonderem Vorteil. Befindet sich das bewegliche Element 16, 23 bereits oberhalb der Sperrklinke 28, dann wird es dort verbleiben. Befindet es sich noch unterhalb der Sperrklinke 28, dann wird es nach oben gegen eine schräge Fläche 30 der Sperrklinke 28 bewegt. Die Sperrklinke 28 wird gegen die Kraft der Feder 29 zurückgeschoben und das bewegliche Element 16, 23 kann die Sperrklinke 28 passieren. Durch die Kraft der Feder 29 wird die Sperrklinke dann wieder in die in Figur 5
dargestellte Position gedrückt und das bewegliche Element 23 wird oberhalb der
Sperrklinke 28 festgehalten. Zusätzlich kann über einen Aktuator 31 eine aktive
Ansteuerung der Sperrklinke 28 erfolgen, sodass diese beispielsweise gegen die Kraft der Feder 29 aus dem Eingriffsbereich des beweglichen Elements 16, 23 bewegt werden kann, wenn die Pulsation nicht unterbrochen werden soll. Auch eine Bewegung in die in Figur 5 dargestellte Position durch den Aktuator 31 bei Bedarf ist möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), welches wenigstens eine Brennstoffzelle (3) mit einem Anodenkreislauf (10) aufweist, aus welchem über eine Ventileinrichtung (13) diskontinuierlich Gas und gegebenenfalls Wasser abgelassen wird, und in welchem zumindest zeitweise Druckpulsationen zwischen einem hohen und einem niedrigen Druckniveau in dem rezirkulierten Gasstrom erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventileinrichtung (13), solange Druckpulsationen auftreten, immer dann geöffnet wird, wenn der Druck in dem Gasstrom auf dem niedrigen Druckniveau ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckpulsationen über eine aktive Pulsationseinnchtung (14) erzeugt werden, wobei die Steuerung der Ventileinrichtung (13) in Abhängigkeit der Steuerung der aktiven Pulsationseinnchtung (14) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass,
die Druckpulsationen über eine passive Pulsationseinnchtung (14) erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
als wenigstens eine Rezirkulationsgasfördereinrichtung (11) eine Gasstrahlpumpe verwendet wird, welche mit einem pulsierenden Treibgasstrom betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung der Ventileinrichtung (13) über einen gemessenen Druckwert erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ablassen von Gas und gegebenenfalls Wasser über wenigstens einen
Parameter ausgelöst wird, wonach die Ventileinrichtung (13) bei dem oder den nächsten Phasen mit niedrigem Druckniveau geöffnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Parameter den Ablauf einer Zeitspanne und/oder das
Unterschreiten eines Grenzwerts einer Wasserstoffkonzentration in dem
Anodenkreislauf (10) und/oder das Überschreiten eines Grenzwerts einer
Stickstoffkonzentration in dem Anodenkreislauf (10) umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
oberhalb einer Last von 60 - 80 % der Nennlast der Brennstoffzelle (3),
vorzugsweise von mehr als 70 % der Nennlast der Brennstoffzelle (3), das
Erzeugen der Druckpulsationen ausgesetzt wird, wonach das Öffnen der
Ventileinrichtung (13) dann unabhängig vom Druckniveau erfolgt.
9. Brennstoffzellensystem (1) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3), welche einen Anodenraum (4) und einen Kathodenraum (5) aufweist, mit einem Anodenkreislauf (10) zur Rückführung von Abgasen aus dem Anodenraum (4) zum Eingang des Anodenraums, mit einer Rezirkulationsgasfördereinrichtung (11) und wenigstens einer Ventileinrichtung (13) zum Ablassen von Gas und gegebenenfalls Wasser aus dem Anodenkreislauf (10), mit einer Pulsationseinrichtung (14) zur Erzeugung von Druckpulsationen zwischen einem hohen und einem niedrigen Druckniveau in dem rezirkulierten Gasstrom, und wenigstens einer Steuereinrichtung (25),
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Steuereinrichtung (25) dafür ausgebildet ist, die
Ventileinrichtung (13), solange Druckpulsationen auftreten, immer nur dann zu öffnen, wenn der Druck in dem Gasstrom auf dem niedrigen Druckniveau ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7016025B2 (ja) 2016-11-28 2022-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システムおよびその運転方法
DE102023202925A1 (de) * 2023-03-30 2024-10-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellensystem und Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10331261A1 (de) * 2002-07-10 2004-01-22 Denso Corp., Kariya Brennstoffzellensystem zum akkuraten Steuern des Brennstoffzufuhrdrucks
US20040214059A1 (en) * 2003-04-28 2004-10-28 Naoyuki Enjoji Fuel cell system
US20060024548A1 (en) * 2003-07-17 2006-02-02 Rainer Pechtold Combination of injector-ejector for fuel cell systems
JP2007200725A (ja) 2006-01-26 2007-08-09 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
DE102007026004A1 (de) * 2007-06-04 2008-12-11 Daimler Ag Brennstoffkreislauf eines Brennstoffzellensystems und Verfahren zum Betreiben desselben
US20090269634A1 (en) 2008-01-29 2009-10-29 Tibor Fabian System for purging non-fuel material from fuel cell anodes
US20090280373A1 (en) * 2008-05-06 2009-11-12 Gm Global Technology Operations, Inc. System and method for controlling an anode side recirculation pump in a fuel cell system
JP2010044911A (ja) 2008-08-11 2010-02-25 Equos Research Co Ltd 燃料電池システム及びその水素ガス供給方法
DE102009039445A1 (de) * 2009-08-31 2011-03-03 Daimler Ag Verfahren zum Ablassen von Flüssigkeit und/oder Gas

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10331261A1 (de) * 2002-07-10 2004-01-22 Denso Corp., Kariya Brennstoffzellensystem zum akkuraten Steuern des Brennstoffzufuhrdrucks
US20040214059A1 (en) * 2003-04-28 2004-10-28 Naoyuki Enjoji Fuel cell system
US20060024548A1 (en) * 2003-07-17 2006-02-02 Rainer Pechtold Combination of injector-ejector for fuel cell systems
US7320840B2 (en) 2003-07-17 2008-01-22 General Motors Corporation Combination of injector-ejector for fuel cell systems
JP2007200725A (ja) 2006-01-26 2007-08-09 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
DE102007026004A1 (de) * 2007-06-04 2008-12-11 Daimler Ag Brennstoffkreislauf eines Brennstoffzellensystems und Verfahren zum Betreiben desselben
US20090269634A1 (en) 2008-01-29 2009-10-29 Tibor Fabian System for purging non-fuel material from fuel cell anodes
US20090280373A1 (en) * 2008-05-06 2009-11-12 Gm Global Technology Operations, Inc. System and method for controlling an anode side recirculation pump in a fuel cell system
JP2010044911A (ja) 2008-08-11 2010-02-25 Equos Research Co Ltd 燃料電池システム及びその水素ガス供給方法
DE102009039445A1 (de) * 2009-08-31 2011-03-03 Daimler Ag Verfahren zum Ablassen von Flüssigkeit und/oder Gas

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