CH690663A5 - Brennstoffzellenanordnung. - Google Patents

Brennstoffzellenanordnung. Download PDF

Info

Publication number
CH690663A5
CH690663A5 CH01801/99A CH180199A CH690663A5 CH 690663 A5 CH690663 A5 CH 690663A5 CH 01801/99 A CH01801/99 A CH 01801/99A CH 180199 A CH180199 A CH 180199A CH 690663 A5 CH690663 A5 CH 690663A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
fuel cell
afterburner
exhaust gas
arrangement according
cell arrangement
Prior art date
Application number
CH01801/99A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Dr Hocker
Jochen Paulus
Original Assignee
Vaillant Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant Gmbh filed Critical Vaillant Gmbh
Publication of CH690663A5 publication Critical patent/CH690663A5/de

Links

Classifications

    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • 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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • 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
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • 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
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • 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
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description


  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellenanordnung gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Anspruches. 



  Bei Anlagen mit Brennstoffzellenanordnungen wird nur ein Teil der eingesetzten Kohlenwasserstoffe und des eingesetzten Wassers, die in den Reformer gelangen, in Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt. Auch die Brennstoffzellen selbst setzen nur einen Teil des Brenngases um. Das Abgas der Brennstoffzellen enthält daher brennbare Bestandteile, in der Regel Methan und andere Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas. 



  Bei bekannten Brennstoffzellenanordnungen ergibt sich der Nachteil, dass diese brennbaren Bestandteile im Abgas der Brennstoffzellen nicht genützt werden k²nnen, da das Abgas in seiner Gesamtheit nicht zündfähig ist. 



  Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die eine sehr weitgehende Nutzung der eingesetzten Primärenergie erm²glicht. 



  Erfindungsgemäss wird dies bei einer Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht. 



  Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es m²glich, die im Abgas der Brennstoffzellen enthaltenen brennbaren Bestandteile katalytisch zu verbrennen, wobei durch die vorgese hene elektrische Beheizung des Katalysators des Nachbrenners sichergestellt ist, dass die angestrebte Reaktion sicher einsetzt. Dadurch ist eine Nutzung der im Abgas enthaltenen Energie und dadurch eine Erh²hung des Wirkungsgrades der Brennstoffzellenanordnung m²glich. Die durch die Nachverbrennung erzeugte Wärme kann über einen nachgeschalteten Wärmetauscher genutzt werden. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil einer in konstruktiver Hinsicht sehr einfachen L²sung, bei der kein Netzanschluss erforderlich ist. Allerdings muss dabei in der Startphase der Brennstoffzellen für kurze Zeit auf die Nachverbrennung verzichtet werden. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, dass in der Startphase die Nachverbrennung sehr rasch einsetzen kann, wobei beim Start der Brennstoffzellen die Heizung des Nachbrenners von einem Netz oder einer Batterie versorgt wird, und sobald die Stromerzeugung der Brennstoffzellen entsprechend eingesetzt hat, die Versorgung der Heizung auf die Brennstoffzellen umgeschaltet wird. 



  Zur Einsparung von Energie ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 4 vorzusehen. 



  Durch die Merkmale der Ansprüche 5 bis 7 kann die Heizung in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten gesteuert werden, wodurch Energie eingespart werden kann. Letzteres wird in besonderem Ausmass durch die Merkmale des Anspruches 8 erreicht. 



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



  Bei der erfindungsgemässen Brennstoffzellenanordnung 23 ist ein Reformer 1 vorgesehen, der über eine Gasleitung 5, eine Wasserleitung 6 und eine Luftleitung 7 versorgbar ist und Wasserstoffgas und Kohlendioxid erzeugt. 



  Das im Reformer 1 erzeugte Prozessgas wird über eine Verbindungsleitung 8 einem selektiven Oxidierer 2 zugeführt, der Kohlenmonoxid in Kohlendioxid oxidiert. 



  Das in dem Oxidierer 2 vom Kohlenmonoxid gereinigte Prozessgas gelangt über eine Anschlussleitung 9 zu einer oder mehreren Brennstoffzellen 3, aus der bzw. denen eine elektrische Ausleitung 13 wegführt. 



  Das in der Brennstoffzelle 3 erzeugte Abgas wird über eine Abgasleitung 10 abgeführt, die zu einem katalytischen Nachbrenner 4 führt, der mit einer elektrischen Heizung 24 versehen ist. Dieser Nachbrenner ist mit einem Abgasstutzen 11 versehen, über den das ausgebrannte Abgas abstr²men kann. 



  Diese Heizung 24 kann beim dargestellten Ausführungsbeispiel wahlweise von einem Netzanschluss 14 oder über eine weitere elektrische Ausleitung 12 von den Brennstoffzellen 3 mit elektrischer Energie versorgt werden, wobei der Netzanschluss 14 und die elektrische Ausleitung 12 an einem Wahlschalter 15 angeschlossen sind. 



  Der Ausgang des Wahlschalters 15 ist mit einer Steuerung 16 verbunden, die ihrerseits mit einem Abgas-Temperaturfühler 17 über eine Signalleitung 18, mit einem Fühler 19 zur Erfassung der Zusammensetzung des Abgases, die beide in der Abgasleitung 10 angeordnet sind, über eine Signalleitung 20 verbunden ist. Weiters ist die Steuerung 16 über eine Signalleitung 21 mit einem Fühler 22 zur Erfassung der Belastung der Brennstoffzellen 3 verbunden. 



  Im Betrieb wird dem Reformer 1 Wasser, Brenngas und Luft zugeführt, der Prozessgas mit einem erheblichen Anteil an Wasserstoffgas erzeugt. Dieses Prozessgas wird im Oxidierer 2 teilweise oxidiert, wobei Kohlenmonoxidanteile zu Kohlendioxid oxidiert werden. Dieses aufbereitete Prozessgas wird in der Brennstoffzelle 3 umgesetzt und dabei Strom erzeugt. Dabei entsteht auch Abgas, in dem auch brennbare Stoffe enthalten sind. 



  Diese werden im nachgeordneten katalytischen Nachbrenner 4 verbrannt, wobei jedoch beispielsweise bei erdgasbetriebenen SOFC- und Direkt-Methanol-Brennstoffzellen eine entsprechend hohe Temperatur erforderlich ist. Um diese zu erreichen, wird die Heizung 24 des Nachbrenners 4 mit elektrischer Energie versorgt. Bei wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen wird die vollständige Verbrennung durch die Vorheizung beschleunigt. 



  Diese kann in der Startphase vom Netzanschluss 14 über den Wahlschalter 15 bereitgestellt werden. Sobald die Stromerzeugung der Brennstoffzellen 3 einen bestimmten Pegel erreicht hat, kann auf eine Versorgung der Heizung 24 des Nachbrenners 4 auf die Brennstoffzellen 3 umgeschaltet werden. 



  Die Steuerung 16 sorgt dabei für eine Regelung der Heizung bzw. deren Beaufschlagung in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen, wie der Temperatur des zur Verfügung stehenden Abgases der Brennstoffzellen 3, dessen Zusammensetzung und der Belastung der Brennstoffzellen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Heizung 24 des Nachbrenners 4 nicht mehr als n²tig Energie zugeführt wird, wobei diese bei ausreichender Temperatur des Katalysators des Nachbrenners die elektrische Heizung desselben auch abgeschaltet werden kann.

Claims (8)

1. Brennstoffzellenanordnung mit zugeh²rigen Hilfsaggregaten, welche einen Reformer (1) und einen selektiven Oxidierer (2) umfassen sowie mit den jeweils zugeh²rigen Zu- und Ableitungen (5, 6, 7; 8; 9; 10) für Wasser, Brenngas, Luft und Abgas, von denen die Abgasleitung (10) der Brennstoffzelle (3) zu einem elektrisch beheizbaren katalytischen Nachbrenner (4) führt.
2. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1, bei der die Heizung (24) des Nachbrenners (4) mit einer elektrischen Ausleitung (12) der Brennstoffzelle (3) verbindbar ist.
3. Brennstoffzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Heizung (24) des Nachbrenners (4) über einen Wahlschalter (15) wahlweise von einem Netz (14), einer Batterie oder der Brennstoffzelle (3) versorgbar ist.
4. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Heizung (24) des Nachbrenners (4) abschaltbar ist.
5.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Heizung (24) des Nachbrenners (4) eine Steuerung (16) vorgeschaltet ist, die mit einem die Abgastemperatur der Brennstoffzelle (3) erfassenden Fühler (17) verbunden ist.
6. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Heizung (24) des Nachbrenners (4) eine Steuerung (16) vorgeschaltet ist, die mit einem die Belastung der Brennstoffzelle (3) erfassenden Fühler (22) verbunden ist.
7. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Heizung (24) des Nachbrenners (4) eine Steuerung (16) vorgeschaltet ist, die mit einem die Zusammensetzung des Abgases der Brennstoffzelle (3) erfassenden Fühler (19) verbunden ist.
8.
Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (16) mit Fühlern (17, 19, 22) zur Erfassung der Temperatur des Abgases der Brennstoffzelle (3), dessen Zusammensetzung und der Belastung der Brennstoffzelle (3) verbunden ist.
CH01801/99A 1998-10-08 1999-10-01 Brennstoffzellenanordnung. CH690663A5 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0168798A AT408041B (de) 1998-10-08 1998-10-08 Brennstoffzellenanordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH690663A5 true CH690663A5 (de) 2000-11-30

Family

ID=3518828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH01801/99A CH690663A5 (de) 1998-10-08 1999-10-01 Brennstoffzellenanordnung.

Country Status (3)

Country Link
AT (1) AT408041B (de)
CH (1) CH690663A5 (de)
DE (1) DE19948217A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10028331C2 (de) * 2000-06-05 2002-11-07 Vodafone Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Hochfahren eines Brennstoffzellensystems sowie Verwendung des Brennstoffzellensystems
DE10028329C2 (de) * 2000-06-05 2003-06-26 Atecs Mannesmann Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Ein-/Abschalten eines Brennstoffzellensystems
KR100477201B1 (ko) * 2002-02-25 2005-03-21 한국과학기술연구원 지그재그 구조의 기체 유로를 가지는 연료전지용 분리판

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0377151A1 (de) * 1989-01-04 1990-07-11 Asea Brown Boveri Ag Verfahren zur selbsttätigen Temperatur- und Leistungsregulierung einer oder mehrerer, mit Kohlenwasserstoffen betriebenen Hochtemperatur-Brennstoffzellen
DE4037970A1 (de) * 1989-12-21 1991-06-27 Asea Brown Boveri Verfahren zur selbsttaetigen inbetriebsetzung einer oder mehrerer, mit kohlenwasserstoffen betriebenen hochtemperatur-brennstoffzellen
NO964898L (no) * 1996-11-18 1998-05-19 Norske Stats Oljeselskap Elektrokjemisk anlegg

Also Published As

Publication number Publication date
AT408041B (de) 2001-08-27
DE19948217A1 (de) 2000-04-13
ATA168798A (de) 2000-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19746251C2 (de) Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs und Betriebsverfahren hierfür
DE60217200T2 (de) Brennstoffreformersystem
EP1947723B1 (de) Energiebereitstellungssystem
EP1986263B1 (de) Brennstoffzellensystem und zugehöriges Startverfahren
AT406808B (de) Kraft-wärme-kopplungsanlage mit brennstoffzellen
EP2284938A1 (de) Nachbrenner für erdgasbasierte Brennstoffzellenheizgeräte
AT408041B (de) Brennstoffzellenanordnung
US7135244B2 (en) System to supply at least two components of a gas generation system
EP1726056A2 (de) Brennstoffzellenanlage, verfahren zum starten und verfahren zum abschalten dieser anlage
DE10006006B4 (de) Kraft-Wärme-Kopplungsapparat
EP2490289B1 (de) Brennstoffzellensystem
DE10104607A1 (de) Gaserzeugungssystem für ein Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb eines Gaserzeugungssystems
DE19950143A1 (de) Brennstoffzellensystem
EP1519894A2 (de) Verfahren zum starten eines gaserzeugungssystems
DE19943690C2 (de) Brennstoffzellensystem zum Betreiben einer elektrischen Maschine und Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems
EP2033251A1 (de) Brennstoffzellensystem
DE102014115096B4 (de) System zur versorgung eines fahrzeugs mit elektrischer energie
EP1942537B1 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Regenerationseinrichtung für einen Reformer und zugehöriges Verfahren
EP1905510B1 (de) Brennstoffzellensystem und zugehöriges Betriebsverfahren
DE202006008898U1 (de) Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug
EP1657771B1 (de) In einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor als Stromerzeuger eingesetztes Brennstoffzellensystem
EP1925790B1 (de) Brennkraftmaschinensystem
DE10059892B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Kraft-Wärme-Kopplungsapparats und Kraft-Wärme-Kopplungsapparat
DE102007033151B4 (de) Betriebsverfahren für ein Brennstoffzellensystem
AT408043B (de) Brennstoffzellenanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased