DE10019781A1 - Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number
DE10019781A1
DE10019781A1 DE10019781A DE10019781A DE10019781A1 DE 10019781 A1 DE10019781 A1 DE 10019781A1 DE 10019781 A DE10019781 A DE 10019781A DE 10019781 A DE10019781 A DE 10019781A DE 10019781 A1 DE10019781 A1 DE 10019781A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
membrane
gas mixture
reformer
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10019781A
Other languages
English (en)
Inventor
Holger Poppe
Klaus Rieck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE10019781A priority Critical patent/DE10019781A1/de
Publication of DE10019781A1 publication Critical patent/DE10019781A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • H01M8/06—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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2475—Membrane reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • 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
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/108—Hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C01B2203/041—In-situ membrane purification during hydrogen production
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Aggregat (1), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, dass für den Betrieb neben weiteren Betriebsstoffen Wasserstoff benötigt. Es ist vorgesehen, dass das Aggregat (1) eine den Wasserstoff aus einem wasserstoffreichen Gasgemisch separierende Membran (15) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, das für den Betrieb Wasserstoff benötigt, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind gattungsgemäße Aggregate bekannt, die in Form einer Brennstoffzelle im Kraftfahrzeug zur Erzeugung oder zur Verbrennung von Brenngasen, beispielsweise von Gasgemischen, die Wasserstoff aufweisen, dienen. Im Falle eines mit einer Brennstoffzelle betriebenen Kraftfahrzeugs werden als Betriebsstoffe beispielsweise Methanol und Wasser eingesetzt. Bei der Verwendung eines Methanol-Wasserdampf- Reformers wird mittels des Reformers aus dem Methanol ein wasserstoffreiches Gas gewonnen, das nach der Herstellung einer Gasreinigung unterzogen wird. Im Anschluss an die Gasreinigung liegt ein wasserstoffhaltiges Brenngas vor, das in einem sogenannten "Brennstoffzellen-Stack" mit Luft reagiert zur Herstellung von elektrischem Strom. Als Reaktionsprodukt entsteht Wasser. Die bereits bekannten Aggregate zur Stromerzeugung sind jedoch nachteilhaft, da der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte dieser Aggregate nur in unzureichendem Maße den Anforderungen in einem Kraftfahrzeug genügt.
Wasserstoffreiches Gas wird bekannterweise durch die Reformation von Methanol erzeugt, wobei unter anderem auch Kohlenmonoxid entsteht. Kohlenmonoxid beeinflusst allerdings die chemischen Reaktionen in den gattungsgemäßen Aggregaten negativ, beispielsweise wird die Brennstoffzelle durch Kohlenmonoxid vergiftet und die Leistungsdichte der Brennstoffzelle herabgesetzt.
Zur Lösung dieses Nachteils wird beispielsweise in der DE 22 45 956 A1 vorgeschlagen, ein Brennstoffzellensystem mit einer zusätzlichen Baugruppe zu verbinden, die es ermöglicht, der Brennstoffzelle reinen Sauerstoff und Wasserstoff zuzuführen. Die reinen Gase müssen hierbei in separaten Behältern im Kraftfahrzeug mitgeführt werden oder im Kraftfahrzeug durch Elektrolyse von Wasser in einer mitgeführten Apparatur erzeugt werden.
Die DE 29 49 011 C2 beschreibt eine Kombination aus einer Lithiumhochenergiezelle des Typs Li/H2O oder Li/H2O2 mit einer Brennstoffzelle, wobei mittels der Lithiumzelle erzeugter Wasserstoff statt eines wasserstoffreichen Gemischs, welches aus dem Methanol-Wasserdampf-Reformer entstehen würde, in der Brennstoffzelle verbrannt wird.
Die vorgeschlagenen Verbesserungen zur Erhöhung der Leistungsdichte und des Wirkungsgrads von Aggregaten weisen mehrere Nachteile auf. Für eine Baugruppe, die das Zuführen von reinem Wasserstoff ermöglicht, ist beispielsweise vorgesehen, dass der Wasserstoff aus Wasser mittels Elektrolyse hergestellt wird. Das heißt, eine komplette Elektrolyseapparatur muss in einem Kraftfahrzeug mitgeführt werden, wodurch sich das Gewicht des Fahrzeuges stark erhöht und somit mehr Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs benötigt wird. Die Kombination von Brennstoffzellen und der Lithiumhochenergiezelle ist sehr kostenaufwendig und erhöht ebenfalls das Gewicht des Fahrzeugs.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Aggregat vorzuschlagen, das ein verbessertes Betriebsverhalten insbesondere hinsichtlich Leistungsdichte und Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Aggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist das erfindungsgemäße Aggregat dadurch gekennzeichnet, dass es eine aus einem Gasgemisch den Wasserstoff separierende Membran aufweist. Es wird vorzugsweise eine spezifisch an den Wasserstoff angepasste Membran verwendet. Bisher wurden in Aggregaten von Kraftfahrzeugen keine Membranen eingesetzt, die geeignet sind, Wasserstoff aus einem Gasgemisch zu separieren. Bisher wurde in Kraftfahrzeugen entweder ein wasserstoffreiches Gasgemisch in der Brennstoffzelle verbrannt oder es wurde reiner Wasserstoff in zusätzlichen Behältern im entsprechenden Kraftfahrzeug mitgeführt. Auch wurde bekannterweise mittels Elektrolyse aus mitgeführtem Wasser reiner Wasserstoff gewonnen. Dagegen erhöht der Betriebsstoff Wasserstoff, der mittels des erfindungsgemäßen Aggregats in angereicherter oder reiner Form der Brennstoffzelle zugeführt wird, vorteilhafterweise die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung mittels der Brennstoffzelle, wobei zusätzliche Baugruppen (Behälter zur Zwischenspeicherung von Wasserstoff) nicht mitgeführt werden müssen. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Aggregat, das reinen Wasserstoff mittels einer wasserstoffseparierenden Membran separiert, sehr zuverlässig beziehungsweise störungsunanfällig. Das erfindungsgemäße Aggregat ist in verhältnismäßig einfacher Weise räumlich kompakt und gewichtssparend konzipierbar. Darüber hinaus ist das Aggregat, da reiner Wasserstoff in ihm bereitgestellt oder verbrannt wird, emissionsärmer als bekannte Aggregate, insbesondere in Kraftfahrzeugen. Eine den Wasserstoff aus dem wasserstoffreichen Gasgemisch separierende Membran hat außerdem den Vorteil, das andere im Gasgemisch vorkommende Gase, wie zum Beispiel Kohlenmonoxide, die den Verbrennungsprozess im Aggregat negativ beeinflussen, zurückgehalten werden und somit nicht ins Aggregat gelangen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Membran Poren mit Durchmessern im Nanobereich auf. Vorteilhafterweise ist dadurch eine Separation im molekularen Bereich möglich, das heißt Atome oder Moleküle, wie sie beispielsweise in Gasgemischen vorkommen, können aufgrund ihrer unterschiedlichen Größe hochselektiv getrennt werden. Hochselektiv im Sinne der Erfindung heißt, dass aus einem Gasgemisch ausschließlich oder nahezu ausschließlich Wasserstoff separiert wird. Durch den Aufbau der Membran, also durch die Poren mit Durchmessern im Nanobereich, erhält die Membran demgemäß hochselektive Eigenschaften.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Durchmesser der Poren so ausgebildet, dass sie vom Wasserstoff nicht jedoch von anderen Gasen oder Flüssigkeiten durchdrungen werden. Die Poren mit Durchmessern im Nanometerbereich lassen aufgrund der gewählten Durchmessergröße Wasserstoff, jedoch keine anderen Bestandteile des Gasgemisches passieren. Ein Aggregat, insbesondere ein Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, das eine solche Membran aufweist, wird entweder ausschließlich oder nahezu ausschließlich mit Wasserstoff beaufschlagt oder gibt Wasserstoff oder nahezu ausschließlich Wasserstoff frei. Der Durchmesser der Poren kann jedoch auch so ausgewählt sein, dass vor allem Wasserstoff aus dem Gasgemisch durch die Poren hindurchdringen kann und somit aus dem Gasgemisch separiert wird. Vorzugsweise wird reiner Wasserstoff aus dem Gasgemisch mittels der Membran erhalten. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Membran das Gasgemisch so separiert, dass ein stark mit Wasserstoff angereichertes Gasgemisch entsteht, so dass beispielsweise ein Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug mit einem Gasgemisch beaufschlagt wird, das vor allem aus Wasserstoff aufweist. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Aggregat vor allem, wenn es das Gasgemisch, insbesondere das wasserstoffreiche Gasgemisch, selbst produziert, mittels der Membran vorzugsweise reinen Wasserstoff oder wenigstens ein vorteilhafterweise zusätzlich angereichertes Wasserstoffgasgemisch freigibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, das die Membran aus Polyfurfurylalkohol hergestellt ist. Polyfurfurylalkohol wird durch einen geeigneten physikalischen oder chemischen Prozess so modifiziert und umgewandelt, dass die Membran erhalten wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Membran durch Pyrolyse des Polyfurfurylalkohols hergestellt. Mit Vorteil entsteht bei der thermischen Zersetzung des Polyfurfurylalkohols eine Membran, die molekulare Poren mit Selektivität für bestimmte Atome oder Moleküle, insbesondere Wasserstoff aufweist. Vorteilhalfterweise entsteht durch die Pyrolyse des Polyfurfurylalkohols eine Membran, die eine solche mechanische Stabilität aufweist, dass sie in Aggregaten, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingesetzt werden kann. Die Pyrolyse gestattet es vorteilhafterweise weiterhin, dass die Membran eine gleichbleibende und dauerhafte Selektivität für Gase oder Gasbestandteile, insbesondere Wasserstoff aus dem Gasgemisch, aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Membran baueinheitlicher Bestandteil des Aggregats. Vorteilhafterweise ist die Membran nicht über Baugruppen oder Zuleitungssysteme mit dem Aggregat, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wirkverbunden, sondern baueinheitlicher Bestandteil des Aggregats. Das heißt, die Membran ist innerhalb des Aggregats so positioniert und integriert, dass sie aus einem Gasgemisch Wasserstoff separieren kann. Vorteilhafterweise wird hierdurch eine sehr kompakte und montagefreundliche Anordnung der Membran im Aggregat erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Membran in einem Betriebsstoffzuführweg des Aggregats angeordnet. Das Aggregat kann über mehrere Betriebsstoffzuführleitungen ein anderes Aggregat mit Betriebsstoffen versorgen oder selbst mit Betriebsstoffen versorgt werden. Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass in den Betriebsstoffzuführleitungen die wasserstoffseparierende Membran eingebaut wird, so dass das Aggregat entweder mit dem separierten Wasserstoff beaufschlagt wird oder, wenn es das wasserstoffreiche Gasgemisch selbst herstellt, separierten Wasserstoff freigibt. Da Betriebsstoffzuführwege bereits in bekannten Aggregaten zum Einsatz kommen, ist nur ein geringer apparativer Mehraufwand für den Einsatz der wasserstoffseparierenden Membran erforderlich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aggregat ein Reformer oder eine Brennstoffzelle ist, wobei im Falle eines Reformers das Gasgemisch von selbigem geliefert wird. Wenn das Aggregat als Reformer ausgestaltet ist, kann die Membran dazu dienen, dass das in dem Reformer gewonnene Gasgemisch durch die Membran so separiert wird, dass nur der reine oder nahezu reine Wasserstoff die Membran durchdringt. Es kann jedoch erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass das Aggregat eine Brennstoffzelle ist. Eine Brennstoffzelle, die die wasserstoffseparierende Membran aufweist, kann mit einem Gasgemisch beaufschlagt werden, wobei durch die separierende Membran das Gasgemisch so fraktioniert wird, dass nur der reine Wasserstoff in die Brennstoffzelle gelangen kann. Der reine Wasserstoff kann so vorteilhafterweise direkt mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft in der Brennstoffzelle zur chemischen Reaktion gebracht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Reformer ein Methanol-Wasserdampf-Reformer. Methanol-Wasserdampf-Reformer sind in der Lage, aus Methanol und Wasser ein wasserstoffreiches Brenngas herzustellen. Ein Methanol- Wasserdampf-Reformer, der eine wasserstoffseparierende Membran aufweist, kann vorteilhafterweise den reinen Wasserstoff direkt an eine Brennstoffzelle weiterleiten, ohne dass eine Gasreinigung zur Entfernung des Kohlenmonoxids des durch den Methanol-Wasserdampf-Reformer hergestellten wasserstoffhaltigen Gasgemischs erforderlich ist. Ein Kraftfahrzeug, was mit einem Methanol-Wasserdampf-Reformer mit einer wasserstoffseparierenden Membran ausgerüstet ist, kann daher vorteilhafterweise auf die Baugruppe zur Gasreinigung vollständig oder nahezu vollständig verzichten. Der gesamte Ablauf der Herstellung des wasserstoffreichen oder wasserstoffhaltigen Brenngases wird dadurch vereinfacht und zuverlässiger.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Aggregats mit Zuführwegen,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Aggregats mit einer radial in einem Rohr aufgetragenen Membran und
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Reformers und einer Brennstoffzelle.
Die Fig. 1 zeigt ein in einem nicht dargestellten Fahrzeug installiertes Aggregat 1, das als Brennstoffzelle 3 ausgebildet ist. Die Brennstoffzelle 3 ist eingangsseitig mit voneinander getrennten Zuführleitungen 5 und ausgangsseitig mit einer Abgasleitung 17 wirkverbunden. Die Zuführleitungen 5 sind als Betriebsstoffzuführwege in Form eines Umgebungsluftzuführkanals 7 und eines kanalförmigen Zuleitungssystems 9 ausgebildet, wobei das Zuleitungssystem 9 einen Reformer 2 mit der Brennstoffzelle 3 wirkverbindet. Der Reformer 2 ist eingangsseitig mit einer Betriebsstoffzuführleitung 19 wirkverbunden, mittels welcher unter anderem vorzugsweise Methanol in den Reformer 2 zur Herstellung eines wasserstoffhaltigen Gases zugeführt wird.
Das Zuleitungssystem 9 umfasst einen Wasserstoffgemischzuführkanal 11, welcher mit einem Wasserstoffzuführkanal 13 der Brennstoffzelle 3 mittels einer zwischenangeordneten Membran 15 wirkverbunden ist. Die Membran 15 ist somit in der Brennstoffzelle 3 in einem Übergangsbereich zwischen dem Wasserstoffgemischzuführkanal 11 und dem Wasserstoffzuführkanal 13 angeordnet.
Der Umgebungsluftzuführkanal 7 wird mittels eines nicht dargestellten Ansaugsystems mit Umgebungsluft versorgt. Die sauerstoffhaltige Umgebungsluft wird durch den Umgebungsluftzuführkanal 7 in die Brennstoffzelle 3 geführt.
Durch die im Wasserstoffgemischzuführkanal 11 und im Wasserstoffzuführkanal 13 vorherrschenden Betriebsdruckverhältnisse wird das wasserstoffhaltige Gasgemisch in einem ersten Schritt mittels des Wasserstoffgemischzuführkanal 11 eingangsseitig zur Membran 15 geleitet. Die Membran 15 weist als Durchgangsöffnungen ausgebildete Poren mit Durchmessern im Nanometer-Bereich auf. Die Durchmesser dieser Poren sind so gewählt, dass die Poren verschiedene Gase oder Bestandteile des wasserstoffhaltigen Gases oder Gasgemisches unterschiedlich stark oder überhaupt nicht durch die Membran 15 passieren lassen. Die Membran 15 ist dabei so ausgebildet, dass sie aufgrund der vorherrschenden Druckverhältnisse im Zuleitungssystem 9 - be­ ziehungsweise im Wasserstoffgemischzuführkanal 11 - und im Wasserstoffzuführkanal 13 einerseits, und andererseits aufgrund der gewählten Größe der Durchmesser der in ihr vorhandenen Poren ausschließlich oder wenigstens hauptsächlich Wasserstoff in den Wasserstoffzuführkanal 13 hindurch diffundieren lässt. Andere Bestandteile des wasserstoffhaltigen Gases, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, können die Membran 15 aufgrund der gewählten Größe der Porendurchmesser nicht durchdringen.
Dabei kann der Wasserstoff verhältnismäßig schnell die Membran 15 beziehungsweise deren Poren durchdringen, so dass eine zuverlässige und hinreichende Beaufschlagung der Brennstoffzelle 3 mit Wasserstoff gewährleistet ist. Dabei ist die Wasserstoff separierende Fläche der Membran 3 so groß zu wählen, dass infolge des vorliegenden Betriebsdruckunterschieds zwischen Wasserstoffgemischzuführkanal 11 und Wasserstoffzuführkanal 13 ausreichend Wasserstoff zur Reaktion in der Brennstoffzelle 3 bereitgestellt werden kann. Mittels der Membran 15 wird somit in dem nachgeordneten Wasserstoffzuführkanal 13 der aus dem Wasserstoffgemisch separierte, reine oder nahezu reine Wasserstoff geleitet. Der in dem Wasserstoffzuführkanal 13 befindliche Wasserstoff gelangt in die Brennstoffzelle 3, wo er in einer Reaktionseinheit mit dem durch den Umgebungsluftzuführkanal 7 zugeführten, sauerstoffhaltigen Gasgemisch chemisch reagieren kann, so dass elektrischer Strom für den Elektroantrieb des Kraftfahrzeugs mittels der Brennstoffzelle 3 herstellbar ist.
Der weitere konstruktive Aufbau und die weitere Funktionsweise des Brennstoffzellensystem sind an sich bekannt und werden deshalb nicht im Detail beschrieben oder dargestellt.
Die Fig. 2 zeigt ein Aggregat nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen so aufgebaut ist wie das Aggregat gemäß Fig. 1. Insoweit wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen und im Nachstehenden nur noch auf die Unterschiede eingegangen. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Membran 15 radial in einem Rohr 18 aufgetragen, wodurch vorteilhafterweise die Membranfläche gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vergrößert wird. Das wasserstoffhaltige Gasgemisch wird gemäß Pfeil 19 in den Wasserstoffgemischzuführkanal 11 geführt, wodurch im Wasserstoffgemischzuführkanal 11 ein Druck aufgebaut wird, der kleiner als der Druck in dem Rohr 18 ist. Die Druckdifferenz ist für den Prozess einer Diffusion von Bestandteilen des wasserstoffhaltigen Gasgemisches durch die Membran 15 vorteilhaft. Durch Diffusionsprozesse an der Membran 15 wird das wasserstoffhaltige Gasgemisch in ein wasserstoffreiches und ein wasserstoffarmes Gas und/oder Gasgemisch geteilt. Die Diffusion durch die Membran 15 führt unter anderem zu einer Separation des wasserstoffreichen Gasgemisches in verschiedene Bestandteile, wobei vor allem Wasserstoff die Membran 15 durchdringt und so in das Rohr 18 geführt wird. Das wasserstoffreiche Gas und/oder Gasgemisch in dem Rohr 18 wird gemäß Pfeil 21 zur der Brennstoffzelle 3 geleitet und das wasserstoffarme Gas und/oder Gasgemisch wird gemäß Pfeil 23 zu der Abgasleitung 17 geführt.
Die Fig. 3 zeigt ein in einem nicht dargestellten Fahrzeug installiertes Aggregat 1, das als Reformer 2 ausgebildet ist. Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus und der Funktionsweise derjenigen nach Fig. 1, wobei als einziger Unterschied nicht wie in Fig. 1 die Membran 15 in der Brennstoffzelle 3 angeordnet ist, sondern Teil des Reformers 2 ist. Die Membran 15 befindet sich demgemäss zwischen Wasserstoffgemischzuführkanal 11 und Wasserstoffzuführkanal 13 innerhalb des Reformers 2. Die Separierung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Gas und/oder Gasgemisch erfolgt somit gemäß der in Fig. 3 dargestellten, alternativen Ausführungsform im Reformer 2, wobei der separierte Wasserstoff - beziehungsweise das mittels der Membran 15 zusätzlich wasserstoffangereichertes Gasgemisch - vom Reformer 2 durch die Wasserstoffzuführleitung 13 in die Brennstoffzelle 3 zugeführt wird.

Claims (14)

1. Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, das für den Betrieb Wasserstoff benötigt, gekennzeichnet durch eine aus einem Gasgemisch den Wasserstoff separierende Membran (15).
2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15) Poren mit Durchmessern im Nanobereich aufweist.
3. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Poren so ausgebildet sind, dass sie vom Wasserstoff nicht jedoch von anderen Gasen oder Flüssigkeiten durchdrungen werden.
4. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15) aus Polyfurfurylalkohol hergestellt ist.
5. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15) durch Pyrolyse des Polyfurfurylalkohols hergestellt ist.
6. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15) baueinheitliches Bestandteil des Aggregats (1) ist.
7. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15) in einem Betriebsstoffzuführweg des Aggregats (1) angeordnet ist.
8. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat (1) ein Reformer (2) oder eine Brennstoffzelle (3) ist.
9. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch von einem Reformer (2) geliefert wird.
10. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (2) ein Methanol-Wasserdampf-Reformer ist.
11. Aggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reformer (2) zur Bildung des Gasgemisches Methanol zugeführt wird.
12. Verwendung einer Membran bei einem Aggregat, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (15) zur Separierung von Wasserstoff aus einem Gasgemisch einem Reformer (2) oder einer Brennstoffzelle (15) zugeordnet ist.
13. Verwendung der Membran nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Membran (15) im Reformer (2) befindet.
14. Verwendung der Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (2) eine Baugruppe der Brennstoffzelle (3) ist.
DE10019781A 2000-04-20 2000-04-20 Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug Withdrawn DE10019781A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10019781A DE10019781A1 (de) 2000-04-20 2000-04-20 Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10019781A DE10019781A1 (de) 2000-04-20 2000-04-20 Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10019781A1 true DE10019781A1 (de) 2001-10-25

Family

ID=7639580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10019781A Withdrawn DE10019781A1 (de) 2000-04-20 2000-04-20 Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10019781A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3332348A1 (de) * 1983-09-08 1985-04-04 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Wasserstoff-permeationswand
DE3319305C2 (de) * 1982-05-29 1989-03-16 Nippon Steel Corp., Tokio/Tokyo, Jp
DE19527785A1 (de) * 1994-07-29 1996-02-01 Shigeharu Morooka Wasserstoff-Trennmembran und Verfahren zu deren Herstellung
DE19613107A1 (de) * 1996-04-02 1997-10-09 Wolf Prof Dr Bertling Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasserstoff
DE19755813A1 (de) * 1997-12-16 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs und damit betreibbare Reformierungsanlage
DE19755815A1 (de) * 1997-12-16 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs und damit betreibbare Reformierungsanlage
DE19757506A1 (de) * 1997-12-23 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Wasserstoffabtrennmembran, damit ausgerüstete Methanolreformierungsanlage und Betriebsverfahren hierfür
DE19804286A1 (de) * 1998-02-04 1999-08-05 Daimler Chrysler Ag Reaktor für eine katalytische chemische Reaktion, insbesondere Methanolreformierungsreaktor
DE19813053A1 (de) * 1998-03-25 1999-09-30 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Reaktoreinheit für eine katalytische chemische Reaktion, insbesondere zur katalytischen Methanolreformierung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3319305C2 (de) * 1982-05-29 1989-03-16 Nippon Steel Corp., Tokio/Tokyo, Jp
DE3332348A1 (de) * 1983-09-08 1985-04-04 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Wasserstoff-permeationswand
DE19527785A1 (de) * 1994-07-29 1996-02-01 Shigeharu Morooka Wasserstoff-Trennmembran und Verfahren zu deren Herstellung
DE19613107A1 (de) * 1996-04-02 1997-10-09 Wolf Prof Dr Bertling Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Wasserstoff
DE19755813A1 (de) * 1997-12-16 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs und damit betreibbare Reformierungsanlage
DE19755815A1 (de) * 1997-12-16 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs und damit betreibbare Reformierungsanlage
DE19757506A1 (de) * 1997-12-23 1999-07-01 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Wasserstoffabtrennmembran, damit ausgerüstete Methanolreformierungsanlage und Betriebsverfahren hierfür
DE19804286A1 (de) * 1998-02-04 1999-08-05 Daimler Chrysler Ag Reaktor für eine katalytische chemische Reaktion, insbesondere Methanolreformierungsreaktor
DE19813053A1 (de) * 1998-03-25 1999-09-30 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Reaktoreinheit für eine katalytische chemische Reaktion, insbesondere zur katalytischen Methanolreformierung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2791007B1 (de) Luftfahrzeug mit einem triebwerk, einem brennstofftank und einer brennstoffzelle
DE19635008C2 (de) Brennstoffzellensystem
EP1082773B1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum erzeugen elektrischer energie mittels eines brennstoffzellensystems
DE60207767T2 (de) Methode und Apparat zur Gasreinigung in Energieumwandlungssystemen
DE10120018A1 (de) Brennstoffzellensystem mit einem kompakten Wasserabscheider
EP1705739B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems
EP1082774B1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum erzeugen elektrischer energie mittels eines brennstoffzellensystems
DE2918116A1 (de) Verfahren und vorrichtung fuer die elektrolytische trennung der bestandteile eines gasgemisches
DE102016009932A1 (de) Vorrichtung zur Luftversorgung einer Brennstoffzelle
DE102009009673A1 (de) Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle
WO2000024076A1 (de) Behälter zur aufnahme eines betriebsmittels für den betrieb von brennstoffzellen
DE102019111289A1 (de) Co2-trennsystem zum einbau in ein fahrzeug, welches einen verbrennungsmotor als eine energiequelle verwendet
DE10019781A1 (de) Aggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug
WO2008116604A1 (de) Brennstoffzelle sowie verfahren zu deren herstellung
WO1999054948A1 (de) Verfahren und anlage zur entfernung von kohlenmonoxid aus einem wasserstoffhaltigen reformatgasstrom
DE10019780A1 (de) Aggregat, insbesondere Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug
DE60102990T2 (de) Entschwefelung von Brennstoffen für Brennstoffzellensysteme mittels einer Schwefel Trennungsmembrane
DE10251567A1 (de) Brennstoffzellenanlage mit einer Membraneinheit
WO2004079846A2 (de) Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer brennstoffzelle und einem gaserzeugungssystem
DE102019215891A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Wasserstoffkomprimierung
DE10232757B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Befeuchtung eines Gasstroms
DE102020111347A1 (de) Feuchteübertragungsschicht, Speicherbefeuchter, Brennstoffzellenvorrichtung und Kraftfahrzeug
DE19710839A1 (de) Verfahren zur Reduzierung von Schadstoffen in Verbrennungsabgasen von Verbrennungsmotoren
WO2008083706A1 (de) Brennstoff zellensystem mit emissionsminderung
DE102017220362A1 (de) Befeuchtermodul für ein Brennstoffzellensystem, Brennstoffzellensystem, Verfahren zum Regenerieren eines Befeuchtermoduls sowie Fahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: H01M 8/06 AFI20051017BHDE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee