DE10147367A1

DE10147367A1 - Brennstoffzellenbetriebseinrichtung

Info

Publication number: DE10147367A1
Application number: DE10147367A
Authority: DE
Inventors: Hans-Frieder Walz
Original assignee: Ballard Power Systems AG; Siemens VDO Electric Drives Inc
Current assignee: Mercedes Benz Fuel Cell GmbH
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenbetriebseinrichtung mit verschiedenen Prozesseinrichtungen 1 bis 6, die durch Fluidleitungen 7 untereinander verbunden sind. Um die Diagnose dieser Brennstoffzellenbetriebseinrichtung zu vereinfachen, sind an einzelne Fluidleitungen 7 Abzweigleitungen 8 oder 8.1 angeschlossen, die in einem gemeinsamen Fluidkuppelteil 9 zusammengeführt sind und die über ein Gegenkuppelteil 11 mit einer Messeinrichtung 10 verbunden oder abgeschlossen bzw. überbrückt werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzellenbetriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Es ist bei Brennstoffzellenbetriebseinrichtungen bekannt (DE 197 31 642 C1), Prozesseinrichtungen, wie z. B. eine Brennstoffdosiereinrichtung, einen Gemischverdampfer, einen Gasreformer, einen Gasreiniger, eine Brennstoffzelle und einen katalytischer Nachverbrenner, so über Fluidleitungen untereinander zu verbinden, daß ein zumindest weitgehend abgasfreier Betrieb der Brennstoffzelle erreicht wird. Die hierfür notwendigen Prozessparameter können bei der Herstellung bereits eingestellt werden. Erfahrungsgemäß ist jedoch nach einer gewissen Betriebsdauer eine Überprüfung und nötigenfalls eine Nachjustierung dieser Prozessparameter notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einer gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs ausgebildeten Brennstoffzellenbetriebseinrichtung Maßnahmen zu treffen, durch welche auf einfache Weise eine Ermittlung der aktuellen Prozesskenndaten möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus zusätzlichen Ansprüchen.

Bei einem Aufbau einer Brennstoffzellenbetriebseinrichtung gemäß der Erfindung sind jedenfalls an Fluidleitungen, an welchen Prozesskenndaten feststellbar sind, Abzweigleitungen angeschlossen, die im normalen Betriebsfall an ihren freien Enden verschlossen sind. Es tritt dadurch keine Beeinflussung des Betriebsprozesses ein, wie er im normalen Betrieb abläuft. Für den Kundendienstfall oder zu Überprüfungszwecken sind in vorteilhafter Weise die freien Enden der Abzweigleitungen zusätzlich räumlich zusammengefasst und in einem Fluidkuppelteil vereinigt. Dadurch müssen in diesem Fall keine Einzelleitungen zu ggf. schwer zugänglichen und möglicherweise heißen Abzweigverschraubungen an den jeweiligen Fluidleitungen verlegt werden, so daß auch Fehlanschlüsse vermieden werden. Da dieser Fluidkuppelteil an gut zugänglicher Stelle angeordnet werden kann, können dort in einfacher und übersichtlicher Weise einzelne Messleitungen von Mess- oder Analysegeräten angeschlossen werden. Andernfalls kann jedes Ende einer Fluidleitung dicht verschlossen werden.

In besonders vorteilhafter Weise können die offenen Enden der Abzweigleitungen entweder mit einem angepassten Gegenkupplungsteil gemeinsam für den Normalbetrieb verschlossen oder überbrückt werden oder sie werden bei Wartungsarbeiten über Messleitungen, die alle an einem zusätzlichen Gegenkuppelteil angeordnet sind, an Mess- oder Analysegeräte eines Messplatzes angeschlossen.

Fluidleitungen können im Bedarfsfall nach Art von Abzweigleitungen aber auch als Schleife zum Fluidkuppelteil geführt und dort unterbrochen sein, wenn der gesamte oder ein Teil des Fluidstroms dieser Fluidleitung für die Diagnoseaufgaben oder zur Überprüfung zur Verfügung stehen muss. Dann sind jedoch die entsprechenden Öffnungspaare der betreffenden Fluidleitungen im normalen Betriebsfall mittels eines einzelnen Überströmkanals verbunden. Ein solcher Überströmkanal ist dann auch in einem Gegenkuppelteil ausgebildet, das die freien Enden aller übrigen Abzweigleitungen verschließt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Skizzen einer als Ausführungsbeispiel dargestellten Brennstoffzellenbetriebseinrichtung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Brennstoffzellenbetriebseinrichtung mit einer Diagnoseeinrichtung und
Fig. 2 ein Gegenkuppelteil für die Diagnoseeinrichtung.
In einer Brennstoffzellenbetriebseinrichtung liegen beispielsweise in einer Serienschaltung eine Brennstoffdosiereinrichtung 1 für die Vermischung von flüssigem Methanol mit Wasser, ein Gemischverdampfer 2 zur Erzeugung eines gasförmigen Methanol-Wasser-Gemisches, ein Gasreformer 3 zur Bereitstellung von Reformatgas mit einem hohen Anteil von Wasserstoff H2, ein Gasreiniger 4 zur Entfernung störender Gasbestandteile, wie z. B. Kohlenmonoxid CO aus dem Reformatgas, eine Brennstoffzelle 5 zur Erzeugung von elektrischem Strom für den Antrieb z. B. eines Fahrzeuges und ein katalytischer Nachverbrenner 6 zur Umwandlung von im Anodenabgas der Brennstoffzelle 5 enthaltenen Schadstoffen in unschädliche Komponenten. Der Verbindung der vorgenannten Prozesseinrichtungen untereinander und mit weiteren nicht dargestellten Anlagenteilen dienen Fluidleitungen 7. In die einzelnen Fluidleitungen 7 sind Abzweige eingebaut, von welchen Abzweigleitungen 8 zu einem gemeinsamen Fluidkuppelteil 9 führen und darin mechanisch fest miteinander verbunden sind.
Die Endöffnungen der Abzweigleitungen 8 münden frei in dem Fluidkuppelteil 9 aus.
Wird aus einem Fluidstrom zu Diagnosezwecken ein Teilstrom abgezweigt und wieder in diesen Fluidstrom zurückgeleitet, wie es an der Fluidleitung 7 zwischen dem Gasreformer 3 und dem Gasreiniger 4 dargestellt ist, dann führen von der betreffenden Fluidleitung 7 zwei Abzweigleitungen 8.1 zum Fluidkuppelteil 9. Dabei kann im Bedarfsfall auch der gesamte Fluidstrom an dieser Stelle über die Abzweigleitungen 8.1 geleitet werden, wobei in diesem Fall die Fluidleitung 7 nach Art einer Schleife geführt ist. In diese Fluidleitung 7 kann parallel zu den beiden Abzweigleitungen 8.1 auch ein ggf. regelbares Ventil eingeschaltet sein, mit dem der Anteil des über die Abzweigleitungen 8.1 zu führenden Fluidstromes verändert werden kann. Eine Anordnung dieser Art kann an jeder anderen Abzweigleitung 7 im Bedarfsfall realisiert werden.
Im Fluidkuppelteil 9 stehen alle Endöffnungen der Abzweigleitungen 8 und 8.1 an zentraler Stelle gemeinsam zu Diagnose-, Mess- oder Überwachungszwecken zur Verfügung. An Stelle von einzelnen Kuppeleinrichtungen und zugehörigen Rohrleitungen oder Schläuchen kann gemäß Fig. 1 zum Verbindung mit einem oder mehreren Mess-, Analyse- oder Überwachungsgerät/en 10 in vorteilhafter Weise ein Gegenkuppelteil 11 passend zum Fluidkuppelteil 9 vorgesehen werden. Das Gegenkuppelteil 11 ist für diesen Zweck als Anschlusskuppelteil ausgebildet und umfasst eine der Zahl von Abzweigleitungen 8 und 8.1 entsprechende Zahl von Rohrleitungen 12 oder Schläuchen, die ihrerseits an einzelne oder in einer Einheit 10 zusammengefasste Mess-, Analyse- und/oder Überwachungsgeräte fluidtechnisch angeschlossen sind. Durch Kuppeln des Fluidkuppelteils 9 mit dem Gegenkuppelteil 11 wird die Einheit 10 mit den Abzweigleitungen 7 8, 8.1 verbunden.
Verwechslungen beim Anschließen der Geräte sind dadurch ausgeschlossen und es können auf einfache Art Prozessdaten aus den einzelnen Fluidströmen in der Brennstoffzellenbetriebseinrichtung gewonnen, ausgewertet und zur Optimierung des Betriebsprozesses herangezogen werden. Messdaten können dabei der Lambda-Wert vor der Brennstoffdosiereinrichtung 1, das Brennstoff- Mischungsverhältnis M vor dem Brennstoffverdampfer 2, die Gemischtemperatur T nach dem Brennstoffverdampfer 2, die Temperatur des verdampften Methanol-Wasser-Gemisches TMeOH nach dem Gasreformer 3, der Kohlenstoffmonoxidanteil CO nach dem Gasreiniger 4, ein Volumenstrom V, der Wasserstoffgehalt H2 nach der Brennstoffzelle 5, der Sauerstoffgehalt O2 nach dem katalytischen Nachverbrenner 6 oder andere Prozessparameter sein.
Werden keine Prozessdaten benötigt, kann der als Anschlusskuppelteil dienende Gegenkuppelteil 11 von dem Fluidkuppelteil 9 abgenommen und dafür ein Abschlusskuppelteil als Gegenkuppelteil 11 entsprechend Fig. 2 an den Fluidkuppelteil 9 angesetzt werden. Dieser Abschlusskuppelteil weist Verschlussstücke 14 auf, welche die zugehörigen Endöffnungen der Abzweigleitungen 8 verschließen, während für die Abzweigleitungen 8.1 ein Überströmkanal 15 vorgesehen ist, der die Fluidleitungen 8.1 fluidisch überbrückt und so das direkte Rückströmen des abgezweigten Fluidstromes bewerkstelligt. Unter normalen Betriebsbedingungen der Brennstoffzellenbetriebseinrichtung braucht somit nur der Fluidkuppelteil 9 mit dem als Abschlusskuppelteil ausgebildeten Gegenkuppelteil 11 abgeschlossen zu werden, was in einfacher Weise mit einem Handgriff erledigt ist.

Claims

1. Brennstoffzellenbetriebseinrichtung mit einer Mehrzahl von Prozesseinrichtungen, wie einer Brennstoffdosiereinrichtung, einem Gemischverdampfer, einem Gasreformer, einem Gasreiniger, einer Brennstoffzelle und einem katalytischen Nachverbrenner, die über Fluidleitungen untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an einzelne Fluidleitungen (7) Abzweigleitungen (8 oder 8.1) angeschlossen sind, deren Enden gemeinsam in einen Fluidkuppelteil (9) geführt und darin gehalten sind.

2. Brennstoffzellenbetriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fluidkuppelteil (9) wahlweise entweder ein als Abschlusskuppelteil ausgebildeter Gegenkuppelteil (11) oder ein als Anschlusskuppelteil ausgebildeter Gegenkuppelteil (11) anschließbar ist.

3. Brennstoffzellenbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß von dem als Anschlusskuppelteil ausgebildeter Gegenkuppelteil (11) Rohrleitungen (12) wegführen, die mit Fluidleitungen (8 und/oder 8.1) in Strömungsverbindung stehen und die zu Mess- und/oder Analysegeräten (10) geführt sind.

4. Brennstoffzellenbetriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Fluidleitungen (7) über Abzweigleitungen (8.1) nach Art einer Schleife in den Fluidkuppelteil (9) geführt sowie in dem Fluidkuppelteil (9) unterbrochen sind und
daß der als Abschlusskuppelteil ausgebildete Gegenkuppelteil (11) einen die Enden dieser Abzweigleitungen (8.1) verbindenden Überströmkanal (15) enthält.

5. Brennstoffzellenbetriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im als Abschlusskuppelteil ausgebildeten Gegenkuppelteil (11) den freien Enden von Abzweigleitungen (8) Verschlussstücke (14) zugeordnet sind.