DE102005052535B4

DE102005052535B4 - Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem mit Desoxidationsbehälter

Info

Publication number: DE102005052535B4
Application number: DE102005052535A
Authority: DE
Inventors: Mitsuaki Nakata; Hideo Maeda; Hidenori Koseki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2025-11-04
Also published as: US20060228611A1; DE102005052535A1; JP2006294466A; CN1848499A; CN100409476C

Abstract

Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem, umfassend
– ein Wasserstoffzuführsystem (2), das zur Zuführung von Wasserstoff enthaltendem Brenngas ausgebildet ist;
– eine Brennstoffzelle (1), die zum Erzeugen von elektrischer Energie aus dem Wasserstoff ausgebildet ist, der von dem Wasserstoffzuführsystem (2) zugeführt wird;
– einen ersten Behälter (8), der einen Desoxidator (15) enthält, der zum Entfernen von Sauerstoff aus einem in dem ersten Behälter (8) gespeicherten, Sauerstoff führenden Druckgas ausgebildet ist;
– einen Vorverdichter (13), der zur Zuführung von Sauerstoff führendem Druckgas mit einem über Atmosphärendruck liegenden Druck zu dem ersten Behälter (8) ausgebildet ist;
– eine Inertgasleitung (16), die ausgebildet ist, um Inertgas von dem ersten Behälter (8) zu dem Wasserstoffzuführsystem (2) zu leiten; und
ein erstes Absperrventil (17), das in der Inertgasleitung (16) angeordnet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem und speziell ein System, das Stickgas, das entflammbares Gas ersetzt, in einem Untersystem erzeugt, das eine Anodenelektrode der Brennstoffzelle und/oder eine Brennstoffrefomiereinheit aufweist, wenn das System abgeschaltet ist, oder das ein Ansaugen von Luft in das Untersystem infolge eines Temperaturabfalls verhindert.
ERÖRTERUNG DES HINTERGRUNDS
Ein bekanntes Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem hat einen Zylinder mit inaktivem Gas bzw. Inertgas, um entflammbares Gas in dem Untersystem zu ersetzen, wenn das System angehalten wird, oder um ein Ansaugen von Luft in das Untersystem infolge eines Temperaturabfalls zu verhindern. Wenn das entflammbare Gas ersetzt wird, schiebt das Inertgas das entflammbare Gas aus dem System hinaus.
Das Hinzufügen des Zylinders mit Inertgas vergrößert die Zahl der Zusatzeinrichtungen und erhöht den Aufwand bei der Handhabung des Gases in dem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem. Daher wird ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem untersucht, das Inertgas im System selber erzeugt. Beispielsweise zeigt die veröffentlichte JP-Patentanmeldung Nr. H06-203865 A ein System, das zuerst ein Sauerstoff führendes Gas mit einer Sauerstoffentfernungsvorrichtung desoxidiert, die einen Desoxidator aufweist, während das Gas umgewälzt wird. Dann speichert das System das erzeugte Inertgas (Stickgas) in einem Speicherbehälter, um das Gas zum Ersetzen des entflammbaren Gases in dem Untersystem zu verwenden.
Bei dem vorstehenden Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem, das Stickgas erzeugt, ist für den Desoxidator eine ausreichende Desoxidationsreaktionsrate relativ zu der Durchflußrate des Sauerstoff führenden Gases, das in der Sauerstoffentfernungsvorrichtung zirkuliert, erforderlich. Außerdem nimmt der Wirkungsgrad des Desoxidators durch die wiederholte Verwendung des Desoxidators bei Redoxreaktionen ab. Somit benötigt dieses System eine große Menge an Desoxidator hoher Güte.
Die JP 07-169493 A offenbart, dem Abgas einer Brennstoffzelle mit einem Adsorptionsmittel Restsauerstoff zu entziehen und mit Hilfe eines Verdichters das entstandene Gas unter Druck in einem Tank zu lagern. Aus der EP 1 513 207 A1 ist es bereits prinzipiell bekannt, Gas aus dem Abgas eines Brennstoffzellensystems mit Reformer herzustellen, insbesondere mit Hilfe eines heizbaren Reduktionsmittels.
Es besteht daher eine bisher nicht angesprochene Notwendigkeit, sich zumindest mit den vorgenannten Mängeln und Unzulänglichkeiten zu befassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist ein Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem einen Behälter auf, der einen Desoxidator enthält. Der Desoxidator erzeugt ein Inertgas zur Verwendung in dem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem. Zusätzlich weist das System einen Vorschaltverdichter auf, der den Behälter mit Druckgas füllt. Das Druckgas wird von dem Desoxidator in dem Behälter desoxidiert, um das Inertgas zu erzeugen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das System eine Desoxidationsgasleitung auf. Diese Leitung liefert Desoxidationsgas zu dem Behälter, um den Desoxidator im Behälterinneren zu desoxidieren.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile an Hand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
1 ein Blockbild, das einen Aufbau eines Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockbild, das einen Aufbau eines Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
3 ein Blockbild, das einen Aufbau eines Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 ist ein Blockbild des beispielhaften Aufbaus eines Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Systemtyp kann während des Tages an Orten wie Supermärkten und Firmen verwendet werden, die bei Tag einen hohen Verbrauch an elektrischer Energie haben. Wenn das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem täglich ein- und ausgeschaltet wird, wird es im allgemeinen bevorzugt, das verwendete Inertgas mit geringem Kostenaufwand dann zu erzeugen, wenn das System ausgeschaltet ist.
Wie 1 zeigt, weist das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem eine feste Polymerbrennstoffzelle 1 auf als Brennstoffzelle zum Erzeugen von Elektrizität durch Verwendung einer Wasserstoff- und Brennstoff-Reformiereinheit 2 zur Umwandlung von Stadtgas in Brenngas, das infolge einer Dampfreformierungsreaktion hauptsächlich Wasserstoff aufweist. Das System von 1 weist ferner auf: ein Stadtgaszuführsystem 3 für die Zuführung des Stadtgases als Rohstoff zu der Brennstoffreformiereinheit 2, ein Wasserzuführsystem 4 für die Zuführung von Wasser zu der Brennstoffreformiereinheit 2, eine Rohstoffzuführleitung 5 zum Vermischen des Stadtgases und des Wassers und Leiten dieses Stroms in die Brennstoffreformiereinheit 2, eine Brenngaszuführleitung 6 zum Leiten des Brenngases (das hauptsächlich aus Wasserstoff besteht und von der Brennstoffreformiereinheit 2 erzeugt wird) in die feste Polymerbrennstoffzelle 1 und ein Luftzuführsystem 7 zum Zuführen von Luft zu der festen Polymerbrennstoffzelle 1. Das System von 1 hat ferner einen Behälter 8 (erster Behälter) zum Speichern von Inertgas, das der Festpolymer-Brennstoffzelle 1 und der Brennstoffreformiereinheit 2 beispielsweise zugeführt wird, um das entflammbare Gas in dem Untersystem zu ersetzen, wenn das System ausgeschaltet wird, oder um ein Ansaugen von Luft in das Untersystem infolge eines Temperaturabfalls zu verhindern.
Bei diesem Beispiel wird der Brennstoffreformiereinheit 2 Stadtgas als Rohmaterial zugeführt, das mit Wasser vermischt ist. Die Brennstoffreformiereinheit 2 erzeugt das Brenngas, das hauptsächlich Wasserstoff ist, durch eine Dampfreformierungsreaktion. Dann liefert die Brennstoffreformiereinheit 2 das Brenngas an eine Anode 1A der Festpolymer-Brennstoffzelle 1. Zusätzlich liefert das Luftzuführsystem 7 Luft zu der Kathode 1B der Festpolymer-Brennstoffzelle. Die Festpolymer-Brennstoffzelle 1 erzeugt Elektrizität durch Umsetzen von Wasserstoff und Sauerstoff in Luft nach den folgenden Reaktionsgleichungen: H₂ → 2H⁺ + 2e^– (1) 1/2 × O₂ + 2H⁺ + 2e^– → H₂O (2)
Die Reaktion (1) läuft an der Anode 1A ab, und aus der Reaktion (1) erhaltene Elektronen werden außerhalb des Systems von 1 als Elektrizität genutzt. Die verbrauchten Elektronen erreichen die Kathode 1B, und die Reaktion (2) läuft zwischen Sauerstoff und den Wasserstoffionen (H+) ab, die das Innere der Festpolymer-Brennstoffzelle 1 durchlaufen haben.
Die Erzeugung von Wasserstoff mittels der Dampfreformierungsreaktion in der Brennstoffreformiereinheit 2 erfolgt bei ungefähr 700°C, was normalerweise eine gewisse Reaktionswärme erforderlich macht. Die Brennstoffreformiereinheit 2 weist einen Brenner 2A auf, der die Temperatur der Brennstoffreformiereinheit 2 auf ungefähr 700°C erhöht und die Reaktionswärme liefert. Der Brenner 2A verbrennt das Anodenabgas, das Wasserstoff enthält. Die Anodenabgaszuführleitung 9 liefert das Anodenabgas an den Brenner 2A.
Das beispielhafte System von 1 weist ein Absperrventil 10 zwischen dem Stadtgaszuführsystem 3 und der Rohmaterialzuführleitung 5 auf. Außerdem ist ein Absperrventil 11 zwischen dem Wasserzuführsystem 4 und der Rohmaterialzuführleitung 5 vorgesehen, um die Zufuhr von Stadtgas und Wasser zu der Brennstoffreformiereinheit 2 zu unterbrechen, wenn das System abgeschaltet wird. Das Absperrventil 12 in der Anodenabgaszuführleitung 9 sperrt den Anodenabgasstrom ab, wenn das System abgeschaltet wird. Wenn irrtümlich Luft in die Brennstoffreformiereinheit 2 eintritt, während das System abgeschaltet ist, führt dies zu einer Leistungsverschlechterung infolge der Oxidation des Katalysators. Somit wird Stickgas in dem Untersystem eingekapselt, wenn das System abgeschaltet wird. Der Bereich von den Absperrventilen 10 und 11, die an der Aufstromseite der Rohmaterialzuführleitung 5 liegen, bis zu dem Absperrventil 12, das an der Abstromseite der Anode 1A liegt, wird als Untersystem bezeichnet. Der Verdichter bzw. Kompressor 13 erhöht des Druck der Luft, die in diesem Beispiel als das Sauerstoff führende Gas genutzt wird. Der Kompressor 13 wird als ein Vorschaltverdichter verwendet. Die von dem Kompressor 13 verdichtete Luft wird in dem Behälter 8 durch das Absperrventil 14 gespeichert. Die Leistungsfähigkeit des Behälters 8 ist für mehrere Liter pro erzeugter Ausgangsleistung von ungefähr 10 kW ausgelegt.
Der Behälter 8 ist mit Desoxidator 15 gefüllt. Der Desoxidator ist jedes geeignete Material, das Sauerstoff dadurch entfernt, daß es oxidiert wird. Beispielsweise kann der Desoxidator 15 Metallpulver oder Rohmaterial etwa von Kupfer, Eisen und Nickel oder Formmaterial aus Metallpulver und Keramik sein. Der Behälter 8 befindet sich der Brennstoffreformiereinheit 2 benachbart, so daß Wärme von der Brennstoffreformiereinheit 2 zu dem Behälter 8 geleitet wird. Der Behälter 8 ist außerdem an einer geeigneten Position vorgesehen, so daß die Temperatur des Desoxidators 15 in dem Behälter z. B. auf 100°C gehalten wird, während gleichzeitig die Brennstoffreformiereinheit 2 und die Festpolymer-Brennstoffzelle 1 in Betrieb sind. Die Position des Behälters kann in Abhängigkeit entweder von der Brennstoffreformiereinheit 2 oder der Festpolymer-Brennstoffzelle 1 oder beiden bestimmt sein. Die Betriebstemperatur des Desoxidators 15 wird eingestellt unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit der für die Redoxreaktion erforderlichen katalytischen Substanz. Gas, das durch Entfernen von Sauerstoff mit dem Desoxidator 15 aus der Luft im Behälter 8 erzeugt wird und im wesentlichen Stickstoff aufweist, wird nachstehend als durch Desoxidation erzeugtes Stickgas (GBD-Stickgas) bezeichnet. Das GBD-Stickgas ist ein inaktives Gas bzw. Inertgas.
Wie oben beschrieben wird, ist es möglich, die Verwendung einer zusätzlichen Wärmequelle zu vermeiden und den Energiewirkungsgrad des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems zu verbessern, indem die Wärme von dem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem genutzt wird, um den Temperaturzustand herzustellen, unter dem die Oxidationsreaktion und die Reduktionsreaktion durch den Desoxidator 15 in dem Behälter 8 effizient ablaufen.
Eine GBD-Stickgaszuführleitung 16 (eine Inertgasleitung) verbindet den Behälter 8 und die Rohmaterialzuführleitung 5 über ein Absperrventil 17 (erstes Absperrventil). Wenn das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem unterbrochen wird, werden die Rohmaterialzuführleitung 5, die Brennstoffreformiereinheit 2, die Brenngaszuführleitung 6, die Festpolymer-Brennstoffzelle 1 und die Anodenabgaszuführleitung 9 mit dem GBD-Stickgas gefüllt durch Öffnen des Absperrventils 17, wodurch das GBD-Stickgas durch die GBD-Stickgaszuführleitung 16 strömen kann.
Um einen Teil des Brenngases für die Desoxidation des Desoxidators 15 (d. h. das Entfernen von Sauerstoff von diesem) zu verwenden, weist das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem von 1 eine Desoxidationsgaszuführleitung 19 als eine Des Oxidationsgasleitung auf, die von der Brenngaszuführleitung 6 abzweigt und mit dem Behälter 8 über ein Absperrventil 18 verbunden ist. Das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem weist ferner eine Desoxidationsgasauslaßleitung 20 auf für die Rückführung des aus dem Behälter 8 austretenden Gases zu einer Stelle entlang der Anodenabgaszuführleitung 9. In die Desoxidationsgasauslaßleitung 20 ist ein Absperrventil 21 eingefügt.
Als nächstes wird die Betriebsweise der Ausführungsform erläutert. Diese Betriebsweise ist ebenfalls ein Beispiel des Betriebs und soll den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
Zur Desoxidation des Desoxidators 15 während des Betriebs der Brennstoffreformiereinheit 2 werden nur für eine vorgegebene Zeitdauer das Absperrventil 18 und das Absperrventil 21 geöffnet gehalten, und das Absperrventil 14 und das Absperrventil 17 werden geschlossen gehalten. Beispielsweise kann diese vorgegebene Zeitdauer zwischen einigen zehn Minuten und mehreren Stunden liegen. Während dieses vorgegebenen Zeitraums wird dem Behälter 8 ein Teil des Brenngases, das hauptsächlich Wasserstoff ist, zugeführt. Der Desoxidator 15 wird durch das Brenngas desoxidiert, und dadurch wird die Funktionsfähigkeit des Desoxidators 15 wieder hergestellt. Nichtumgesetzter Wasserstoff, der aus dem Behälter 8 austritt, wird am Brenner 2A verbrannt. Im Hinblick auf die Verbesserung des Wirkungsgrads des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems ist es erwünscht, eine Durchflußsteuereinrichtung (nicht gezeigt) wie etwa eine Blende an der Desoxidationsgaszuführleitung 19 oder der Desoxidationsgasauslaßleitung 20 einzubauen, um ein geeignetes Durchflußvolumen einzustellen, das weder zu groß noch zu gering ist.
Nach Desoxidation des Desoxidators 15 werden die Absperrventile 18 und 21 geschlossen, das Absperrventil 14 wird geöffnet, und Druckluft wird dem Behälter 8 vom Kompressor 13 zugeführt. Nach der Zufuhr von Luft zum Behälter 8 bis zum oberen Druckgrenzwert des Behälters 8 (beispielsweise bis zu einem Druck von 10 at) wird der Kompressor 13 abgeschaltet und das Absperrventil 14 geschlossen. Die dem Behälter 8 zugeführte Luft wird durch Desoxidation mit dem Desoxidator 15 zu dem GBD-Stickgas (dem Inertgas) umgewandelt und in dem Behälter 8 gespeichert.
Da durch die Desoxidation Sauerstoff aus der Luft entfernt wird, wird der Druck des Gases in dem Behälter 8 niedriger als die obere Druckgrenze, die erreicht wurde, als die Luft in den Behälter 8 zugeführt wurde. Unter der Annahme einer Sauerstoffkonzentration α (im vorliegenden Fall z. B. 20%) fällt der Druck auf das (1 – α)fache durch Entfernen des größten Teils des Sauerstoffs. Wenn der Druck auf einen vorgegebenen Pegel abfällt, wird dem Behälter 8 vom Kompressor 13 durch erneutes Öffnen des Absperrventils 14 Druckluft zugeführt. Durch Wiederholen des Vorgangs, bei dem der Kompressor 13 abgeschaltet und das Absperrventil 14 geschlossen wird, nachdem die Luft dem Behälter 8 bis zur Druckobergrenze des Behälters 8 zugeführt wurde, ist es möglich, Stickgas zu speichern, das die obere Druckgrenze im Behälter 8 nahezu erreicht hat. Nach dem Warten auf den Abschluß der Desoxidation durch den Desoxidator 15 im Behälter 8 ist der Behälter 8 mit GBD-Stickgas gefüllt.
Nach dem ersten Befüllen mit Luft wird dem Behälter 8 eine Luftmenge gleich dem Volumen des Behälters 8 unter der Druckobergrenze desselben zugeführt. Andererseits wird beim zweiten Befüllen mit Luft oder später dem Behälter 8 Luft zugeführt, die das gleiche Volumen wie der entfernte Sauerstoff hat. Daher wird das dem Behälter 8 zugeführte Luftvolumen immer kleiner. Angenommen, der Desoxidator 15 entfernt Sauerstoff mit einer Rate, die zu der Wahrscheinlichkeit proportional ist, mit der Sauerstoffmoleküle mit dem Desoxidator 15 in Berührung gelangen (d. h. der Sauerstoffkonzentration), ist es möglich zu sagen, daß in Bezug auf die Sauerstoffkonzentration im Behälter 8 der Logarithmus der Sauerstoffkonzentration proportional zu der Zeit abnimmt. Daher ist die Zeitdauer, die benötigt wird, bis die Sauerstoffkonzentration zu β wird (z. B. das 0,1fache der Sauerstoffkonzentration), unmittelbar nach dem Befüllen konstant und hängt nicht von der Sauerstoffkonzentration ab. Angenommen, daß die Zeitdauer, bis die Sauerstoffkonzentration zu β wird, T ist (z. B. 2 min), die zum Füllen des Behälters mit Luft benötigte Zeit null ist, Luft am Ende jeder Zeitdauer T insgesamt n-mal zugeführt wird (d. h. n ist die Anzahl von Zeitdauern T), eine Sauerstoffkonzentration unmittelbar nach dem Befüllen C(n) ist und eine Sauerstoffkonzentration unmittelbar vor dem nächsten Befüllen D(n) ist, dann bestehen die folgenden Beziehungen.
Da Sauerstoff mit dem Desoxidator 15 entfernt wird, wird die nachstehende Gleichung abgeleitet: D(n) = β × C(n) (3)
Da zusätzliche Luft anstelle des Sauerstoffs eingefüllt wird, der durch den Desoxidator 15 entfernt wurde, wird die nachstehende Gleichung abgeleitet: C(n + 1) = D(n) + (C(n) – D(n)) × α (4)
Auf der Basis der Gleichungen (3) und (4) und der Tatsache, daß C(1) = β unmittelbar nach dem ersten Befüllen ist, werden die folgenden Gleichungen abgeleitet: C(n) = (β + (1 – β) × α)^n-1 × α (5) D(n) = (β + (1 – β) × α)^n-1 × α × β (6)
Wenn die Differenz zwischen dem oberen Druckgrenzwert und dem Druck des Gases in dem Behälter nach dem Entfernen von Sauerstoff unter γ (z. B. 1%) liegt, ist die Wiederholungszahl N, die notwendig ist, um den Behälter 8 mit diesem Gas zu füllen, durch das Minimum n gegeben, das C(n), wie es durch die Gleichung (5) erhalten wird, kleiner als γ machen kann. Wenn β = 0,1, dann ist N gleich 3, und wenn β = 0,01, dann ist N ebenfalls 3. Weil T für β = 0,01 das Zweifache wie T für β = 0,1 wird, ist die Zeitdauer, die zum Abschluß der Wiederholung der Luftbefüllung für β = 0,1 erforderlich ist, kürzer als diejenige für β = 0,01. Der vorstehend angegebene Prozeß läuft zwar nicht exakt so ab, wie in den obigen Gleichungen gezeigt ist, weil es zwischen einigen Sekunden bis zu einigen zehn Sekunden dauert, den Behälter 8 mit Luft zu befüllen, und weil, während der Behälter 8 mit Luft befüllt wird, die Luft von dem Desoxidator 15 desoxidiert wird, aber in der Praxis werden nahezu die gleichen Ergebnisse beobachtet.
GBD-Stickgas, das in dem Behälter 8 erzeugt und gespeichert wurde, wird als Inertgas verwendet, um Gas in dem Untersystem des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems zu ersetzen, wenn die Energieerzeugung unterbrochen wird, oder es wird zum Ergänzen von inaktivem Gas verwendet, um das Ansaugen von Luft zu verhindern, das durch negativen Druck beim Abschalten des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems verursacht wird. Der Austausch von Gas in dem Untersystem durch das Inertgas erfolgt durch Unterbrechen der Rohmaterialzufuhr, indem das Absperrventil 10 und das Absperrventil 11 geschlossen werden und das GBD-Stickgas durch Öffnen des Absperrventils 17 in die Rohmaterialzuführleitung 5 durch die GBD-Stickgaszuführleitung 16 geleitet wird. Es ist möglich, das Volumen des GBD-Stickgasstroms dadurch zu regulieren, daß eine Durchflußsteuereinrichtung (nicht gezeigt) wie etwa eine Blende eingebaut wird. Außerdem kann der Austausch von Gas in dem Untersystem durch das Inertgas nicht nur dann ausgeführt werden, wenn das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem ausgeschaltet ist, sondern auch dann, wenn es eingeschaltet ist.
Auch nachdem das Untersystem mit dem Inertgas befüllt wurde, läßt man das GBD-Stickgas aus dem folgenden Grund in dem Untersystem zirkulieren. Wenn das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem ausgeschaltet wird, wird auch der Verbrennungsvorgang durch den Brenner 2A ausgeschaltet. Dadurch sinkt die Temperatur des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems, und dieser Temperaturabfall reduziert den Gasdruck innerhalb des Untersystems. Deshalb läßt man das GBD-Stickgas in dem Untersystem zirkulieren, um eine Luftansaugung infolge von negativem Druck innerhalb des Untersystems zu verhindern.
Nachdem die Temperatur auf einen geeigneten Wert gefallen ist, werden das Absperrventil 12 und das Absperrventil 17 geschlossen. Andererseits ist es auch möglich, das Untersystem zu einem umschlossenen Raum zu machen, indem das Absperrventil 12 und das Absperrventil 17 geschlossen werden, bevor die Temperatur auf diesen Wert sinkt, und dem Untersystem das GBD-Stickgas, das höheren Druck als Atmosphärendruck hat, über eine Drucksteuerungseinrichtung zuzuführen. Das erlaubt dem Untersystem die Aufrechterhaltung eines geeigneten Drucks, der höher als Atmosphärendruck ist, auch nach dem durch den Temperaturabfall bedingten Druckabfall.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird der Desoxidator 15 in dem Behälter 8 angebracht, und Sauerstoff führendes Druckgas, das in dem Behälter 8 gespeichert ist, wird desoxidiert. Nachstehend wird das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform als ”Ruhesystemverfahren” bezeichnet. Andere Systeme, bei denen das Sauerstoff führende Gas zuerst desoxidiert wird, indem es durch einen Desoxidator zirkuliert, und danach das desoxidierte Gas in dem Behälter gespeichert wird, wenden das ”Zirkulationssystemverfahren” an.
Bei dem Ruhesystemverfahren ist es möglich, die Kontaktdauer zwischen dem Desoxidator 15, der zu der Desoxidation beiträgt, und dem Sauerstoff führenden Gas dramatisch zu verlängern. Selbst ein Desoxidator 15, der eine schlechte Desoxidationsrate hat, kann eine ausreichende Desoxidation ausführen. Es ist also nicht erforderlich, einen Desoxidator 15 hoher Güte zu verwenden, und es ist möglich, die Menge an Desoxidator 15 zu verringern.
Die Menge an Desoxidator 15, die von dem Zirkulationssystemverfahren und dem Ruhesystemverfahren benötigt wird, wird wie folgt erläutert. Zuerst werden die Grundlagen der Desoxidationsreaktion erläutert. Der Desoxidator 15 besteht aus räumlich verteilten Materialien, die Sauerstoff absorbieren können. Bei beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung kann ein Katalysator der Kupferserie eingesetzt werden, und die Desoxidationsreaktion kann bei 100°C ablaufen. Das Volumen von 150 g Desoxidator 15 ist ungefähr 0,15 Liter. Wenn Luft für eineinhalb Minuten mit den 150 g Desoxidator 15 in Kontakt gelangt, wird die Sauerstoffkonzentration auf 0,1% reduziert. Wenn Luft mit der gleichen Menge Desoxidator, die den gleichen Wirkungsgrad hat, für die gleiche Zeitdauer in Kontakt gelangt, unterscheidet sich die Abnahme der Sauerstoffkonzentration bei dem Ruhesystemverfahren und dem Zirkulationssystemverfahren nicht.
Wenn die Desoxidation nach dem Zirkulationssystemverfahren mit Sauerstoffentfernungseinrichtungen abläuft, die ungefähr 150 g Desoxidator mit einem Volumen von 0,15 Liter haben, und wenn die aktuelle Geschwindigkeit der Luft 0,1 l/min ist, dauert es 50 min, bis 5 l Luft durch die Sauerstoffentfernungseinrichtung gehen. In diesem Fall wird die Sauerstoffkonzentration der Luft, die aus der Sauerstoffentfernungseinrichtung austritt, zu 0,1%, weil die Luft während einer durchschnittlichen Dauer von eineinhalb Minuten in der Sauerstoffentfernungseinrichtung verbleiben kann. Wenn es notwendig ist, die Desoxidation in kürzerer Zeit durchzuführen, muß das Volumen der Sauerstoffentfernungsvorrichtung und das Volumen des Desoxidators 15 vergrößert werden. Wenn z. B. 1500 g Desoxidator, dessen Gewicht und Volumen das Zehnfache des vorhergehenden Beispiels betragen, für die Sauerstoffentfernungsvorrichtung verwendet wird und die aktuelle Geschwindigkeit der Luft 1 l/min ist, wird die Sauerstoffkonzentration der aus der Sauerstoffentfernungsvorrichtung austretenden Luft zu 0,1%.
Als nächstes wird für das Ruhesystemverfahren die Dexoxidation für einen Fall erläutert, in dem 150 g Desoxidator, die ungefähr 0,15 Liter einnehmen, in dem Behälter 8 von 0,5 Liter angeordnet sind und Luft mit einem Druck von 10 at in den Behälter 8 bei 100°C eingefüllt wird. In diesem Fall ist dies äquivalent zum Befüllen des Behälters 8 mit 5 Litern Luft bei 100°C, und das zeitliche Verhältnis des Gases in dem Behälter 8, das mit dem Desoxidator 15 in Kontakt gelangt, wird zu 0,3 (0,15/0,5 = 3). Somit wird die durchschnittliche Zeitdauer, während der die Luft mit dem Desoxidator 15 in Kontakt bleibt, fünf Minuten nach dem Befüllen des Behälters 8 mit Luft zu eineinhalb Minuten, und die Sauerstoffkonzentration in dem Behälter 8 wird zu 0,1%. Die Sauerstoffkonzentration nimmt im Lauf der Zeit immer weiter ab. Andererseits kann, wenn die Desoxidation über einen längeren Zeitraum durchgeführt wird, weniger Desoxidator 15 verwendet werden. Beispielsweise genügen 15 g Desoxidator bei dem Ruhesystemverfahren, um fünfzig Minuten nach dem Befüllen des Behälters 8 die Sauerstoffkonzentration zu 0,1% zu machen.
Da, wie vorstehend gesagt wird, der Desoxidator bei dem Ruhesystemverfahren mit der Druckluft in Kontakt gelangt, ist es möglich, daß das Ruhesystemverfahren im Vergleich mit dem Zirkulationssystemverfahren die Gasmenge erhöht, die mit dem Desoxidator in Kontakt gelangt. Es ist auch möglich, im Vergleich mit dem Zirkulationssystemverfahren die erforderliche Desoxidatormenge zum Erzeugen der gleichen Menge an desoxidiertem Gas während der gleichen Zeitdauer zu verringern. Da unter dem Ruhesystemverfahren die Desoxidation erfolgt, während gleichzeitig Luft in dem Behälter 8 gespeichert wird, ist es außerdem möglich, die Desoxidation über einen längeren Zeitraum durchzuführen. Es ist somit möglich, weniger Desoxidator zu verwenden und gleichzeitig über einen längeren Zeitraum die Desoxidation durchzuführen.
Außerdem ist es bei dem Ruhesystemverfahren möglich, Desoxidatoren einzusetzen, die eine niedrige Desoxidationsreaktionsrate haben, und es ist möglich, billigere poröse Metallgranulate anstelle eines hochdispersen metallbasierten Katalysators hoher Güte zu verwenden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde das Beispiel eines Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems erläutert, das die Brennstoffreformiereinheit 2 hat, die Rohmaterial (z. B. Kohlenwasserstoff) wie etwa Stadtgas in Brennstoffgas umwandelt, das hauptsächlich Wasserstoff aufweist. Die vorliegende Erfindung ist aber auch bei einem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem anwendbar, das ein Wasserstoffzuführsystem als Wasserstoffversorgung für die Zufuhr von Wasserstoff zu der Brennstoffzelle hat.
Außerdem können die Leitung und das Absperrventil, die zum Ersetzen von Gas innerhalb des Untersystems durch das Inertgas dienen, ebenfalls als Leitung und als Absperrventil für die Zirkulation des Brennstoffgases zur Desoxidation des Desoxidators 15 verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, Gas in dem Untersystem durch das Inertgas zu ersetzen durch Weglassen der GBD-Stickgaszuführleitung 16 und des Absperrventils 17, indem das Absperrventil 18 geöffnet und das Absperrventil 21 geschlossen wird. Es ist auch möglich, dem Untersystem das Inertgas zuzuführen, ohne die GBD-Stickgaszuführleitung 16 und das Absperrventil 17 wegzulassen, indem sowohl das Absperrventil 18 als auch das Absperrventil 17 geöffnet werden und das Absperrventil 21 geschlossen wird.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet zwar eine Konstruktion, bei der das während der Desoxidation des Desoxidators 15 aus dem Behälter 8 austretende Gas zu dem Brenner 2A geleitet wird; es ist aber auch möglich, das Gas einer Eingangsseite der Anode 1A der Brennstoffzelle zuzuführen. Anstatt das Absperrventil 18 während der Desoxidation des Desoxidators 15 geöffnet zu halten, ist es auch möglich, das Absperrventil 18 periodisch zu schließen und die Desoxidation mit in dem Behälter 8 verbliebenen Wasserstoff durchzuführen. Das ermöglicht die effiziente Nutzung von Wasserstoff für die Desoxidationsreaktion. Auch kann die Durchführung des letzten Teils der Desoxidation mit dem im Behälter 8 verbliebenen Wasserstoff die Wasserstoffkonzentration in dem Behälter 8 verringern. Das ermöglicht es, die Gefahr einer sehr raschen Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff zu verringern, wenn das zu der Desoxidation beitragende Sauerstoff führende Gas zugeführt wird. Da es möglich ist, den durch die Diffusion des Brennstoffgases bedingten Anstieg der Konzentration von Wasserstoff zu verhindern, ist es effizienter, den Desoxidationsvorgang durch Schließen des Absperrventils 18 durchzuführen. Die Wirkung, die durch eine intermittierende Zuführung des Gases für die Desoxidation erzielt wird, ist anderen Systemen gemeinsam, die ein von Wasserstoffverschiedenes Gas verwenden.
Die vorliegende Ausführungsform wendet zwar ein Verfahren zum Erzeugen des GBD-Stickgases während der gleichzeitigen Erzeugung von Energie durch das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem an, aber jeder Zeitpunkt ist zum Erzeugen des GBD-Stickgases geeignet, wenn der Desoxidator 15 in einem desoxidierten Zustand ist und eine Funktion zum Entfernen von Sauerstoff hat. Beispielsweise kann das GBD-Stickgas nach der Unterbrechung der Energieerzeugung erzeugt werden, es kann erzeugt werden, wenn das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem eingeschaltet wird, oder es kann zu anderen Zeiten erzeugt werden.
Die vorstehenden Erläuterungen sind auch bei anderen Ausführungsformen gültig.
2 ist ein Blockbild des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems gemäß der Erfindung. Dabei wird Verbrennungsabgas, das aus der Brennstoffreformiereinheit 2 austritt und eine geringere Sauerstoffkonzentration als die Luft hat, als das Sauerstoff führende Gas zum Erzeugen von GBD-Stickgas genutzt.
Es werden nur die gegenüber der ersten Ausführungsform von 1 unterschiedlichen Aspekte erläutert. Eine Verbrennungsabgaszuführleitung 22 ist als Brenngasleitung für die Zuführung eines Teils der Abgase aus der Brennstoffreformiereinheit 2 zum Kompressor 13 hinzugefügt. Außerdem sind hinzugefügt: ein Manometer 23 als Druckmeßeinrichtung zur Messung des Drucks von in dem Behälter 8 gespeichertem Gas, ein Rechenschaltkreis 24 (ein Operationsschaltkreis) zum Berechnen der Reaktionsrate des Desoxidators 15 auf der Basis eines von dem Manometer 23 gemessenen Eingangsdrucks und ein Ablaufbehälter 25, der in der GBD-Stickgaszufuhrleitung 16 vorgesehen ist, um in dem Behälter 8 vorhandenes Kondenswasser zu sammeln.
Nachstehend wird die Funktionsweise dieser Ausführungsform erläutert. Die Desoxidation des Desoxidators 15 wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Nach der Desoxidation des Desoxidators 15 werden das Absperrventi 18 und das Absperrventil 21 geschlossen, und das Absperrventil 14 wird geöffnet. Ein Teil des Abgases, das von der Brennstoffreformiereinheit 2 kommt und durch die Verbrennungsabgaszuführleitung 22 transportiert wird, wird von dem Kompressor 13 verdichtet und dem Behälter 8 zugeführt. Der Desoxidationsvorgang wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt, während gleichzeitig die Rechenschaltung 24 die Reaktionsrate des Desoxidators 15 in Abhängigkeit von mit dem Manometer 23 gemessenen Druckänderungsdaten berechnet und dabei vorher gemessene Temperaturdaten nutzt. Die berechnete Reaktionsrate des Desoxidators 15 dient als Information für die Entscheidung, ob der Desoxidator 15 ausreichend leistungsfähig ist.
Bei der Durchführung des Desoxidationsverfahrens durch Zuführen des Sauerstoff führenden Gases zu dem Behälter 8 verringert sich der Druck des gespeicherten Gases mit dem Fortschreiten des Desoxidationsvorgangs. Anders ausgedrückt, die Abnahme des Drucks pro Zeiteinheit ist zu der Reaktionsrate des Desoxidators 15 proportional. Die Wiederholung der Redoxreaktion verschlechtert das Leistungsvermögen des Desoxidators 15. Wenn die Reaktionsrate der Desoxidation mit dem Dex 15 abnimmt, nimmt die Rate der Verringerung des Gasdrucks in dem Behälter 8 ab. Es ist daher möglich, die von dem Katalysator benötigten Änderungen, die aus der Verschlechterung seines Leistungsvermögens resultieren, dadurch zu bestimmen, daß die Reaktionsrate des Desoxidators 15 berechnet wird. Die Reaktionsrate des Desoxidators wird berechnet durch die Eingabe der Druckabnahme, wie sie von dem Manometer 23 gemessen wird, in die Rechenschaltung 24. Es ist möglich, die Berechnung in der Rechenschaltung 24 dadurch zu ändern, daß Informationen in bezug auf den Druckzustand wie etwa die Temperaturänderung des gespeicherten Gases gemessen werden, um eine genauere Bestimmung der Reaktionsrate durchzuführen.
Der Austausch des Gases in dem Untersystem durch das Inertgas erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform dadurch, daß das GBD-Stickgas der Rohmaterialzuführleitung 5 durch die GBD-Stickgaszuführleitung 16 zugeführt wird, indem das Absperrventil 17 geöffnet wird, wenn das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem angehalten ist. Da an der GBD-Stickgaszuführleitung 16 ein Ablaufbehälter 25 angeordnet ist, kann in dem Behälter 8 erzeugtes Kondenswasser zur Außenseite des Behälters 8 abgeleitet werden.
Da die vorliegende Ausführungsform ebenfalls die Desoxidationsreaktion nach dem Ruhesystemverfahren anwendet, ist es möglich, im Vergleich mit dem Zirkulationssystemverfahren die zum Desoxidationsvorgang beitragende Kontaktdauer zwischen dem Desoxidator und dem Sauerstoff führenden Gas dramatisch zu verlängern. Es ist daher möglich, Desoxidatoren mit schlechter Desoxidationsreaktionsrate zu verwenden, und es ist außerdem möglich, die für die Desoxidationsreaktion erforderliche Desoxidatormenge zu verringern.
Da das aus der Brennstoffreformiereinheit 2 abgegebene Verbrennungsabgas eine niedrigere Sauerstoffkonzentation als Luft hat, kann die Zeitdauer für den Desoxidationsvorgang in dem Behälter 8 verkürzt und/oder die Menge an Desoxidator 15 verringert werden.
Das Vorhandensein der Rechenschaltung 24 zum Berechnen der Reaktionsrate ermöglicht es ferner, exakter zu bestimmen, ob es notwendig ist, den Desoxidator 15 auszuwechseln.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet zwar eine Struktur, die Verbrennungsgas nutzt, es ist aber möglich, eine gleichartige Wirkung zu erzielen durch Verwendung von in dem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem erzeugtem Gas, das eine niedrigere Sauerstoffkonzentration als die Luft hat. Es ist beispielsweise möglich, Abgas von der Kathode der Brennstoffzelle zu verwenden. Luft kann mit Verbrennungsgas oder/und Abgas von der Kathode der Brennstoffzelle vermischt werden. Außerdem ist es erwünscht, eine Dampfabscheidung durchzuführen, bevor der Druck mit dem Kompressor erhöht wird, wenn Wasser enthaltendes Sauerstoff führendes Gas zugeführt wird.
Die vorliegende Ausführungsform hat zwar einen Ablaufbehälter 25 an der GBD-Stickgaszuführleitung 16, es ist aber auch zweckmäßig, den Ablaufbehälter 25 an anderen Stellen vorzusehen, etwa in der Desoxidationsgasabgabeleitung 20. Der Ablaufbehälter 25 kann an jeder Leitung angeordnet sein, in die Gas aus dem Behälter 8 einströmt.
Die vorstehenden Erläuterungen gelten auch für andere Ausführungsformen.
3 zeigt als Blockbild eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems der Erfindung. Bei dieser dritten Ausführungsform sind ein Normaltemperaturbehälter 26 als zweiter Behälter und ein Absperrventil 27 als zweites Absperrventil in der GBD-Stickgaszuführleitung 16 zwischen dem Absperrventil 17 und dem Behälter 8 angeordnet. Der Normaltemperaturbehälter 26 ist an einer Stelle vorgesehen, an der die Temperatur im Inneren und außerhalb des Normaltemperaturbehälters 26 zu Raumtemperatur wird, wogegen der Behälter 8 an einer bestimmten Stelle angeordnet ist, an der die Temperatur des Desoxidators 15 in dem Behälter 8 auf 100°C gehalten wird, während die Brennstoffreformiereinheit 2 und die Festpolymer-Brennstoffzelle 1 in Betrieb sind.
Nachstehend wird ein Beispiel der Betriebsweise der dritten Ausführungsform erläutert. Der Desoxidationsvorgang von dem und durch den Desoxidator 15, der in den Behälter 8 gefüllt ist, wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Zur Desoxidation des Desoxidators 15 werden nur für eine vorbestimmte Zeitdauer das Absperrventil 18 und das Absperrventil 21 geöffnet, und das Absperrventil 14, das Absperrventil 17 und das Absperrventil 27 werden geschlossen, während die Brennstoffreformiereinheit 2 betrieben wird. Während dieses Zeitraums in diesem Zustand wird dem Behälter 8 ein Teil des Brenngases zugeführt, das hauptsächlich aus Wasserstoff besteht. Der Desoxidator 15 wird durch das Brenngas desoxidiert und gewinnt seine Wirksamkeit als Desoxidator zurück.
Nach der Desoxidation des Desoxidators 15 werden das Absperrventil 18 und das Absperrventil 21 geschlossen, das Absperrventil 14 wird geöffnet, und Druckluft wird dem Behälter 8 mit dem Kompressor 13 zugeführt. Nach der Luftzufuhr zu dem Behälter 8 bis zum oberen Druckgrenzwert (z. B. 10 at) wird der Kompressor 13 abgeschaltet, und das Absperrventil 14 wird geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird die dem Behälter 8 zugeführte Luft mit dem Desoxidator 15 desoxidiert, und GBD-Stickgas (das hauptsächlich Stickstoff aufweist) als Inertgas verbleibt und wird in dem Behälter 8 gespeichert.
Nach wunschgemäßem Ablauf des Desoxidationsvorgangs werden der Druck im Behälter 8 und der des Normaltemperaturbehälters 26 vergleichmäßigt durch Öffnen des Absperrventils 27, wodurch das GBD-Stickgas auf beide Behälter (8 und 26) verteilt wird. Dann wird das Absperrventil 27 geschlossen, das Absperrventil 14 wird geöffnet, und der Kompressor 13 liefert wiederum Druckluft in den Behälter B. Es ist möglich, GBD-Stickgas, das einen Druck nahezu gleich dem oberen Druckgrenzwert hat, sowohl im Behälter 8 als auch im Normaltemperaturbehälter 26 zu speichern, indem der folgende Vorgang wiederholt wird: Zuführen von Luft zum Behälter 8 bis zu dem oberen Druckgrenzwert, Abschalten des Kompressors 13, Schließen des Absperrventils 14 und Vergleichmäßigen des Drucks im Behälter 8 und im Normaltemperaturbehälter 26 durch Öffnen des Absperrventils 27 nach dem Desoxidationsvorgang.
Je höher die Temperatur des Gases im Behälter 8 ist, um so kleiner ist die Speicherkapazität von GBD-Stickgas pro Behälter unter demselben Druck. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es auch dann, wenn die Temperatur des für die Desoxidationsreaktion genutzten Behälters 8 höher als Raumtemperatur ist, möglich, die Menge an GBD-Stickgas pro Behälterfassungsvermögen, das die Summe des Fassungsvermögens des Behälters 8 und des Normaltemperaturbehälters 26 ist, zu erhöhen. Außerdem wird die Wirkung um so besser, je größer das Kapazitätsverhältnis des Normaltemperaturbehälters 26 zu dem Behälter 8 ist.
Es ist möglich, das auf die oben erläuterte Weise erzeugte und gespeicherte GBD-Stickgas zum Austausch des Gases in dem Untersystem durch ein Inertgas und zum Auffüllen des Untersystems zu nutzen, um dadurch die Absorption zu verhindern, die durch den niedrigen Druck verursacht wird, wenn das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem abgeschaltet wird. Das Vorhandensein des Normaltemperaturbehälters 26 verbessert die Betriebsflexibilität des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems, weil das Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem das GBD-Stickgas auch dann nutzen kann, wenn der Desoxidator 15 im Behälter 8 desoxidiert wird oder die Desoxidation durch den Desoxidator 15 nicht ausreichend fortgeschritten ist.
Außerdem verbleibt nach der Desoxidation des Desoxidators 15 eine entflammbare Gaskomponente in dem Behälter 8. Es ist möglich, die Gefahr einer Vermischung des entflammbaren Gases mit dem Sauerstoff führenden Gas dadurch zu mindern, daß man das in dem Normaltemperaturbehälter 26 gespeicherte GBD-Stickgas zu dem Behälter 8 strömen läßt durch Öffnen des Absperrventils 27 und des Absperrventils 21, bevor das Sauerstoff führende Gas dem Inneren des Behälters 8 zugeführt wird.
Es ist ersichtlich, daß angesichts der vorstehenden Lehren zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen der Erfindung möglich sind. Beispielsweise ist es möglich, Merkmale der vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen zu mischen und zu kombinieren. Es versteht sich daher, daß im Rahmen der beigefügten Patentansprüche die Erfindung auf andere als die hier spezifisch beschriebene Weise ausgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung enthält Material, das auf die JP-Patentanmeldung Nr. 2005-114758 bezogen ist, die am 12. April 2005 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren Gesamtinhalt hier summarisch eingeführt wird.

Claims

Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem, umfassend – ein Wasserstoffzuführsystem (2), das zur Zuführung von Wasserstoff enthaltendem Brenngas ausgebildet ist; – eine Brennstoffzelle (1), die zum Erzeugen von elektrischer Energie aus dem Wasserstoff ausgebildet ist, der von dem Wasserstoffzuführsystem (2) zugeführt wird; – einen ersten Behälter (8), der einen Desoxidator (15) enthält, der zum Entfernen von Sauerstoff aus einem in dem ersten Behälter (8) gespeicherten, Sauerstoff führenden Druckgas ausgebildet ist; – einen Vorverdichter (13), der zur Zuführung von Sauerstoff führendem Druckgas mit einem über Atmosphärendruck liegenden Druck zu dem ersten Behälter (8) ausgebildet ist; – eine Inertgasleitung (16), die ausgebildet ist, um Inertgas von dem ersten Behälter (8) zu dem Wasserstoffzuführsystem (2) zu leiten; und ein erstes Absperrventil (17), das in der Inertgasleitung (16) angeordnet ist.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffzuführsystem (2) eine Brennstoffreformiereinheit aufweist, die zum Erzeugen des Brenngases ausgebildet ist; und dass die Inertgasleitung (16) so ausgebildet ist, dass sie Inertgas von dem ersten Behälter (8) zu der Brennstoffreformiereinheit (2) leitet.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, fernergekennzeichnet durch eine Desoxidationsgasleitung (19), die so ausgebildet ist, dass sie innerhalb des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems erzeugtes, Wasserstoff führendes Gas zu dem ersten Behälter (8) leitet.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (8) innerhalb des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems so angeordnet ist, dass in dem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem erzeugte Wärme bewirkt, dass im Betrieb des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems der erste Behälter (8) einen vorgegebenen Temperaturzustand erreicht.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, fernergekennzeichnet durch: – ein Manometer (23), das ausgebildet ist, um den Gasdruck in dem ersten Behälter (8) zu messen; und – eine Operationsschaltung (24), die ausgebildet ist, um auf der Basis einer Rate von abnehmendem Druck entsprechend der Messung durch das Manometer (23) zu bestimmen, ob der Desoxidator (15) in dem ersten Behälter (8) ausgetauscht werden muss.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, fernergekennzeichnet durch einen Ablaufbehälter (25), der ausgebildet ist, um Kondenswasser von dem aus dem ersten Behälter (8) strömenden Auslassgas zu sammeln.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, fernergekennzeichnet durch: eine Desoxidationsgasleitung (19), die ausgebildet ist, um Desoxidationsgas zur Desoxidation des Desoxidators (15) in dem ersten Behälter (8) zu dem ersten Behälter (8) zu leiten; und ein Desoxidationsabsperrventil (18) in der Desoxidationsgasleitung (19), das ausgebildet ist, um die intermittierende Zuführung des Desoxidationsgases zu dem ersten Behälter (8) zuzulassen.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, fernergekennzeichnet durch: einen zweiten Behälter (26), der zwischen dem ersten Behälter (8) und dem ersten Absperrventil (17) in der Inertgasleitung (16) positioniert und innerhalb des Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystems angeordnet ist, um auf einer Temperatur zu bleiben, die niedriger als diejenige des ersten Behälters ist; und ein zweites Absperrventil (27), das zwischen dem zweiten Behälter (26) und dem ersten Behälter (8) in der Inertgasleitung (16) positioniert ist, so dass der zweite Behälter (26) das in dem ersten Behälter (8) desoxidierte Gas empfängt, wenn das zweite Absperrventil (27) geöffnet ist.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter (26) und das zweite Absperrventil (27) so ausgebildet sind, dass in dem ersten Behälter (8) befindliches Gas durch in dem zweiten Behälter (26) gespeichertes Gas ersetzt wird, nachdem der Desoxidator (15) in dem ersten Behälter (8) desoxidiert ist.
Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdichter (13) so ausgebildet ist, dass er dem ersten Behälter (8) mindestens teilweise Gas zuführt, das von dem Brennstoffzellen-Energieerzeugungssystem erzeugt worden ist, wobei das Gas eine geringere Sauerstoffkonzentration als Luft hat.