DE10257212A1 - Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle und einem katalytischen Brenner. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems. Um beim Abschalten des Systems (2) als Frostschutzmaßnahme Wasser aus dem Anordenraum (52) der Brennstoffzelle (10) und/oder anderen beim Betrieb des Systems (2) von wasserstoffhaltigem Gas (36, 44) durchströmten Komponenten (4, 50) des Systems (2) ohne wesentliche zusätzliche Mittel und ohne die Gefahr einer Entstehung von brennbaren Gasgemischen zu entfernen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Anordenraum (52) und/oder die anderen Komponenten (4, 50) bei der Abschaltung des Systems (2) mit Abgas (78) aus dem katalytischen Brenner (12) zu spülen, ggf. gefolgt von einer Spülung mit Umgebungsluft (32).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle und einem katalytischen Brenner. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems.
  • Brennstoffzellen sind elektrochemische Batterien, die chemische in elektrische Energie umwandeln und einen Anodenraum und einen Kathodenraum besitzen. Im einfachsten Fall wird Wasserstoff in ihren Anodenraum und ein Sauerstoff enthaltendes Gas, bevorzugt Umgebungsluft, in ihren Kathodenraum zugeführt. Der Wasserstoff wird an der Anode oxidiert, während der Sauerstoff an der Kathode reduziert wird. Die beiden Räume sind durch eine protonenleitende Membran getrennt, durch die Protonen aus dem Anodenraum in den Kathodenraum gelangen, wo sie mit Sauerstoff-Ionen zu Wasser reagieren. Bei dieser elektrochemischen Reaktion entsteht zwischen den beiden Elektroden eine Spannung. Da eine einzelne Brennstoffzelle in der Regel nur eine Spannung von etwa einem Volt erzeugt, werden daher für sehr viele technische Anwendungen mehrere Einzelzellen in Reihe zu einem Brennstoffzellen-Stapel (BZ-Stapel) zusammengeschaltet, wodurch sich die Spannung der einzelnen Zellen addiert. Für eine Anwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, sind die Brennstoffzellen Teil eines Brennstoffzellensystems, das beispielsweise Verdichter, Reformer, katalytische Brenner, Wärmetauscher und andere Peripheriekomponenten beinhalten kann. Dieses Brennstoffzellensystem muss fahrzeugspezifische Anforderungen erfüllen, beispielsweise im Hinblick auf das Kaltstartverhalten, und in den vorgesehen oder möglichen Betriebsweisen des Fahrzeugs, beispielsweise im Frostbetrieb, sicher funktionieren.
  • Da im Inneren der Brennstoffzellen durch die Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff Wasser entsteht und auch ein Teil der andere Peripheriekomponenten des Brennstoffzellensystems von wasserhaltigem Gas durchströmt wird, müssen Maßnahmen vorgesehen werden, um ein Einfrieren dieses Wassers im Frostbetrieb des Fahrzeugs und Ansammlungen von Wasser innerhalb des Systems zu verhindern. Ein Einfrieren des Wassers würde einen erneuten Start des Fahrzeugs verhindern und könnte darüber hinaus im Inneren von sensiblen Komponenten, wie dem Flussfeld einer an die Membran angrenzenden Bipolarplatte, zu irreversiblen Schäden führen.
  • Aus der DE 198 02 490 C2 , der DE 101 07 596 A1 , der DE 100 35 756 A1 und der WO 01/52339 A1 sind bereits einige Maßnahmen bekannt, um das Einfrieren von Wasser in Komponenten von Brennstoffzellensystemen zu verhindern, u.a. die Verwendung eines Paraffins als Kühlmittel in einem frostgeschützten Kühlkreislauf, die Verwendung einer Heizeinrichtung oder eines Wärmespeichers zur Beheizung frostgefährdeter Komponenten, sowie bei einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle die dosierte Zufuhr eines Brennmittels in den Anodenraum.
  • Eine weitere bekannte Maßnahme besteht darin, einem Einfrieren von Restwasser in Komponenten von Brennstoffzellensystemen durch "Freispülen" der Komponenten während der Abschaltphase vorzubeugen. Auf der von Luft durchströmten Kathodengasseite der Brennstoffzelle kann dies verhältnismäßig einfach mit Hilfe eines Verdichters erfolgen, der Umgebungsluft durch den Kathodenraum bzw. vor- oder nachgeschaltete Komponenten bläst. Auf der von wasserstoffhaltigem Gas durchströmten Anodengasseite kann jedoch nicht ohne weiteres mit Luft gespült werden, da insbesondere zu Beginn der Spülphase aus dem restlichen Wasserstoff und der zugeführten Luft ein explosionsfähiges Knallgasgemisch entstehen kann, das sich besonders bei höheren Temperaturen und dem Vorhandensein eines Katalysators entzünden und die gespülten Komponenten zerstören kann. Im Labor werden der Anodenraum und/oder andere, beim Betrieb des Systems von wasserstoffhaltigem Gas durchströmte Komponenten deshalb gewöhnlich mit Stickstoff gespült, was jedoch in einem Fahrzeug äußerst unpraktikabel wäre, da dies das Mitführen eines Stickstoffbehälters erforderlich machen würde.
  • Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Brennstoffzellensystem und einem Verfahren der eingangs genannten Art beim Abschalten des Systems als Frostschutzmaßnahme Wasser aus dem Anodenraum der Brennstoffzelle und/oder anderen beim Betrieb des Systems von wasserstoffhaltigem Gas durchströmten Komponenten des Systems zu entfernen, ohne dass wesentliche zusätzliche Mittel erforderlich sind und/oder die Gefahr einer Entstehung von brennbaren Gasgemischen besteht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Anodenraum der Brennstoffzelle und/oder diese anderen, beim Betrieb des Systems von wasserstoffhaltigem Gas durchströmten Komponenten der Brennstoffzelle bei einer Abschaltung des Systems mit Abgas aus dem katalytischen Brenner gespült werden, um darin enthaltenes Wasser und darin enthaltenen Wasserstoff zu verdrängen. Dieses Abgas besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Kohlendioxid und enthält etwas Wasserdampf, ist jedoch im wesentlichen frei von Sauerstoff.
  • Während durch die Verdrängung von Wasser frostbedingte Schäden an empfindlichen Komponenten verhindert werden können, wird durch die Verdrängung von Wasserstoff in den Komponenten ein Gaspolster aus nicht-reaktiven Gasen gebildet, so dass die Komponenten anschließend bei Bedarf mit Umgebungsluft gespült werden können, ohne dass die Gefahr einer Bildung eines explosionsfähigen Knallgasgemischs besteht. Eine derartige nachfolgende Spülung mit Umgebungsluft kann gegebenenfalls erforderlich sein, um auch die im Abgas des katalytischen Brenners enthaltene Feuchtigkeit aus den Komponenten zu entfernen. Die Verdrängung des Wasserstoffs aus den Komponenten und insbesondere aus dem Anodenraum bietet darüber hinaus den Vorteil, dass dort beim Abschalten des Brennstoffzellensystems kein Restwasserstoff in den Verteilerkanälen und im Kontakt mit dem Katalysator zurückbleibt. Wie entsprechende Untersuchungen gezeigt haben, kann zurückbleibender Wasserstoff nämlich zu einer Beschleunigung des Alterungsprozesses der Brennstoffzellen führen. Außerdem können bei Vorhandensein von Restwasserstoff im System Verlustströme auftreten, da weiterhin eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode anliegt. Diese Spannung stellt darüber hinaus auch ein Sicherheitsrisiko dar, weshalb von einigen Brennstoffzellenherstellern vorgeschlagen wird, den verbleibenden Wasserstoff durch einen definierten Strom ohne weitere Gaszufuhr zu verbrauchen. Im Vergleich zu der vorgeschlagenen Spülung mit Abgas aus dem katalytischen Brenner weist diese Vorgehensweise jedoch den Nachteil auf, dass im Anodenraum ein Unterdruck entsteht. Dennoch kann es auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil sein, vor der Spülung mit dem Abgas einen Teil des Restwasserstoffs auf diese Weise zu verbrauchen und die dabei erzeugte elektrische Energie für den Antrieb von Aggregaten des Systems zu nutzen, zum Beispiel zum Antrieb der zur Spülung benötigten Pumpen oder Verdichter.
  • Die Spülung mit dem Abgas erfolgt zumindest so lange, bis der gesamte Wasserstoff aus dem Anodenraum und/oder den anderen, beim Betrieb von wasserstoffhaltigem Gas durchströmten Komponenten, wie beispielsweise einem anodengasseitigen Rohrleitungssystem und/oder einer Reformeranlage des Systems, verdrängt worden ist. Das ggf. noch vorhandene Restwasser bzw. das zusammen mit dem Abgas als Wasserdampf zugeführte Wasser kann anschließend bei Bedarf durch eine Spülung mit Umgebungsluft restlos entfernt werden, ohne dass die Gefahr einer Bildung eines reaktiven Knallgasgemischs besteht.
  • Somit wird erfindungsgemäß eine Art von Abgasrückführung vorgeschlagen, die dazu dient, beim Abschalten des Systems die zuvor von wasserstoffhaltigem Gas durchströmten Komponenten und speziell den Anodenraum der Brennstoffzellen mit einem nicht-reaktiven Gas zu spülen, das vorhandenen Restwasserstoff aus dem Anodenraum und den gasführenden Kanälen der Bipolarplatte verdrängt und somit erstens aufgrund einer geringeren Korrosion eine Erhöhung der Langzeitstabilität und der Lebensdauer der Brennstoffzellen erreicht, das zweitens im Falle einer nachfolgenden Spülung mit Umgebungsluft die Bildung von Knallgas im Anodenraum und in den gasführenden Kanälen oder Rohrleitungen verhindert und das drittens ggf. zusammen mit der anschließend zugeführten Umgebungsluft das im Anodenraum, in den Kanälen der Bipolarplatte oder in anderen Komponenten des Systems vorhandenes Restwasser verdrängt und so für einen sicheren Frostschutz sorgt.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Abgas direkt aus dem katalytischen Brenner zu entnehmen und nach einer Temperaturabsenkung in den Anodenraum bzw. in die anderen, beim Betrieb von wasserstoffhaltigem Gas durchströmten Komponenten zuzuführen. Um die im Abgas enthaltene Wärmeenergie mindestens teilweise auszunutzen, erfolgt zweckmäßig zumindest eine erste Temperaturabsenkung in einem Wärmetauscher, der mit einem Luft-/Wassergemisch beaufschlagt wird, das anschließend zusammen mit einem Brennstoff in die Reformeranlage des Systems zugeführt wird. Eine weitere Temperaturabsenkung kann in einem Wärmetauscher erfolgen, der in eine Verbindungsleitung zwischen der Reformeranlage und den Brennstoffzellen angeordnet ist und von einem Kühlmedium durchströmt wird.
  • Dort, wo bei einer Abschaltung des Brennstoffzellensystems der Anodenraum und/oder andere beim Betrieb des Systems von wasserstoffhaltigem Gas durchströmte Komponenten nach der Abgasspülung mit Umgebungsluft gespült werden, muss diese Umgebungsluft bei einer erneuten Inbetriebnahme des Systems wieder aus diesen Komponenten verdrängt werden, bevor dort gefahrlos Wasserstoff zugeführt (Anodenraum) oder erzeugt (Reformeranlage) werden kann. Die erneute Verdrängung der Umgebungsluft bei der Inbetriebnahme des Systems erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls mit Hilfe von Abgas aus dem katalytischen Brenner, das dazu zweckmäßig vor oder während der Abschaltung unter Überdruck in einem Speicherbehälter zwischengespeichert wird, so dass es bei einer erneuten Inbetriebnahme des Systems sofort zur Verfügung steht. Alternativ kann das Abgas während der Inbetriebnahme des Systems erzeugt werden, indem im katalytischen Brenner Wasserstoff oder Brennstoff für die Reformeranlage mit Umgebungsluft umgesetzt wird. Das gespeicherte oder unmittelbar zuvor erzeugte Abgas wird dann durch die gewünschten Komponenten geleitet, wobei durch die Zufuhr des erwärmten Abgases gleichzeitig eine Aufheizung des Systems ermöglicht wird.
  • In Brennstoffzellensystemen ohne Reformeranlage erfolgt die Spülung bei der Abschaltung bzw. bei der erneuten Inbetriebnahme des Systems in entsprechender Weise. Zur Erzeugung des Abgases kann hier dem katalytischen Brenner aus einem Wasserstoffspeicherbehälter Wasserstoff zugeführt werden, um das zur Spülung der Anodenseite benötigte inerte Abgas zu erzeugen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungemäßen Brennstoffzellensystems.
  • Das Brennstoffzellensystem 2 besteht im wesentlichen aus einer Reformeranlage 4, in der durch autotherme Reformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffs 6 Wasserstoff erzeugt wird, einem nachgeschalteten Brennstoffzellenstapel 8 mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 10, in denen der in der Reformeranlage 4 erzeugte Wasserstoff zur Stromerzeugung mit Sauerstoff umgesetzt wird, sowie einem katalytischen Brenner 12, in dem Anodenrestgas aus den Brennstoffzellen 10 bzw. der im Anodenrestgas enthaltene Wasserstoff katalytisch exotherm verbrannt wird, um seine Energie in Form von Wärmeenergie für die Reformeranlage 4 zu nutzen.
  • Zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels 8 mit Wasserstoff könnte an Stelle der Reformeranlage 4 auch ein Speicherbehälter (nicht dargestellt) mit Wasserstoff dienen, der sowohl den Brennstoffzellen 10 als auch bei Bedarf dem katalytischen Brenner 12 zugeführt wird.
  • Die schematisch dargestellte Reformeranlage 4 besteht im wesentlichen aus einem ATR(Autothermal Reforming)-Reaktor 14, einer Entschwefelungseinheit 16, einer Hochtemperatur-Shifteinheit 18, einer Niedertemperatur-Shifteinheit 20, einem zwischen den beiden Shifteinheiten 18 und 20 angeordneten Wärmetauscher 22, sowie einer der Niedertemperatur-Shifteinheit 20 nachgeschalteten selektiven Oxidationseinheit 24.
  • Der zu reformierende Brennstoff 6, beispielsweise Methanol, wird in den ATR-Reaktor 14 zugeführt, nachdem er zuvor in einer vorgeschalteten Zuführ- und Mischeinheit 26 mit einem Wasserdampf-/Luft-Gemisch 28 vermischt worden ist. Das beim Vermischen des Brennstoffs 6 mit dem Wasserdampf-/Luft-Gemisch 28 gebildete Gasgemisch 30 durchströmt den Reaktor 14, wobei ein Reformatgas 32 gebildet wird, das zum Großteil aus Wasserstoff besteht, jedoch auch Kohlenmonoxid enthält.
  • Dieses Reformatgas 32 wird, soweit erforderlich, der Entschwefelungseinheit 16 zugeführt, nachdem ihm zuvor noch Wasserdampf 34 für die nachfolgend in den Shifteinheiten 18 und 20 ablaufende Shiftreaktion zugeführt worden ist. Nach dem Hindurchtritt durch die Entschwefelungseinheit 16 wird das Reformatgas 32 zunächst in die Hochtemperatur-Shifteinheit 18 zugeführt, in der ein Teil des enthaltenen Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid reagiert. Anschließend wird das Reformatgas 32 durch den Wärmetauscher 22 geleitet, in dem es seine durch die exotherme Shiftreaktion erzeugte Wärme teilweise an das Wasserdampf-/Luft-Gemisch 28 abgibt, das zuvor durch Verdichtung von Umgebungsluft 36 in einem Verdichter 38 und Vermischung mit Wasserdampf 40 erzeugt worden ist. Das im Wärmetauscher 22 erwärmte Wasserdampf-/Luft-Gemisch 28 wird in einem anderen Wärmetauscher 42 weiter aufgeheizt, bevor es in die Zuführ- und Mischeinheit 26 zugeführt wird.
  • Das durch den Wärmeaustausch abgekühlte Reformatgas 32 tritt in die Niedertemperatur-Shifteinheit 20 ein, wo weiteres Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid reagiert und weiterer Wasserstoff erzeugt wird.
  • Nach dem Hindurchtritt durch die nachgeschaltete selektive Oxidationseinheit 24 wird das aus dieser Einheit 24 austretende wasserstoffreiche Gasgemisch 44 über einen Leitungsstrang 50 durch einen von einem Kühlmedium 46 durchströmten Wärmetauscher 48 geleitet, bevor es dann den Brennstoffzellen 10 des Brennstoffzellenstapels 8 zugeführt wird.
  • Jede dieser Brennstoffzellen 10 besteht aus einem Anodenraum 52 und einem Kathodenraum 54, die durch eine protonenleitende Membran 56 voneinander getrennt sind. Während die Anodenräume 52 der Brennstoffzellen 10 mit dem in der Reformeranlage 4 erzeugten Gasgemisch 44 gespeist werden, werden ihre Kathodenräume 54 gleichzeitig mittels eines Verdichters 58 mit verdichteter Umgebungsluft 36 gespeist, die zur Befeuchtung mit Wasserdampf 34 versetzt wird.
  • In den Brennstoffzellen 10 wird ein Teil des Wasserstoffs aus dem Gasgemisch 44 über eine elektrochemische Reaktion mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft 36 umgesetzt, wie eingangs beschrieben, und die dabei frei werdende elektrische Energie in bekannter Weise über einen äußeren Stromkreis (nicht dargestellt) nutzbar gemacht.
  • Den Anodenräumen 52 bzw. den Kathodenräumen 54 des Brennstoffzellenstapels 8 ist jeweils ein Wasserabscheider 64 bzw. 66 nachgeschaltet, in denen Wasser 68 aus dem Anodenrestgas 70 und dem Kathodenrestgas 72 abgeschieden und einem Wassertank (nicht dargestellt) zugeführt wird.
  • Da das Anodenrestgas 70 noch nutzbaren Wasserstoff enthält, wird es anschließend in den katalytischen Brenner 12 zugeführt, der im Inneren oberflächlich mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist, um das Anodenrestgas 70 mit Hilfe eines gleichförmig zudosierten, Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittels katalytisch exotherm zu verbrennen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Oxidationsmittel von einem Teil 74 des entwässerten Kathodenrestgases 72 gebildet, das vom übrigen, an die Umgebung abgeführten Kathodenrestgas 72 abgezweigt und in den katalytischen Brenner 12 zugeführt wird.
  • Bei Bedarf kann der katalytische Brenner 12 in an sich bekannter Weise statt mit oder zusätzlich zum Anodenrestgas 70 mit Wasserstoff gespeist werden, der durch eine Leitung 76 aus der Reformeranlage 4 in den katalytischen Brenner 12 zugeführt wird.
  • Bei der exothermen Verbrennung des Anodenrestgases 70 im katalytischen Brenner 12 entsteht ein Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf enthaltendes Abgas 78, das im wesentlichen frei von Sauerstoff ist. Dieses Abgas 78 wird nach seinem Austritt aus dem Brenner 12 durch den Wärmetauscher 42 geleitet, in dem ein Teil der enthaltenen Wärmeenergie auf das zur Speisung der Reformeranlage 4 dienende Wasserdampf-/Luft-Gemisch 28 übertragen wird, bevor das Abgas 78 beim Betrieb des Brennstoffzellensystems 2 an die Umgebung abgeführt wird.
  • Beim Abschalten des Brennstoffzellensystems wird das Abgas 78 hingegen ganz oder teilweise durch die Anodenräume 52 der Brennstoffzellen 10 hindurch geleitet, um diese zu spülen und dadurch den darin enthaltenen Wasserstoff und zumindest einen ausreichend großen Teil des darin enthaltenen Wassers zu verdrängen, so dass Schäden durch gefrierendes Wasser sicher verhindert werden können. Dazu ist eine Verbindungsleitung 80 zwischen dem Ausgang des katalytischen Brenners 12 und dem von der Reformeranlage 4 zu den Brennstoffzellen 10 führenden Leitungsstrang 50 vorgesehen, welche Leitung 80 hinter dem Wärmetauscher 42 abzweigt und mittels eines Ventils 82 geöffnet werden kann.
  • Eine entsprechende Verbindungsleitung (nicht dargestellt) kann zwischen dem Ausgang des katalytischen Brenners 12 und einem Einlass der Reformeranlage 4 vorgesehen sein, so dass diese und die von feuchtem Reformatgas 36 bzw. vom Gasgemisch 44 durchströmten Rohrleitungen, wie zum Beispiel dem Leitungsstrang 50, ebenfalls mit dem Abgas 78 gespült werden können.
  • Nachdem der Wasserstoff vollständig aus den Anodenräumen 52 verdrängt worden ist, wird das Anodenrestgas 70, das keine brennbaren Bestandteile mehr enthält, nach dem Austritt aus dem Wasserabscheider 64 bei 84 an die Umgebung abgeführt. Soweit noch weiteres Abgas 78 erzeugt werden soll, kann der katalytische Brenner 12 dann durch die Leitung 76 mit Wasserstoff aus der Reformeranlage 4 oder alternativ auch mit Brennstoff 6 gespeist werden.
  • Da das Abgas 78 jedoch ebenfalls Wasserdampf enthält, ist es günstiger, die Anodenräume 52 der Brennstoffzellen 10 und/oder die Reformeranlage 4 anschließend mit Umgebungsluft 36 zu spülen, die weniger Feuchtigkeit enthält und zum Beispiel mittels des Verdichters 58 und einer mit einem Ventil 86 versehenen Leitung 88 in die Anodenräume 52 bzw. mittels des Verdichters 38 und entsprechender Leitungen (nicht dargestellt) in die Reformeranlage 4 oder andere zu spülende Komponenten, wie zum Beispiel den Leitungsstrang 50, zugeführt werden kann.
  • In diesem Fall müssen die bei der Abschaltung des Systems 2 mit der Umgebungsluft 36 gespülten Komponenten 52, 4, 50 bei der nächsten Inbetriebnahme des Systems 2 erneut mit dem Abgas 78 aus dem katalytischen Brenner 12 gespült werden, um den infolge der Umgebungsluftzufuhr darin enthaltenen Sauerstoff vor einer Zufuhr oder Erzeugung von Wasserstoff wieder vollständig zu verdrängen, um die Gefahr einer Knallgasreaktion auszuschließen.
  • Das dazu benötigte Abgas 78 kann entweder aus einem optional vorgesehenen Abgaszwischenspeicher 90 stammen, der über ein Ventil 92 und einen Verdichter 94 an die Verbindungsleitung 80 angeschlossen ist und der vor oder während des Abschaltens des Systems 2 mit unter Druck stehendem Abgas 78 gefüllt wird, oder es kann alternativ durch Zufuhr von Wasserstoff oder Brennstoff 6 und Oxidationsmittel in den katalytischen Brenner 12 unmittelbar vor oder während der Inbetriebnahme des Systems im Brenner 12 selbst erzeugt werden.
  • Die zuletzt genannte Alternative hat den Vorteil, dass das erzeugte Abgas 78 gleichzeitig zur Aufheizung des Systems 2 benutzt werden kann, da seine Temperatur im Vergleich zur Temperatur des im Behälter 90 gespeicherten Abgases 78 höher ist.
  • Nach der Verdrängung des Sauerstoffs 2 aus den Anodenräumen 52 und/oder anderen Komponenten, wie zum Beispiel der Reformeranlage 4 und dem Leitungsstrang 50, kann das System 2 in den normalen Betrieb übergehen.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit mindestens einer Brennstoffzelle und einem katalytischen Brenner, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anodenraum (52) der Brennstoffzelle (10) und/oder andere bei einem Betrieb des Systems (2) von wasserstoffhaltigem Gas durchströmte Komponenten (4, 50) bei einer Abschaltung des Systems (2) mit Abgas (78) aus dem katalytischen Brenner (12) gespült werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Komponenten (4, 50) eine Reformeranlage (4) und/oder einen Rohrleitungsstrang (50) zwischen der Reformeranlage (4) und der Brennstoffzelle (10) umfassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Abgases (78) vor seiner Zufuhr in den Anodenraum (52) und/oder die anderen Komponenten (4, 50) abgesenkt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturabsenkung des Abgases (78) in einem Wärmetauscher (42) erfolgt, in dem ein Teil der Wärme des Abgases (78) auf ein Wasser-/Luft-Gemisch (28) übertragen wird, das dann in eine Reformeranlage (4) des Systems (2) zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenraum (52) und/oder die anderen Komponenten (4, 50) nach der Spülung mit dem Abgas (78) mit Umgebungsluft (32) gespült werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erneuten Inbetriebnahme des Systems (2) der Anodenraum (52) und/oder die anderen Komponenten (4, 50) mit Abgas (78) aus dem katalytischen Brenner (12) gespült werden, um die zugeführte Umgebungsluft (32) wieder zu entfernen.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Abgases (78) aus dem katalytischen Brenner (12) zwischengespeichert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem katalytischen Brenner (12) zur Erzeugung des Abgases Anodenrestgas (70), Wasserstoff aus einer Reformeranlage (4) des Systems (2), Wasserstoff aus einem Speicherbehälter des Systems und/oder ein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff (6) zugeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des bei der Abschaltung im Anodenraum (52) und/oder den anderen Komponenten (4, 50) enthaltenen Wasserstoffs unter Stromerzeugung mit Sauerstoff umgesetzt und der erzeugte Strom zum Antreiben von Pumpen, Verdichtern oder anderen Aggregaten des Systems (2) verwendet wird.
  10. Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle und einem katalytischen Brenner, gekennzeichnet durch Einrichtungen (80, 82, 42, 48, 90, 92, 94) zum Spülen eines Anodenraums (52) der Brennstoffzelle (10) und/oder von anderen, beim Betrieb des Systems (2) von wasserstoffhaltigem Gas durchströmten Komponenten (4, 50) bei einer Abschaltung des Systems (2).
  11. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüleinrichtungen (80, 82, 42, 48, 90, 92, 94) eine Verbindungsleitung (80) zwischen einem Auslass des katalytischen Brenners (12) und einem Einlass des Anodenraums (52) und/oder einem Einlass der anderen Komponenten (4, 50) umfassen.
  12. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (80) mit einem Ventil (82) versehen ist.
  13. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüleinrichtungen (80, 82, 42, 48, 90, 92, 94) mindestens einen Speicherbehälter (90) zur Zwischenspeicherung von Abgas (78) aus dem katalytischen Brenner (12) umfassen.
  14. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spüleinrichtungen (80, 82, 90, 92, 94) mindestens einen Wärmetauscher (42, 48) zur Absenkung der Temperatur des Abgases (78) umfassen.
  15. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (42, 48) vor oder in der Verbindungsleitung (80) und/oder in einem Leitungsstrang (50) zwischen einer Reformeranlage (4) des Systems (2) und dem Anodenraum (52) angeordnet ist.
  16. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet durch Einrichtungen (58, 86, 88) zum Spülen des Anodenraums (52) der Brennstoffzelle (10) und/oder der anderen Komponenten (4, 50) mit Umgebungsluft.
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