DE19956220B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung Download PDFInfo
- Publication number
- DE19956220B4 DE19956220B4 DE19956220A DE19956220A DE19956220B4 DE 19956220 B4 DE19956220 B4 DE 19956220B4 DE 19956220 A DE19956220 A DE 19956220A DE 19956220 A DE19956220 A DE 19956220A DE 19956220 B4 DE19956220 B4 DE 19956220B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel cell
- afterburner
- heat exchanger
- cathode
- anode
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 25
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
- H01M8/04022—Heating by combustion
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung mit einer mit einer Anode und einer Kathode versehenen Brennstoffzelle (1), wobei die Anode und die Kathode in durch eine Membrane (5) getrennten Räumen (4, 6) der Brennstoffzelle (1) angeordnet sind und der die Anode aufweisende Raum (4) mit wasserstoffreichem Gas und der die Kathode aufweisende Raum (6) mit Luft beaufschlagbar sind, wobei die beiden Kammern (4, 6) der Brennstoffzelle (1) mit separaten Ableitungen (7, 8) versehen sind, die in einen katalytischen Nachbrenner (9) münden, wobei dem Nachbrenner (9) ein Wärmetauscher (11) nachgeschaltet ist und der dem katalytischen Nachbrenner (9) nachgeschaltete Wärmetauscher (11) als Kondensations-Wärmetauscher (11) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die im Nachbrenner (9) erzeugte Wärme aus den heißen Abgasen in dem direkt nachgeschalteten Wärmetauscher (11) mittels eines Heizkreises (12) ausgekoppelt wird.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Bei einer solchen Brennstoffzellenanordnung strömt in der Regel mehr Luft an der Kathode vorbei, als benötigt wird, wobei meist ein Luftüberschuss von 50% gegeben ist. Die Wasserstoffatome des an der Anode vorbeiströmenden wasserstoffreichen Brenngases diffundieren durch die Membrane und reagieren mit dem Luftsauerstoff. Dabei wird einerseits elektrischer Strom und Wärme erzeugt.
- Die überschüssige Luft und das Abgas wird bei den herkömmlichen Lösungen über eine gemeinsame Ableitung in die Umgebung abgeführt.
- Dadurch ergibt sich der Nachteil, dass energiereiches Gas ohne energetische Nutzung in die Umgebung abgeführt wird.
-
EP 476 610 B1 -
DE 40 37 970 A1 zeigt eine Brennstoffzelle, deren Abgase in einem konventionellen, nicht-katalytischen Brenner mit Piezozündung verbrannt werden. Das Abgas der Brennstoffzelle wird energetisch zur Aufrechterhaltung des Brennstoffzellenprozesses (Luftvorwärmung, Brennstoffvorwärmung) verwendet. -
WO 98/22991 A1 -
WO 99/10945 A1 -
US 4 683 177 A zeigt eine Brennstoffzelle, bei der die Luft für die Brennstoffzelle über einen Nachbrenner zugeführt wird. Die im Nachbrenner freiwerdende Wärme wird zur Luftvorwärmung für die der Brennstoffzelle zugeführte Luft verwendet. -
EP 267 137 B1 - Der Stand der Technik lehrt somit, dass die thermische Energie des Nachbrennerabgases zur Aufrechterhaltung des Brennstoffzellenprozesses genutzt wird. Diese Prozesse laufen bei relativ hohen Temperaturen ab, so dass ein erheblicher Teil der thermischen Energie des Abgases ungenutzt bleibt.
- Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das eine sehr weitgehende Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie ermöglicht.
- Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches erreicht.
- Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, dass einerseits die Brennstoffzelle mit den üblichen Luftüberschüssen betrieben werden kann und die energiereichen Abgase der beiden Kammern der Brennstoffzelle in dem katalytischen Nachbrenner energetisch genutzt werden können. Dabei kann die im Nachbrenner erzeugte Wärme sehr einfach über den nachgeordneten Wärmetauscher ausgekoppelt werden. Es ergibt sich der Vorteil einer besonders weitgehenden Ausnutzung der in den Abgasen der Brennstoffzelle enthaltenen Energie.
- Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung zeigt.
- Die dargestellte Brennstoffzellenanordnung weist eine Brennstoffzelle
1 auf, die durch eine Membrane5 in zwei Räume4 ,6 geteilt ist, wobei in dem Raum4 eine Anode und im Raum6 eine Kathode angeordnet sind. - Dabei ist der Raum
4 über eine Leitung3 mit wasserstoffreichem Brenngas, wie z. B. eine Mischung aus H2, CO2, N2, H2O, geringe Mengen CmHn, CO und der Raum6 über eine Leitung2 mit Luft versorgbar. - Weiters sind die Räume
4 und6 über Ableitungen8 , bzw.7 mit einem nachgeordneten katalytischen Nachbrenner9 verbunden, so daß dieser mit den Abgasen dieser Räume4 ,6 beaufschlagt wird. - Dieser Nachbrenner
9 ist mit einer Abgasleitung10 mit einem kondensierenden Wärmetauscher11 verbunden, so daß dieser mit den heißen Abgasen des Nachbrenners9 beaufschlagt wird. Mit diesem Wärmetauscher11 wird mittels eines Heizkreises12 Wärme ausgekoppelt. Dabei ist der Wärmetauscher11 mit einer Abgasleitung13 und einer Kondensatleitung14 versehen, über die das weitgehend abgekühlte Abgas und das Kondensat abströmen kann. - Beim Betrieb strömt wasserstoffreiches Brenngas über die Leitung
3 und über die Leitung2 Luft in die Räume4 und6 der Brennstoffzelle1 ein. Dabei kommt es zu einem Durchdiffundieren von Wasserstoffionen H+ durch die Membrane5 , und es kommt zur Reaktion dieser Wasserstoffionen mit dem Luftsauerstoff im Raum6 , in dem sich die Kathode befindet. - Dadurch wird elektrischer Strom erzeugt, wobei auch Wärme entsteht.
- Das entstehende Kathodenabgas gelangt über die Ableitung
7 und das Anodenabgas über die Ableitung8 in den katalytischen Nachbrenner9 und verbrennt dort. - Die dabei entstehenden heißen Abgase gelangen über die Abgasleitung
10 zum Wärmetauscher11 und geben dort ihre Wärme an den Heizkreis12 ab, wobei die Abgase auskondensieren und so auch ihre Kondensationswärme abgeben. - Die entsprechend weit abgekühlten Abgase strömen über die Abgasleitung
13 und das anfallende Kondensat über die Kondensatleitung14 ab. - Durch die vorgeschlagene Anordnung kann die eingesetzte Primärenergie sehr weitgehend genutzt werden.
Claims (1)
- Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung mit einer mit einer Anode und einer Kathode versehenen Brennstoffzelle (
1 ), wobei die Anode und die Kathode in durch eine Membrane (5 ) getrennten Räumen (4 ,6 ) der Brennstoffzelle (1 ) angeordnet sind und der die Anode aufweisende Raum (4 ) mit wasserstoffreichem Gas und der die Kathode aufweisende Raum (6 ) mit Luft beaufschlagbar sind, wobei die beiden Kammern (4 ,6 ) der Brennstoffzelle (1 ) mit separaten Ableitungen (7 ,8 ) versehen sind, die in einen katalytischen Nachbrenner (9 ) münden, wobei dem Nachbrenner (9 ) ein Wärmetauscher (11 ) nachgeschaltet ist und der dem katalytischen Nachbrenner (9 ) nachgeschaltete Wärmetauscher (11 ) als Kondensations-Wärmetauscher (11 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die im Nachbrenner (9 ) erzeugte Wärme aus den heißen Abgasen in dem direkt nachgeschalteten Wärmetauscher (11 ) mittels eines Heizkreises (12 ) ausgekoppelt wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AT0195298A AT408043B (de) | 1998-11-23 | 1998-11-23 | Brennstoffzellenanordnung |
AT1952/98 | 1998-11-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19956220A1 DE19956220A1 (de) | 2000-05-25 |
DE19956220B4 true DE19956220B4 (de) | 2012-04-19 |
Family
ID=3524598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19956220A Expired - Fee Related DE19956220B4 (de) | 1998-11-23 | 1999-11-23 | Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT408043B (de) |
CH (1) | CH690559A5 (de) |
DE (1) | DE19956220B4 (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10059892B4 (de) * | 2000-12-01 | 2010-04-08 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Betrieb eines Kraft-Wärme-Kopplungsapparats und Kraft-Wärme-Kopplungsapparat |
AT503130B1 (de) * | 2006-03-15 | 2007-08-15 | Vaillant Austria Gmbh | Kombination eines heizgerätes mit einer brennstoffzellenanlage sowie ein verfahren zum betreiben dieser kombination |
DE102010034271A1 (de) * | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) sowie Verfahren zum Betreiben derselben |
DE102012206053A1 (de) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Elringklinger Ag | Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4683177A (en) * | 1985-08-16 | 1987-07-28 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Power generation system in fuel cell |
EP0267137B1 (de) * | 1986-11-03 | 1991-03-20 | International Fuel Cells Corporation | Phosphorsäure-Brennstoffzellenstapel mit hohem Druck- und niedriegem Wärmebetrag |
DE4037970A1 (de) * | 1989-12-21 | 1991-06-27 | Asea Brown Boveri | Verfahren zur selbsttaetigen inbetriebsetzung einer oder mehrerer, mit kohlenwasserstoffen betriebenen hochtemperatur-brennstoffzellen |
EP0476610B1 (de) * | 1990-09-19 | 1994-12-14 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Energiegewinnungssystem mit Anwendung von Brennstoffzellen |
WO1998022991A1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-05-28 | Den Norske Stats Oljeselskap A.S | Fuell cell arrangement |
WO1999010945A1 (en) * | 1997-08-26 | 1999-03-04 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Producing electrical energy from natural gas using a solid oxide fuel cell |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3297246B2 (ja) * | 1995-04-14 | 2002-07-02 | 三菱重工業株式会社 | 熱併給発電方法 |
-
1998
- 1998-11-23 AT AT0195298A patent/AT408043B/de not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-11-18 CH CH02099/99A patent/CH690559A5/de not_active IP Right Cessation
- 1999-11-23 DE DE19956220A patent/DE19956220B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4683177A (en) * | 1985-08-16 | 1987-07-28 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Power generation system in fuel cell |
EP0267137B1 (de) * | 1986-11-03 | 1991-03-20 | International Fuel Cells Corporation | Phosphorsäure-Brennstoffzellenstapel mit hohem Druck- und niedriegem Wärmebetrag |
DE4037970A1 (de) * | 1989-12-21 | 1991-06-27 | Asea Brown Boveri | Verfahren zur selbsttaetigen inbetriebsetzung einer oder mehrerer, mit kohlenwasserstoffen betriebenen hochtemperatur-brennstoffzellen |
EP0476610B1 (de) * | 1990-09-19 | 1994-12-14 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. | Energiegewinnungssystem mit Anwendung von Brennstoffzellen |
WO1998022991A1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-05-28 | Den Norske Stats Oljeselskap A.S | Fuell cell arrangement |
WO1999010945A1 (en) * | 1997-08-26 | 1999-03-04 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Producing electrical energy from natural gas using a solid oxide fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT408043B (de) | 2001-08-27 |
DE19956220A1 (de) | 2000-05-25 |
CH690559A5 (de) | 2000-10-13 |
ATA195298A (de) | 2000-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1465274B1 (de) | Brennstoffzellensystem und Brenneranordnung für ein Brennstoffzellensystem | |
AT502131B1 (de) | Energieerzeugungseinheit mit zumindest einer hochtemperaturbrennstoffzelle | |
EP1614964B1 (de) | Brenner | |
EP1835240B1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Kombination eines Heizgeräts mit einer Brennstoffzellenanlage | |
EP0780917B1 (de) | Vorrichtung mit Brennstoffzellen | |
EP0807321A1 (de) | Brennstoffzellenmodul, bei dem zellenstapel, katalytische verbrennungseinrichtung und reformer in einem isolierenden schutzgehäuse zusammengefasst sind | |
DE3345958A1 (de) | Rasch startendes methanolreaktorsystem | |
EP0814526A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit Brennstoffzellen | |
DE102005038733A1 (de) | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Reformers | |
DE10234263A1 (de) | Verbundbrennstoffzellenanlage | |
DE3244252C2 (de) | ||
EP1619737B1 (de) | System aus Brennstoffzelle, Nachbrenner und Wärmetauscher | |
DE19956220B4 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenanordnung | |
WO2003021696A2 (de) | System zum erzeugen elektrischer energie und verfahren zum betreiben eines systems zum erzeugen elektrischer energie | |
DE102017001564B4 (de) | Verfahren zum Starten einer Brennstoffzellenanordnung und Brennstoffzellenanordnung | |
AT406808B (de) | Kraft-wärme-kopplungsanlage mit brennstoffzellen | |
DE10037825A1 (de) | Brennstoffzellensystem | |
EP1881286B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Eintragen eines Mediums in einen thermischen Behandlungsraum | |
DE10149014A1 (de) | Hochtemperatur-Brennstoffzellen-System und Verfahren zu seinem Betreiben | |
DE102005030474A1 (de) | Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug | |
DE2822048C2 (de) | Anlage zur Erzeugung von Behandlungsgas für die Behandlung metallischer Gegenstände | |
EP2837054B1 (de) | Brennstoffzellenvorrichtung und verfahren zum betreiben einer brennstoffzellenvorrichtung | |
DE102004060129A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Energiewandlers | |
DE102020004045A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von innerer Energie aus Abgasen | |
DE102021106965A1 (de) | Verfahren zum Starten einer Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung, Brenner für eine Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung, Festoxid-Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellen-Fahrzeug |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20120720 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008040000 Ipc: H01M0008040070 |