用于运行燃料电池系统的方法、燃料电池系统以及清洗阀在燃料电池系统中的应用技术方案

本发明专利技术涉及一种用于运行具有燃料电池堆叠(2)的燃料电池系统(1)的方法，在正常运行中将氢气作为阳极气体以及将再循环的阳极废气提供给所述燃料电池堆叠，其中，在所述阳极废气中所包含的水预先借助水分离器(3)分离。根据本发明专利技术，通过打开连接至再循环路径(4)的清洗阀(5)来去除在停机情况或故障情况下在用于对阳极废气进行再循环的再循环路径中的水分离器(3)外形成的积水。本发明专利技术还涉及一种燃料电池系统(1)以及一种清洗阀(5)在燃料电池系统(1)中的应用。统(1)中的应用。统(1)中的应用。

【技术实现步骤摘要】
用于运行燃料电池系统的方法、燃料电池系统以及清洗阀在燃料电池系统中的应用


[0001]本专利技术涉及一种用于运行具有燃料电池堆叠的燃料电池系统的方法。此外，本专利技术涉及一种燃料电池系统以及一种清洗阀(Purge
‑
Ventils)在燃料电池系统中的应用。

技术介绍

[0002]氢基燃料电池将氢气和氧气转化为电能。这例如可以用于驱动车辆。由于燃料电池基本上仅排放水并且还能够实现快速的加油时间，因此其被认为是未来的移动概念。
[0003]能量产生所需的氢气通常装在车辆的车载处的一个或多个储罐(Tank)中。还需要的氧气可以从环境空气中获取。为了降低氢气消耗，可以再循环阳极废气，该阳极废气在从燃料电池中逸出时仍然包含未消耗的氢气。再循环可以借助抽吸喷射泵被动地实现和/或借助风扇主动地实现。由于阳极废气也可能包含水，因此首先将其提供给水分离器以便去除水。因为水可能损害系统的运行。
[0004]在停机情况或故障情况下，在水分离器外可能出现积水(Wasseransammlung)。在系统随后重新开始时，这可能导致启动问题，例如，用于再循环阳极废气的风扇的启动可能变得更加困难。此外，诸如传感器之类的部件的功能可能受到水分离器外的积水的干扰。在外界温度低的情况下，还可能出现水的结冰并且出现由于冰压而造成的与此相关的损坏。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术涉及如下任务：避免水分离器外的积水，以便上述缺点不出现。
[0006]为了解决该任务，提出根据本专利技术的用于运行具有燃料电池堆叠的燃料电池系统的方法和根据本专利技术的具有燃料电池堆叠的燃料电池系统，本专利技术的有利扩展方案可以从以下描述中获取。此外，提出清洗阀在燃料电池系统中的应用。
[0007]本专利技术不限于燃料电池系统的移动应用，而是还包括固定应用。
[0008]在所提出的用于运行燃料电池系统的方法中，在正常运行中，将氢气作为阳极气体以及将再循环的阳极废气提供给燃料电池堆叠。在此，在阳极废气中所包含的水预先借助水分离器分离。根据本专利技术，通过打开连接至再循环路径的清洗阀去除在停机情况或故障情况下在用于对阳极废气进行再循环的再循环路径中的水分离器外形成的积水。
[0009]通过打开通常用于清洗(英文：“purge”)再循环路径以便降低阳极废气的氮富集的清洗阀，可以在停机情况或故障情况下将不期望的积水从系统中去除。为此，在燃料电池系统重新开始运转之前打开清洗阀。在去除积水后，系统可以重新开始，而不存在开篇所描述的启动困难。此外，确保诸如传感器之类的部件的功能不因水分离器外的积水而受到损害。如果在系统停机后立即打开清洗阀，则在存在结霜风险的情况下还可以避免结霜损坏。
[0010]通过清洗阀排出的水尤其可以通过排出到周围环境中而从系统中去除，因为水通常是无污染的。系统以这种方式减轻负担或者说从水中解放(befreien)。
[0011]根据本专利技术提出的、在停机情况或故障情况下打开清洗阀同样是一种运行方法，
因为必须主动地打开清洗阀。然而，其不同于燃料电池系统的正常运行。
[0012]因为在正常运行中，优选打开清洗阀，以用于降低阳极废气的氮浓度并且因此降低阳极气体的氮浓度。这意味着，仅获取提取气体而不提取水。这对应于清洗阀的原始功能。为了实现根据本专利技术的方法，给清洗阀施加附加功能，然后在系统不处于正常运行中时使用该附加功能。通过所提出的功能集成，可以节省一个阀。以这种方式，可以降低结构空间需求和成本。
[0013]此外提出，为了将水从水分离器中排出，打开排水阀。该水也可以排出到周围环境中，因为其通常是无污染的。与清洗阀不同，排水阀在系统的正常运行中也能够打开以用于排出水。
[0014]根据本专利技术的一种优选实施方式，借助布置在再循环路径中的风扇主动地对阳极废气进行再循环。在此，在风扇的区域中可能形成积水。优选地同样将这些积水提供给清洗阀，而且优选地在重力驱动下，从而将该水从系统中去除。
[0015]为了借助重力将水从风扇提供给清洗阀，必须满足确定的要求。例如，清洗阀在地理位置上必须比风扇更低地布置。相反，水分离器的高度无足轻重，从而可以选择结构空间优化的布置。尤其可以省去如下：将水分离器布置成在地理位置上比风扇更低，以便水从风扇流走到水分离器中。以这种方式，能够实现系统的低结构高度，这在移动应用中尤其证明为优势。因为在将系统集成到车辆中时，结构高度通常是限制因素。紧凑的、尤其是低的系统需要对相应车辆的较少匹配，从而可以降低变型数量。这又对成本产生有利影响。系统的紧凑性还能够实现更高的功率密度。
[0016]为了解决开篇所提及的任务，还提出一种具有燃料电池堆叠的燃料电池系统。燃料电池堆叠为了供应氢气作为阳极气体而在入口侧连接至阳极路径，并且在出口侧连接至与阳极路径连接的、用于对阳极废气进行再循环的再循环路径。在此，在再循环路径中布置有用于主动再循环阳极废气的风扇以及布置有具有用于排出水的排水阀的水分离器。根据本专利技术，风扇在地理位置上比用于清洗再循环路径的清洗阀布置得更高，从而风扇的区域中的积水能够在重力驱动下提供给清洗阀。通过打开清洗阀，可以将水从系统中去除，尤其是排出到周围环境中。
[0017]所提出的燃料电池系统使得能够在不绕道通过水分离器的情况下消除风扇的区域中的积水。因此，水分离器相对于风扇的高度位置无关紧要。可以如此选择水分离器的布置，使得实现紧凑的、尤其是低的布置。这使得将燃料电池系统安装到车辆中变得更加容易，因为系统的结构高度通常是限制因素。通过所提出的布置，所提出的燃料电池系统也适用于执行上述根据本专利技术的方法。
[0018]优选地，清洗阀布置在出口路径中，该出口路径在风扇的上游从再循环路径中分支出来。通过出口路径，可以将提供给清洗阀的水从系统中去除，例如可以排出到周围环境中。
[0019]此外，优选地，排水阀在出口侧连接到出口路径。因此，通过出口路径，也可以将水从水分离器排出到周围环境中。以这种方式能够节省线路长度。
[0020]此外，还提出布置在燃料电池系统的再循环路径中的清洗阀的应用，以用于排出在停机情况或故障情况下在再循环路径中的水分离器外积聚的水。所提出的应用是清洗阀的附加应用，因为清洗阀在系统的正常运行中用于借助新鲜的氢气来清洗再循环路径。因
此，所提出的应用导致有助于节省结构空间和成本的功能集成。
附图说明
[0021]下面基于附图更详细地阐述本专利技术的优选实施方式。这些附图示出：
[0022]图1示出根据本专利技术的第一燃料电池系统的示意图，限于氢气供应的区域；
[0023]图2示出根据本专利技术的第二燃料电池系统的示意图，再次限于氢气供应的区域。
具体实施方式
[0024]从图1中得出一种具有燃料电池堆叠2的燃料电池系统1，该燃料电池堆叠包括多个堆叠布置的燃料电池。通过阳极路径8从储罐(未显示)中给燃料电池堆叠2供应氢气，其中，氢气质量流量借助计量阀11进行调整。在计量阀11的下游，抽吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于运行具有燃料电池堆叠(2)的燃料电池系统(1)的方法，在正常运行中将氢气作为阳极气体以及将再循环的阳极废气提供给所述燃料电池堆叠，其中，在所述阳极废气中所包含的水预先借助水分离器(3)进行分离，其特征在于，通过打开与再循环路径(4)连接的清洗阀(5)来去除在停机情况或故障情况下在用于将所述阳极废气进行再循环的再循环路径(4)中的水分离器(3)外形成的积水。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在正常运行中，打开所述清洗阀(5)以用于降低所述阳极废气的氮浓度并且因此降低所述阳极气体的氮浓度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了将水从所述水分离器(3)中排出，打开排水阀(6)。4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助布置在所述再循环路径(4)中的风扇(7)主动地再循环所述阳极废气，并且将在所述风扇(7)的区域中形成的积水优选地在重力驱动下提供给所述清洗阀(5)。5.一种具有燃料电池堆叠(2)的燃料电池系统(1)，为了供应氢气作为阳极...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：