[发明专利]用于运行燃料电池系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据在权利要求1的前序部分中进一步限定的类型的用于运行燃料电池系统的方法。

背景技术

由一般的现有技术已知燃料电池系统。这些燃料电池系统利用例如燃料电池，该燃料电池可以设计为PEM燃料电池，以便由空气、氧气和氢气产生电能。这样的燃料电池系统可以例如应用在机动车中用于产生电气驱动功率。

目前原则上是这样的，即可以如此运行燃料电池，该燃料电池具有被供给空气的阴极室和被供给氢气或含氢气的气体的阳极室，以特别将阳极室设计为一侧关闭的阳极室。如果给阳极室仅仅提供纯氢气，那么这些氢气在燃料电池中原理上被完全转换，从而没有介质从阳极室流出。目前在实践中是这样的，即该设计方案无法运行或者无法令人满意地运行，因为在燃料电池中生成的产物水的一小部分生成在阳极室的区域中，并且因为惰性气体、例如氮气可以由阴极室向阳极室扩散。在实践中经常采用所谓的近闭端阳极室来代替这样的一侧关闭的阳极室（其也称为闭端）。该阳极室具有阳极输出端。该阳极室以微少的氢气过量运行，从而产物水和惰性气体由在燃料电池中未转换的剩余氢气从阳极室中引出。该结构原理上非常简单和有效并且可以在适合的设计方案中、例如在阳极室的活性面的级联结构中以非常少量的氢气过量运行。然而在此一定的氢气过量也是必要的，以便安全和可靠地引出惰性气体和特别是生成的产物水并且通过该产物水不“封闭”活性面。

在实践中通常的是，通过设置用于阳极废气和阳极室的再循环来绕开所述问题。在该结构中，阳极废气在阳极室的输出端经由再循环管路导回到阳极室的输入端并且在那里与新鲜配量的氢气一起重新提供给阳极室。该结构允许使用相比于在阳极室中转换的氢气量相对大量提供的氢气并且因此允许可靠地从阳极室冲掉产物水和惰性气体。除此之外，该结构将特别是蒸汽状的产物水的一部分运输回到阳极室的区域中并且因此改善阳极室的加湿，这在采用PEM燃料电池的情况下可以是有利的。然而，这样的结构是比较昂贵的并且为了平衡在再循环管路中和在阳极室中的压力损耗总是需要再循环输送装置。这样的再循环输送装置典型地是风扇和/或一个或多个气体射流泵，其根据燃料电池系统的功率相互并联或串联连接。例如参照德国公开专利文献DE10251878A1，其描述了一种具有用于阳极废气和阳极室的再循环的燃料电池系统。如在所述申请中可以知道的那样，已经最简单的结构是比较复杂的并且需要相应的结构空间和比较大的再循环输送装置，以便可以在绕阳极室的循环回路中引导需要的体积流。

用于阳极废气的这样的再循环的另一问题在于，随着时间的推移，产物水和惰性气体在再循环的区域中聚积。由此基于再循环管路的恒定的容积，氢气浓度降低并且燃料电池的性能变差。因此一般已知并通常的是，有时（或者连续地通过隔板）排出水和惰性气体并且将其提供到例如环境、催化单元和/或到燃料电池的阴极室的气流。

此外由一般的现有技术已知，来自阳极室的、典型地包含剩余氢气的废气可以在燃烧器中、优选催化燃烧器中再燃烧。随后这些废气可以通过涡轮机释放，从而废气中的热能和压力能可以重新利用。这样的涡轮机可以特别是用于驱动用于燃料电池的空气输送装置。该涡轮机可以优选地与电机组合地构成并且那么形成所谓的电气涡轮增压器（ETC）。该ETC如此构成，使得电机典型地除了在涡轮机中重新利用的功率之外还提供对于空气输送装置需要的驱动功率。如果导致，在涡轮机的区域中出现比通过供气装置需要的更多的功率，那么也可以发电机式地运行电机，以便在其侧产生电功率。

发明内容

因此，目前这里本发明的任务在于，提出一种用于运行燃料电池系统的方法，该燃料电池系统具有用于围绕阳极室的阳极废气的再循环（装置），该方法实现了在好的燃料电池功能性的同时燃料电池系统的非常简单和紧凑的结构。

按照本发明通过具有权利要求1的特征部分中的特征的方法解决该任务。按照本发明的方法的有利的设计方案和改进在从属权利要求中给出。