DE10018067A1 - Recovering water from exhaust in fuel cell arrangement, involves recovery taking place by means of expansion unit of fuel cell device used for operation of further aggregate - Google Patents
Recovering water from exhaust in fuel cell arrangement, involves recovery taking place by means of expansion unit of fuel cell device used for operation of further aggregateInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückgewinnen von Wasser aus einem Abgas in einer Brennstoffzellenvorrichtung, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for recovering water from an exhaust gas in a fuel cell device according to the preamble of claim 1.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle, die abgasseitig mit einer Expansionseinheit wirkverbunden ist, welche abtriebsseitig mit einer Kompressoreinheit in Wirkverbindung steht, entsprechend Oberbegriff des Anspruchs 9.Furthermore, the invention relates to a fuel cell device with a Fuel cell that is operatively connected to an expansion unit on the exhaust gas side is operatively connected on the output side to a compressor unit, accordingly Preamble of claim 9.
Verfahren zum Rückgewinnen von Wasser aus einem Abgas in einer Brennstoffzellenvorrichtung und entsprechende Brennstoffzellenvorrichtungen sind bekannt. Dabei sind derartige bekannte Systeme nachteilhafterweise aufwendig und kompliziert, da die Brennstoffzellenvorrichtungen zusätzlich jeweils mit einem Wärmetauscher oder einem Membransystem beziehungsweise Trockner ausgestattet werden müssen.Process for recovering water from an exhaust gas in a Fuel cell device and corresponding fuel cell devices are known. Such known systems are disadvantageously complex and complicated because the fuel cell devices each have an additional Heat exchanger or a membrane system or dryer equipped Need to become.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Brennstoffzellenvorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche in einfacher und zuverlässiger Weise eine effektive Wasserrückgewinnung beim Betreiben der Brennstoffzellenvorrichtung erlauben.It is therefore an object of the invention, a method and a fuel cell device to propose of the type mentioned, which in a simple and reliable manner effective water recovery when operating the fuel cell device allow.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rückgewinnung mittels einer Expansionseinheit der Brennstoffzellenvorrichtung erfolgt, welche zum Betreiben eines weiteren Aggregats genutzt wird. Aufgrund der Nutzung einer bereits in der Brennstoffzellenvorrichtung zum Einsatz kommenden Expansionseinheit zur Rückgewinnung von Wasser aus dem Abgas der Brennstoffzelle ist es möglich, zwei voneinander unabhängige Betriebsfunktionen der Brennstoffzellenvorrichtung mittels einer einzigen Konstruktionseinheit, nämlich der Expansionseinheit, durchzuführen. Es ist somit vorteilhafterweise möglich, in verhältnismäßig einfacher und betriebsgünstiger Weise eine Wasserrückgewinnung innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung unter Verwendung einer bereits bestehenden Konstruktionseinheit (Expansionseinheit) zu erzielen.The object is achieved by means of a method with the features of Claim 1 solved, which is characterized in that the recovery means an expansion unit of the fuel cell device, which is used to operate another unit is used. Due to the use of one already in the Expansion unit used for fuel cell device Recovery of water from the exhaust gas of the fuel cell makes it possible to use two mutually independent operating functions of the fuel cell device by means of a single construction unit, namely the expansion unit. It is thus advantageously possible, in a relatively simple and more economical Refurbish water recovery within the fuel cell device Use of an existing construction unit (expansion unit) achieve.
Mit Vorteil wird die Expansionseinheit zum Antreiben einer Kompressoreinheit der Brennstoffzellenvorrichtung genutzt. In dieser Weise wird mittels der Expansionseinheit, welche mechanisch mit der Kompressoreinheit der Brennstoffzellenvorrichtung gekoppelt ist, mechanische Energie gewonnen, die zum Antreiben der Kompressoreinheit vorgesehen ist, als auch Wasser aus dem Abgas zurückgewonnen, das zum Betreiben der Brennstoffzellenvorrichtung wieder benutzt werden kann. Es wird somit die bei der Expansion des Abgases in der Expansionseinheit vorgesehene Kälteerzeugung zur Kondensierung und Rückgewinnung des im Abgas enthaltenen Wassers genutzt.The expansion unit is advantageously used to drive a compressor unit Fuel cell device used. In this way, by means of the expansion unit, which is mechanically coupled to the compressor unit of the fuel cell device is, mechanical energy gained to drive the compressor unit is provided, as well as water recovered from the exhaust gas to operate the fuel cell device can be used again. It will be the one at Expansion of the exhaust gas provided in the expansion unit for cooling Condensation and recovery of the water contained in the exhaust gas are used.
Vorzugsweise erfolgen die Wasserrückgewinnung und das Antreiben der Kompressoreinheit mittels der Expansionseinheit gleichzeitig. Da die zwei ansonsten voneinander getrennten Betriebsfunktionen "Wasserrückgewinnung" und "Antreiben der Kompressoreinheit" mittels einer einzigen Konstruktionseinheit, nämlich der Expansionseinheit, durchgeführt werden, ist es besonders vorteilhaft, die Betriebsparameter während des Betreibens der Brennstoffzellenvorrichtung derart einzustellen, dass die genannten zwei Betriebsfunktionen gleichzeitig mittels der Expansionseinheit erfüllt werden können.The water is preferably recovered and driven Compressor unit by means of the expansion unit at the same time. Since the two otherwise separate operating functions "water recovery" and "driving the Compressor unit "by means of a single construction unit, namely the Expansion unit, be carried out, it is particularly advantageous that Operating parameters during the operation of the fuel cell device in such a way set that the two operating functions mentioned simultaneously using the Expansion unit can be met.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt die Wasserrückgewinnung abgasseitig mittels einer mit der Brennstoffzelle wirkverbundenen katalytischen Brenneinheit. Die katalytische Brenneinheit ist abgasseitig zwischen der Brennstoffzelle und der Expansionseinheit angeordnet und dient als Wärmequelle für die Brennstoffzellenvorrichtung. Das aus der katalytischen Brenneinheit austretende Abgas weist eine verhältnismäßig hohe Betriebstemperatur von circa 350°C auf, wobei die in dem heißen Abgas enthaltene Energie teilweise mittels der mit der Kompressoreinheit wirkverbundenen Expansionseinheit zurückgewonnen wird. Vorzugsweise gleichzeitig erfolgt bei der Energierückgewinnung durch die Expansionseinheit, welche insbesondere zum Antreiben der Kompressoreinheit vorgesehen ist, auch die erwünschte Wasserrückgewinnung. According to a preferred embodiment, the water is recovered on the exhaust side by means of a catalytic catalytic converter that is operatively connected to the fuel cell Firing unit. The catalytic combustion unit is on the exhaust gas side between the fuel cell and the expansion unit and serves as a heat source for the Fuel cell device. The exhaust gas emerging from the catalytic combustion unit has a relatively high operating temperature of approximately 350 ° C, the in the energy contained in the hot exhaust gas partly by means of the compressor unit active unit of expansion is recovered. Preferably at the same time takes place during energy recovery by the expansion unit, which in particular is provided for driving the compressor unit, also the desired one Water recovery.
Mit Vorteil erfolgt die Wasserrückgewinnung bei einem Abgasbetriebsdruck < 2 bar. Bei einem Abgasbetriebsdruck < 2 bar ist eine besonders effektive und betriebsgünstige Rückgewinnung von Kompressionsenergie mittels der mechanisch an die Kompressoreinheit angekoppelten Expansionseinheit möglich, welche das unter Druck stehende und in der katalytischen Brenneinheit erhitzte, wasserdampfhaltige Abgas der Brennstoffzelle aus der Kathodeneinheit und Anodeneinheit derselben entspannt. Dabei wird durch geeignete Einstellung der Abgastemperatur an einem Austritt der Expansionseinheit eine erwünschte Wasserkondensierung erhalten.Water is advantageously recovered at an exhaust gas operating pressure of <2 bar. At an exhaust gas operating pressure <2 bar is a particularly effective and economical Recovery of compression energy by means of mechanical to the Compressor unit coupled expansion unit possible, which is under pressure standing and heated in the catalytic combustion unit, water vapor-containing exhaust gas Fuel cell from the cathode unit and anode unit relaxed the same. there is by suitably adjusting the exhaust gas temperature at an outlet of the Expansion unit get a desired water condensation.
Vorzugsweise wird die Abgastemperatur an einem Austritt der Expansionseinheit auf einen Wert geringfügig oberhalb des Wassergefrierpunkts eingestellt. Bei einer derartigen Abgastemperatur am Austritt der Expansionseinheit ist eine effektive und zuverlässige Kondensierung von im Abgas enthaltenem Wasser möglich.The exhaust gas temperature is preferably raised at an outlet of the expansion unit set a value slightly above the water freezing point. At a Such exhaust gas temperature at the outlet of the expansion unit is effective and reliable condensation of water contained in the exhaust gas possible.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante wird das in der Expansionseinheit auskondensierte Wasser in einem Abscheider zurückgehalten und in einem Aufnahmebehälter gespeichert. Durch die Speicherung des auskondensierten Wassers ist eine flexible und betriebsgünstige Nutzung des rückgewonnenen Wassers innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung möglich.According to a preferred embodiment variant, this is done in the expansion unit Condensed water is retained in a separator and in one Storage container saved. By storing the condensed water is a flexible and economical use of the recovered water within the fuel cell device possible.
Vorteilhafterweise wird das in der Expansionseinheit auskondensierte Wasser im Bereich der Kompressoreinheit insbesondere mittels einer Wassereindüsung und/oder eingangsseitig der Brennstoffzelle rückgeführt. Bei einem Einspeiseort des zurückgewonnenen Wassers im Bereich der Kompressoreinheit kann selbiges mittels einer Wassereindüsung Kühlungs-, Schmierungs- und/oder Abdichtungsfunktionen übernehmen. Als Alternative beziehungsweise Ergänzung kann auch eine Befeuchtung des Anoden- oder Kathodenbetriebsstoffs vor Eintritt in die Brennstoffzelle erfolgen.The water condensed out in the expansion unit is advantageously in the region the compressor unit in particular by means of water injection and / or fed back on the input side of the fuel cell. At an entry point of the recovered water in the area of the compressor unit can use the same a water injection cooling, lubrication and / or sealing functions take. Humidification can also be used as an alternative or supplement of the anode or cathode fuel before entering the fuel cell.
Ferner wird die Aufgabe durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ausgangsseitig der Expansionseinheit ein Gastemperaturmessmittel vorgesehen ist, das mit einer wenigstens einen abgastemperaturrelevanten Betriebsparameter beeinflussenden Steuereinheit wirkverbunden ist. Mittels einer derart ausgebildeten Brennstoffzellenvorrichtung ist es möglich, die in Bezug auf das Verfahren vorgenannten Vorteile zu erzielen. Furthermore, the object is achieved by a fuel cell device with the features of Claim 9 solved, which is characterized in that the output side of Expansion unit a gas temperature measuring means is provided, which with a influencing at least one exhaust gas temperature-relevant operating parameter Control unit is operatively connected. By means of such a trained Fuel cell device, it is possible to use the aforementioned in relation to the method To gain benefits.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit mit einer katalytischen Brenneinheit zur Beeinflussung der Abgastemperatur ausgangsseitig der Expansionseinheit wirkverbunden. In dieser Weise kann die Abgastemperatur am Austritt der Expansionseinheit gemessen und die katalytische Brenneinheit mittels der Steuerung derart eingeregelt werden, dass die Abgastemperatur ausgangsseitig der Expansionseinheit vorzugsweise geringfügig oberhalb des Wassergefrierpunkts liegt, um eine zuverlässige und effektive Kondensierung und Rückgewinnung von im Abgas enthaltenem Wasser beziehungsweise Wasserdampf zu gewährleisten. Hierzu kann vorteilhafterweise eine bereits in der Brennstoffzellenvorrichtung vorgesehene Steuereinheit herangezogen werden, welche zusätzlich mit weiteren Aggregaten der Brennstoffzellenvorrichtung wirkverbunden sein kann.The control unit is preferably provided with a catalytic combustion unit for influencing the exhaust gas temperature on the output side of the expansion unit. In this In this way, the exhaust gas temperature at the outlet of the expansion unit can be measured and the The catalytic combustion unit can be adjusted by means of the control in such a way that the Exhaust gas temperature on the output side of the expansion unit preferably slightly is above water freezing to be reliable and effective Condensation and recovery of water contained in the exhaust gas or to ensure water vapor. For this purpose, a Control unit already provided in the fuel cell device is used which, in addition, with other units of the fuel cell device can be connected.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brennstoffzellenvorrichtung eine Wasseraufnahme- und Wasserrückführeinheit auf. Eine Wasseraufnahme- und Wasserrückführeinheit ist in verhältnismäßig einfacher Weise realisierbar und ermöglicht eine flexible und betriebsangepasste Nutzung des rückgewonnenen Wassers innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung.According to a preferred embodiment, the fuel cell device has a Water absorption and water return unit. A water intake and Water return unit can be implemented and made possible in a relatively simple manner flexible and operationally adapted use of the recovered water within the fuel cell device.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.Further advantageous embodiments of the invention result from the description.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. In einer einzigen Figur ist eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung anhand eines Blockschaltbildes dargestellt.The invention is described in an exemplary embodiment based on an associated Drawing explained in more detail. In a single figure is an invention Fuel cell device shown using a block diagram.
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung eine allgemein mit 10 bezeichnete Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere eines Fahrzeugs (nicht dargestellt), die eine Brennstoffzelle 11 aufweist. Die Brennstoffzelle 11 besteht aus einer Kathodeneinheit 12 und einer Anodeneinheit 13. Die Kathodeneinheit 12 ist eingangsseitig mittels einer als Pfeil 15 dargestellten Betriebsstoffzuführleitung mit einer Kompressoreinheit 14 wirkverbunden. Die Anodeneinheit 13 wird eingangsseitig mittels einer als Pfeil 16 dargestellten Betriebsstoffzuführleitung, von der Kathodeneinheit 12 getrennt, mit einem Betriebsstoff versorgt. Eine katalytische Brennereinheit 17 ist mittels als Pfeile 18, 19 dargestellten Abgasleitungen mit der Kathodeneinheit 12 und Anodeneinheit 13 wirkverbunden. Die katalytische Brennereinheit 17 ist ausgangsseitig mittels einer als Pfeil 21 dargestellten Abgasleitung mit einer Expansionseinheit 20 wirkverbunden. Die Expansionseinheit 20 ist mittels einer Antriebswelleneinheit 23 mit der Kompressoreinheit 14 mechanisch gekoppelt. Die Antriebswelleneinheit 23 steht mit einem elektrischen Antriebsmotor 22 in Wirkverbindung, welcher zusätzlich als Generator ausgebildet sein kann. Die Kompressoreinheit 14 wird mittels der Antriebswelleneinheit 23 durch die Expansionseinheit 20 und/oder durch den elektrischen Antriebsmotor 22 angetrieben. Die Expansionseinheit 20 ist ausgangsseitig mit einer als Pfeil 25 dargestellten Austrittsleitung verbunden, welche ein Gastemperaturmessmittel 33 aufweist. Die Austrittsleitung (Pfeil 25) führt zu einem Abscheider 24, aus dem kondensiertes Wasser mittels einer als Pfeil 26 dargestellten Wasserzuführleitung in einen Aufnahmebehälter 27 geleitet wird. Das restliche Abgas wird durch die als Pfeil 28 dargestellte Leitung vom Abscheider 24 weggeführt. Der Aufnahmebehälter 27 ist mittels einer als Pfeile 29 dargestellten Wasserrückführleitung, welche ein Pumpmittel 30 zur Druckerhöhung von rückzuführendem Wasser aufweist, mit der Kompressoreinheit 14 eingangsseitig wirkverbunden. Weiterhin führt eingangsseitig eine zusätzliche, als Pfeil 31 dargestellte Betriebsstoffzuführleitung in die Kompressoreinheit 14. Die Betriebsstoffzuführleitungen (Pfeil 15, Pfeil 31) sind als Luftzuführleitungen ausgebildet. Eine Steuereinheit 32 ist mittels einer als Doppelpfeil 35 dargestellten Steuerleitung mit der katalytischen Brenneinheit 17 und mittels einer als Pfeil 34 dargestellten Messdatenübertragungsleitung mit dem Gastemperaturmessmittel 33 wirkverbunden. Ferner steht die Steuereinheit 32 mittels einer als Doppelpfeil 36 dargestellten Steuerleitung mit weiteren, nicht dargestellten Aggregaten der Brennstoffzellenvorrichtung 10 oder anderen Systemen in Verbindung.The figure shows a schematic illustration of a fuel cell device, generally designated 10, in particular a vehicle (not shown), which has a fuel cell 11 . The fuel cell 11 consists of a cathode unit 12 and an anode unit 13 . The cathode unit 12 is operatively connected to a compressor unit 14 on the input side by means of a fuel supply line shown as arrow 15 . The anode unit 13 is supplied with a fuel on the input side by means of a fuel supply line shown as arrow 16 , separated from the cathode unit 12 . A catalytic burner unit 17 is operatively connected to the cathode unit 12 and anode unit 13 by means of exhaust pipes shown as arrows 18 , 19 . On the output side, the catalytic burner unit 17 is operatively connected to an expansion unit 20 by means of an exhaust line shown as arrow 21 . The expansion unit 20 is mechanically coupled to the compressor unit 14 by means of a drive shaft unit 23 . The drive shaft unit 23 is operatively connected to an electric drive motor 22 , which can also be designed as a generator. The compressor unit 14 is driven by means of the drive shaft unit 23 through the expansion unit 20 and / or through the electric drive motor 22 . On the output side, the expansion unit 20 is connected to an outlet line shown as arrow 25 , which has a gas temperature measuring means 33 . The outlet line (arrow 25 ) leads to a separator 24 , from which condensed water is conducted into a receptacle 27 by means of a water supply line shown as arrow 26 . The remaining exhaust gas is led away from the separator 24 through the line shown as arrow 28 . The receptacle 27 is operatively connected to the compressor unit 14 on the input side by means of a water return line shown as arrows 29 , which has a pumping means 30 for increasing the pressure of water to be returned. Furthermore, an additional operating material supply line, shown as arrow 31 , leads into the compressor unit 14 on the input side. The fuel supply lines (arrow 15 , arrow 31 ) are designed as air supply lines. A control unit 32 is operatively connected to the catalytic combustion unit 17 by means of a control line shown as a double arrow 35 and by means of a measurement data transmission line shown as an arrow 34 to the gas temperature measuring means 33 . Furthermore, the control unit 32 is connected to further units (not shown) of the fuel cell device 10 or other systems by means of a control line shown as a double arrow 36 .
Vorteilhafterweise ist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 geeignet, mittels der Expansionseinheit 20 sowohl die Kompressoreinheit 14 anzutreiben als auch Wasser aus dem wasserdampfhaltigen Abgas der Brennstoffzelle 11 beziehungsweise der katalytischen Brennereinheit 17 rückzugewinnen. Hierzu regelt die Steuereinheit 32 die Betriebsparameter der katalytischen Brenneinheit auf Werte, die in betriebs- und wirkungsgradgünstiger Weise in der als Pfeil 25 dargestellten Austrittsleitung der Expansionseinheit 20 auf eine wasserkondensierende Abgastemperatur einstellbar ist. Dabei liegt die Abgastemperatur vorzugsweise geringfügig oberhalb des Wassergefrierpunkts. Dies ermöglicht eine zuverlässige und effektive Auskondensierung des im Abgas der katalytischen Brenneinheit 17 enthaltenen Wassers beziehungsweise Wasserdampfes und somit eine betriebsgünstige Speicherung und/oder Rückführung des abgeschiedenen Wassers innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 10. Die jeweils vorliegende Abgastemperatur wird mittels des Gastemperaturmessmittels 33 vorzugsweise kontinuierlich gemessen und deren Werte mittels der als Pfeil 34 dargestellten Messdatenübertragungsleitung an die Steuereinheit 32 übermittelt. In dieser Weise ist eine schnelle und zuverlässige Ausregelung der katalytischen Brenneinheit 17 zur Kondensaterzeugung mittels der Expansionseinheit 20 möglich. Da die Abgasbetriebstemperatur in der Austrittsleitung (Pfeil 25) nicht nur von der Betriebstemperatur des Abgases am Eintritt in die Expansionseinheit 20 abhängt, sondern zusätzlich auch vom Druckverhältnis und/oder Wirkungsgrad der Expansionseinheit und der jeweils vorliegenden Abgaszusammensetzung, kann gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform auch die Expansionseinheit 20 mittels einer Steuerleitung mit der Steuereinheit 32 wirkverbunden sein. Da die volumetrische Wasseraufnahmefähigkeit von luftähnlichen Gasen in exponentiellem Zusammenhang mit der Gastemperatur steht, kann mittels geeigneter Einstellung der Betriebstemperatur des wasserdampfhaltigen Abgases der katalytischen Brenneinheit 17 ein Großteil der im Brennstoffzellenabgas vorhandenen Feuchtigkeit auskondensiert und anschließend im Abscheider 24 zurückgehalten und im Aufnahmebehälter 27 gespeichert werden. Dieses gespeicherte und rückgewonnene Wasser kann nach einer geeigneten Druckerhöhung mittels des Pumpmittels 30 zur Kompressoreinheit 14 zurückgeführt werden, um dort mittels einer nicht dargestellten Wassereindüsung Kühlungs-, Schmierungs- und/oder Abdichtungsfunktionen zu erfüllen. Gemäß einer nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform kann das rückgewonnene Wasser auch zur Befeuchtung des in die Kathodeneinheit 12 und Anodeneinheit 13 zuzuführenden Betriebsstoffs genutzt werden.Advantageously, the fuel cell device 10 is suitable, by means of the expansion unit 20, both to drive the compressor unit 14 and to recover water from the water vapor-containing exhaust gas from the fuel cell 11 or the catalytic burner unit 17 . For this purpose, the control unit 32 regulates the operating parameters of the catalytic combustion unit to values which can be set to a water-condensing exhaust gas temperature in the outlet line of the expansion unit 20 shown as arrow 25 in a manner which is advantageous in terms of operating efficiency and efficiency. The exhaust gas temperature is preferably slightly above the water freezing point. This allows a reliable and effective condensing out of the water or water vapor contained in the exhaust gas of the catalytic burner unit 17 and therefore a cheap operation storing and / or recycling the separated water within the fuel cell device 10th The respectively existing exhaust gas temperature is preferably measured continuously by means of the gas temperature measuring means 33 and its values are transmitted to the control unit 32 by means of the measurement data transmission line shown as arrow 34 . In this way, the catalytic combustion unit 17 for condensate generation can be regulated quickly and reliably by means of the expansion unit 20 . Since the exhaust gas operating temperature in the outlet line (arrow 25 ) depends not only on the operating temperature of the exhaust gas at the inlet into the expansion unit 20 , but also on the pressure ratio and / or efficiency of the expansion unit and the respective exhaust gas composition, according to an embodiment not shown, this can also be done Expansion unit 20 can be operatively connected to the control unit 32 by means of a control line. Since the volumetric water absorption capacity of air-like gases is exponentially related to the gas temperature, by appropriately setting the operating temperature of the water vapor-containing exhaust gas of the catalytic combustion unit 17, a large part of the moisture present in the fuel cell exhaust gas can be condensed out and subsequently retained in the separator 24 and stored in the receiving container 27 . After a suitable pressure increase, this stored and recovered water can be returned to the compressor unit 14 by means of the pumping means 30 , in order to perform cooling, lubrication and / or sealing functions there by means of a water injection (not shown). According to an alternative embodiment (not shown), the recovered water can also be used to moisten the fuel to be fed into the cathode unit 12 and anode unit 13 .
Die oben beschriebene Wasserrückgewinnung mittels der Expansionseinheit 20 erfolgt somit in konstruktiv einfacher. Weise, das heißt, ohne zusätzlich zu integrierende, aufwendige Bauteile, und erlaubt eine verschmutzungsunempfindliche, direkte Flüssigkeitserzeugung. Dabei wird zur Wasserrückgewinnung keine mechanische Energie verbraucht, sondern vorteilhafterweise gleichzeitig mechanische Energie zum Betreiben der Kompressoreinheit 14 gewonnen. Der konstruktive und energetische Aufwand zur Wasserrückgewinnung ist somit minimal. Dabei besteht ferner die Möglichkeit einer vollständigen Wasserrückgewinnung und somit eines in Bezug auf Wasser autarken Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung 10.The water recovery described above by means of the expansion unit 20 is thus carried out in a structurally simpler manner. Wise, that is, without additional, complex components to be integrated, and allows contamination-insensitive, direct liquid generation. No mechanical energy is consumed for water recovery, but advantageously mechanical energy for operating the compressor unit 14 is simultaneously obtained. The constructive and energetic effort for water recovery is minimal. There is also the possibility of complete water recovery and thus of water-independent operation of the fuel cell device 10 .
Der weitere konstruktive Aufbau und die weitere Funktionsweise der Brennstoffzellenvorrichtung 10 sind an sich bekannt und werden deshalb nicht im Detail dargestellt beziehungsweise beschrieben.The further structural design and the further mode of operation of the fuel cell device 10 are known per se and are therefore not shown or described in detail.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2845825A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-16 | Renault Sa | Water recovery system for electric vehicle fuel cell includes compressor and condenser extracting water vapor providing liquid for later use in fuel cell |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3973993A (en) * | 1975-02-12 | 1976-08-10 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant with steam flow through the cells |
| US4004947A (en) * | 1975-02-12 | 1977-01-25 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant |
| US4738903A (en) * | 1986-12-03 | 1988-04-19 | International Fuel Cells Corporation | Pressurized fuel cell system |
| DE19929732A1 (en) * | 1998-07-02 | 2000-01-05 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| DE19945323A1 (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-20 | Toyoda Automatic Loom Works | Fuel cell system has gas compressor connected to air feed line from compressor to fuel cell, recovery unit in waste gas line, liquid-gas separator unit, water feed line and pressure feed device |
| DE19908905A1 (en) * | 1999-03-02 | 2000-09-07 | Daimler Chrysler Ag | Fuel cell system with associated hydrogen production plant |
-
2000
- 2000-04-12 DE DE10018067A patent/DE10018067A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3973993A (en) * | 1975-02-12 | 1976-08-10 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant with steam flow through the cells |
| US4004947A (en) * | 1975-02-12 | 1977-01-25 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant |
| US4738903A (en) * | 1986-12-03 | 1988-04-19 | International Fuel Cells Corporation | Pressurized fuel cell system |
| EP0270101A1 (en) * | 1986-12-03 | 1988-06-08 | International Fuel Cells Corporation | Pressurized fuel cell system |
| DE19929732A1 (en) * | 1998-07-02 | 2000-01-05 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| DE19945323A1 (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-20 | Toyoda Automatic Loom Works | Fuel cell system has gas compressor connected to air feed line from compressor to fuel cell, recovery unit in waste gas line, liquid-gas separator unit, water feed line and pressure feed device |
| DE19908905A1 (en) * | 1999-03-02 | 2000-09-07 | Daimler Chrysler Ag | Fuel cell system with associated hydrogen production plant |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2845825A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-16 | Renault Sa | Water recovery system for electric vehicle fuel cell includes compressor and condenser extracting water vapor providing liquid for later use in fuel cell |
| WO2004034496A1 (en) * | 2002-10-10 | 2004-04-22 | Renault S.A.S. | Device for recuperating water in a power production unit comprising a fuel cell |
| US7399544B2 (en) | 2002-10-10 | 2008-07-15 | Renault S.A.S. | Device for recuperating water in a power production unit comprising a fuel cell |
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