燃料电池设备和用于运行燃料电池设备的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有至少一个燃料电池（２）的燃料电池设备（１），所述燃料电池具有阳极室（４）和阴极室（３）并布置在壳体（６）中，其中用于冲洗壳体（６）的冲洗介质可导入壳体（６）中的燃料电池（２）外部的空间（７）中，其中冲洗介质是在燃料电池（２）的工作中产生于阴极室（３）中的排气。本发明专利技术还涉及一种用于运行这种燃料电池设备（１）的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池设备，该燃料电池设备具有至少一个燃料电池，所述燃 料电池具有阳极室和阴极室并布置在壳体中。用于冲洗壳体的冲洗介质可导入壳体中、燃 料电池外部。本专利技术还涉及一种用于运行燃料电池设备的方法，其中将用于冲洗其中布置 有燃料电池的壳体的冲洗介质导入壳体中、燃料电池外部。
技术介绍
由WO 2005/099017A2已知了这种燃料电池设备和这种方法。其中从外部输入周 围空气作为冲洗介质。在燃料电池系统中，燃料电池或具有多个燃料电池的燃料电池组通常布置在壳体 中。该壳体一方面用于保护燃料电池组不受外界影响，如污物、灰尘、水等，另一方面该壳 体用于收集燃料电池组、尤其是阳极的可能的泄漏和与此相联系的氢排放并有针对性地将 其引导至特定地点。然而在此麻烦的是，由于燃料电池组的泄漏，壳体内部会出现气体混合 物，该气体混合物由于其成分而形成易燃或易爆的气体混合物。在现有技术中要通过使新 鲜空气不断穿流过该壳体来避免这种情况，该新鲜空气借助于鼓风机或通风机从环境送入 壳体中。根据wo 2005/099017A2，燃料电池设备的鼓风机同时也用于为阴极供给空气。在 壳体上除了入流管路外还布置有例如通入排出空气通道或排气通道中的出流管路。通过使 新鲜空气不断穿流过壳体，要确保不在壳体内形成不期望的氢气-空气混合物。这里的一 个问题在于，必须额外设置一单独的鼓风机，以便能够实现所述穿流。该鼓风机必须相应地 由电机驱动，这对系统的总效率产生了不利影响，而对能量转换没有丝毫贡献。通常该鼓风 机具有有限的功率，所以只能输送一定的、相对较小的空气流，因此需要连续运行。此外，可在壳体内部布置有测量壳体中的氢浓度的传感器。如果该浓度超过特定 的极限值，那么关断整个燃料电池系统，因为鼓风机可能不再能进行输送或不能进行足够 的输送，以能够相应地降低壳体中的氢浓度。此外，利用环境空气的冲洗是不利的，因为环 境空气含有约21 %的氧气，该氧气最终成为在相应的氢浓度下可能会爆炸的气体混合物的 组分。此外，在鼓风机连续运行时，当车辆静止且没有其它噪声在听觉上掩盖由鼓风机产生 的噪声时，该噪声尤其令人觉得困扰。在此，还已知了一种燃料电池系统，其中例如在空气过滤单元后面、在用于燃料电 池系统的阴极室的压缩机的进气段中分支出一条通入壳体中的管路。在该管路中同样布置 有鼓风机，该鼓风机将分支出来的空气输送入壳体中。稍后被从壳体再次导出的介质在压 缩机之前被导入用于阴极室的进气段中。因此，壳体的气体混合物被输入压缩机，该压缩机 吸入气体混合物并输入燃料电池的阴极室。从壳体一起输出的、份额可能极少的氢气由通 过压缩机从环境吸入的空气再次稀释。然后该气体流被压缩，并被输送至阴极，在那里份额 极少的氢气发生化学反应。因此应该确保了绝没有氢向外部排放或到达环境中。上文的描 述对该分支的管路中的鼓风机也适用，其中这里的鼓风机也在某个固定点连续运行并且壳 体不断被冲洗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种燃料电池设备以及用于运行燃料电池设备的方法， 其中可以确保在燃料电池外部对壳体进行有效冲洗而没有令人困扰的、由于单独为冲洗设 置的鼓风机而出现的噪声干扰；此外由于冲洗也不会产生不希望的燃料_氧化剂混合物。该目的通过具有权利要求1的特征的燃料电池设备以及具有权利要求21的特征 的方法来实现。根据本专利技术的燃料电池设备包括至少一个燃料电池，所述燃料电池具有阳极室和 阴极室。此外，燃料电池设备还包括壳体，燃料电池布置在该壳体中。此外，燃料电池设备 设计为使得用于冲洗壳体的冲洗介质可导入壳体中、燃料电池之外。所述冲洗介质是在燃 料电池的工作中产生在阴极室中的排气。通过燃料电池设备的这种设计，可以实现一种冲 洗过程，该冲洗过程避免了在壳体中、燃料电池之外形成不希望的燃料-氧化剂混合物。因 此可以在冲洗中避免不希望的易燃或易爆的气体混合物。由于根据本专利技术的燃料电池设备，不再需要额外设置用于为壳体换气的鼓风机。 替代地，出现在阴极的燃料电池出口处的排气可用于换气。这是尤其有利的，因为在此涉及 到耗尽的(abgereichert)空气，该耗尽的空气由于燃料电池内的电化学反应而具有明显 低于21% (来自环境的新鲜空气中的氧气含量约为21%)的氧气含量和大于70% (来自 环境的新鲜空气中的氮气含量约为70%)的提高了的氮气含量。这意味着向壳体内输送了 更多的惰性气体，这可以明显降低形成不期望的气体混合物的可能性。但可选地，也可总共 使用较少体积量的冲洗介质，这对燃料电池设备的效率产生了积极影响。燃料电池设备优选包括用于检测在壳体中、在燃料电池外的燃料浓度的装置。该 装置优选布置在壳体之中、燃料电池之外。该装置尤其可具有至少一个用于检测浓度的传 感器。通过该装置可以实现至少间歇地、优选持续地测量氢浓度，从而可以持续监视在壳 体中、燃料电池外部的氢浓度进而燃料浓度是否过高，以及是否因此需要冲洗该壳体空间。 由此可以确保不必持续冲洗壳体的在燃料电池外部的内部空间，而是可以根据需要进行冲 洗。因此，优选能以视情况而定的方式一尤其取决于在壳体中、燃料电池之外的燃料浓 度一导入阴极排气。燃料电池设备尤其包括冲洗介质输入管路，该冲洗介质输入管路从阴极室的排气 管路分支出来并通入壳体中。因此可以简单且花费低地通过排气管路从阴极室排出产生于 阴极室中的排气，并简单且花费低地通过冲洗介质输入管路将所述排气至少部分地导入壳 体中。冲洗介质输入管路优选沿阴极室的排气的流动方向在一与阴极室的排气管路相 连接的分离器之后从排气管路分支出来。这是特别有利的，因为阴极排气的取用在分离器 之后进行，并因此排气中不再含有不必要地高的水分含量。由于分离器在一定程度上可用 于排气的除湿，因此在分离器之后排气流特别干燥，从而可以通过冲洗介质输入管路将这 种特别干燥的排气流输送至壳体中。优选从分离器分支出一旁路管路，该旁路管路在冲洗介质输入管路从阴极室的排 气管路(分支出去)的分支点之后通入该排气管路中。因此可说是形成了旁路装置，该旁 路装置绕过了冲洗介质输入管路从阴极室的排气管路(分支出去)的分支点。由此，在与流动有关的过程中可适当地调节多大份额的排气流进入环境中、多大份额的排气流经过 冲洗介质输入管路。冲洗介质输入管路优选在壳体中延伸。冲洗介质输入管路完全布置在壳体中且完 全在壳体内部延伸被证明是尤其合适的。因此，在这种设计方案中，冲洗介质输入管路也在 壳体内部、燃料电池外部从排气管路分支出去，且冲洗介质输入管路的出口同样位于壳体 内部空间中、燃料电池之外。由此可以实现紧凑的结构，以及壳体中的部件一体化。重要的 是由此还可以确保部件的在减小结构空间方面的适当布置，还能实现对污物等的防护。还可以使冲洗介质输入管路在壳体外部从排气管路分支出去，并在壳体外部延 伸。在此，冲洗介质输入管路完全布置在壳体外部并可说是仅在入口处与壳体连接。也可以将分离器布置在壳体中或壳体外。由此也可以根据结构和根据需要分别合 适地安装分离器和冲洗介质输入管路这两种部件。优选在冲洗介质输入管路中布置有用于减小流动截面的单元，尤其是阀或节流 板。特别地，该用于减小流动截面的单元和用于检测燃料浓度的装置与一控制和/或调节 单元以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池设备（１），具有至少一个燃料电池（２），所述燃料电池具有阳极室（４）和阴极室（３），所述燃料电池布置在壳体（６）中，其中用于冲洗所述壳体（６）的冲洗介质能导入所述壳体（６）中的在所述燃料电池（２）外部的空间（７）中，其特征在于，所述冲洗介质是在所述燃料电池（２）的工作中产生于所述阴极室（３）中的排气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R努塞尔，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[]