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Verfahren zum Vermeiden explosiver Gasgemische während des Betriebs und bei der Durchführung eines Lecktests von mehreren Brennstoffzellenmodulen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017859D
Original Publication Date: 2001-Oct-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 1 page(s) / 124K

Publishing Venue

Siemens

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Willi Bette: AUTHOR [+3]

Abstract

Brennstoffzellen werden mit einem sauerstoffhaltigen Oxidationsgas und mit einem wasserstoffhaltigen Brenngas betrieben. Kommen Brenngas und Oxidati- onsgas ungewollt in Verbindung, so kann sich ein explosives Gasgemisch bilden, insbesondere wenn als Brenngas reiner Wasserstoff (H 2 ) und als Oxidations- gas reiner Sauerstoff (O 2 ) verwendet wird. Es ist daher üblich, eine Brennstoffzelle bzw. ein Brenn- stoffzellen-Modul, in das die Brennstoffzelle einge- bunden ist, im Laufe ihres Betriebslebens in regelmä- ßigen Abständen einem Lecktest zu unterziehen. Ein grober Lecktest zur Überwachung von Brenn- stoffzellen auf Undichtigkeiten ist der sogenannte Druckhaltetest. Hierbei wird die Oxidationsgasseite und/oder die Brenngasseite der Brennstoffzelle mit einem Gas beaufschlagt, beispielsweise Stickstoff (N 2 ) und durch Messung des Drucks innerhalb der Gasräume gegen die Zeit wird ein relativ großes Leck durch einen Druckabfall in einem oder beiden der Gasräume festgestellt. Zur Detektion von kleinen Lecks, die jedoch immer noch ausreichen, um explo- sionsfähige Gasgemische innerhalb eines Brennstoff- zellen-Moduls zu erzeugen, reicht ein solcher grober Lecktest allerdings nicht aus.

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Verfahren zum Vermeiden explosi-ver Gasgemische während des Be-triebs und bei der Durchführungeines Lecktests von mehrerenBrennstoffzellenmodulen

Industrie

Idee: Willi Bette, Erlangen;

Joseph Lersch, Heroldsbach;Ottmar Voitlein, Lonnerstadt

Brennstoffzellen werden mit einem sauerstoffhaltigenOxidationsgas� und� mit einem wasserstoffhaltigenBrenngas betrieben. Kommen Brenngas und Oxidati-onsgas ungewollt in� Verbindung,� so� kann� sich� einexplosives Gasgemisch bilden, insbesondere wenn alsBrenngas reiner Wasserstoff (H 2 ) und als Oxidations-gas� reiner� Sauerstoff� (O 2 )� verwendet� wird. Es istdaher üblich, eine� Brennstoffzelle� bzw.� ein� Brenn-stoffzellen-Modul, in das die Brennstoffzelle einge-bunden ist, im Laufe ihres Betriebslebens in regelmä-ßigen Abständen einem Lecktest zu unterziehen.

Ein� grober� Lecktest� zur� Überwachung� von Brenn-stoffzellen� auf� Undichtigkeiten� ist� der sogenannteDruckhaltetest.� Hierbei� wird die Oxidationsgasseiteund/oder� die� Brenngasseite� der� Brennstoffzelle � miteinem Gas� beaufschlagt,� beispielsweise� Stickstoff(N 2 ) und durch Messung des Drucks innerhalb derGasräume gegen die Zeit wird ein relativ großes Leckdurch� einen� Druckabfall� in� einem� oder� beiden derGasräume festgestellt. Zur� Detektion� von� kleinenLecks, die jedoch immer noch ausreichen, um explo-sionsfähige Gasgemische innerhalb eines Brennstoff-zellen-Moduls zu erzeugen, reicht ein solcher groberLecktest allerdings nicht aus.

Zur Lösung dieses Problems wird der Spannungshal-tetest als ein feiner und zuverlässiger Lecktest vorge-schlagen. Hierbei wird Brenngas in die Brenngasseiteund Oxidationsgas in die Oxidationsgasseite der zuuntersuchenden Brennstoffzellen� gegeben� und� an-schließend� die� Brenngas-� und Oxidationsgaszufuhrgeschlossen. Durch� Zuschaltung� einer� elektrischenLast zu den Brennstoffzellen wird in den Brennstoff-zellen Strom erzeugt,� wodurch� Oxidationsgas� undBrenngas im Laufe der Zeit verbraucht werden. DerSpannungsabfall einer Brennstoffzelle ist ein Maß fürden Verbrauch der beiden Gase. Bei einer defektenBrennstoffzelle tritt eines der beiden Gase durch eineUndichtigkeit entweder nach außen oder in den je-weils anderen Gasraum und reagiert dort unter Wär-meerzeugung zu Wasser. In dieser defekten Brenn-stoffzelle wird daher dieses entweichende Gasschneller verbraucht als in den anderen Zellen. DurchÜberwachung� der� Zellspannung� aller Zellen einesModuls fällt die defekte B...