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Betriebskonzept fuer die Befeuchtung der Luft einer PEM-Brennstoffzelle

IP.com Disclosure Number: IPCOM000020046D
Original Publication Date: 2003-Nov-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Nov-25

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Fuer einen stabilen und gegen schnelle Lastwechsel unempfindlichen Luftbetrieb einer PEM- (Polymer-Elektrolyt-Membran) Brennstoffzelle (siehe Abb. 1) ist die ausreichende Luftversorgung sehr wichtig, die auch eine ausreichende Befeuchtung der Luft (Taupunkt ist ungefaehr gleich der Kuehlwasseraustrittstemperatur) bei den jeweiligen Druecken und Temperaturen des Stacks sicherstellt. Die nachfolgende Abhandlung bezieht sich auf den Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle mit lufteingangsseitigem Verdichter mit einem beliebigen Befeuchtungskonzept und einem luftausgangsseitigen, ueber den Druck regelbaren Ventil oder Expander (siehe Abb. 1). Je nach Wirkungsgrad des Verdichters wird die mechanische Energie, die durch den Elektromotor auf den Verdichter uebertragen wird, zur Verdichtung der Luft verwendet. Ein anderer Teil der mechanischen Energie dient zur Verdampfung des Wassers. Ein weiterer Teil wird als Abwaerme ueber den Luftstrom bzw. das Gehaeuse abgegeben. Bei einem realen Brennstoffzellensystem ergibt sich damit ein voellig unuebersichtliches Kennfeld von Druck, Temperatur und Feuchte der Luft am Eingang der Brennstoffzelle. Fuer den langfristig sicheren Betrieb der Brennstoffzelle ist ein Betrieb mit ausreichender Befeuchtung zwingend. Eine kontinuierliche Messung der Feuchte nahe von 100% ist jedoch mit den derzeit kommerziell erhaeltlichen Sensoren nicht schnell genug fuer die Dynamik der Brennstoffzellenanlage und auch nicht betriebssicher genug, da die Messung durch Tropfen unkontrollierbar verfaelscht wird.