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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlagen,
welche zur Verwendung in Transportfahrzeugen, transportablen Stromerzeugungsanlagen
oder als stationäre Stromerzeugungsanlagen
geeignet sind, und die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die
Bestimmung von Reaktantenkonzentrationen in Strömungsfeldern einer abgeschalteten
Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage.
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Stand der
Technik
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Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlagen sind
bekannt und werden verbreitet verwendet, um elektrische Energie
aus wasserstoffhaltigem reduzierenden Fluid und Prozessoxidationsmittel-Reaktantenströmungen zu
erzeugen, um elektrische Geräte, z.B.
Stromerzeugungsanlagen oder Transportfahrzeuge anzutreiben. In Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlagen
aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei Abtrennen oder Öffnen eines
mit den Brennstoffzellen verbundenen elektrischen Schaltkreises,
wenn keine Last mehr an der Zelle ist, z. B. bei und während des
Abschaltens bzw. während
Betriebspausen der Zelle, das Vorhandensein von Luft auf einer Kathodenelektrode
zusammen mit an der Anodenelektrode verbleibenden Wasserstoff häufig unakzeptable
Anoden- und Kathodenpotenziale erzeugt, was zu Oxidation und Korrosion
der Katalysator- und Katalysatorträgermaterialien führt, verbunden
mit Leistungsverschlechterung der Zellen.
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Anstrengungen
wurden unternommen, um die Kathodenelektrode in einen passiven,
nicht-oxidierenden Zustand bei Abschalten der Brennstoffzelle zu
bringen. Beispielsweise wurde angedacht, dass Inertgas notwendig
ist, um sowohl das Anodenströmungsfeld
als auch das Kathodenströmungsfeld
direkt bei Abschalten der Zelle zu spülen, um die Anoden- und Kathodenelektroden
zu passivieren, um Leistungsverlust der Zellen zu minimieren oder
zu verhindern. Außerdem
verhindert die Anwendung einer Inertgasspülung beim Starten die Möglichkeit
des Vorhandenseins einer entflammbaren Mischung von Wasserstoff
und Luft, was einen Sicherheitsaspekt darstellt. Während die
Verwendung von 100% Inertgas als Spülungsgas im Stand der Technik
am meisten verbreitet ist, beschreiben die von der gleichen Anmelderin
gehaltenen US-Patente
5 013 617 sowie
5 045 414 die Verwendung
von 100% Stickstoff als anodenseitiges Spülungsgas und eine kathodenseitige
Spülungsmischung,
welche einen sehr kleinen Anteil an Sauerstoff (z. B. weniger als
1%), Rest Stickstoff, aufweist. Diese beiden Patente diskutieren auch
die Option des Verbindens einer elektrischen Dummy-Last über die
Zelle während
des Beginns eines Spülungspro-
zesses, um das Kathodenpotenzial rasch auf den akzeptablen Grenzwert
von weniger als 0,2 V bezüglich
einer Wasserstoffelektrodenreferenz zu senken.
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Es
wurde eine Lösung
vorgeschlagen, welche die Kosten vermeidet, die mit dem Speichern
und Liefern einer separaten Inertgasversorgung für die Brennstoffzellen vermeidet.
Die Kosten und Komplexität
von solchen gespeicherten Inertgasen sind unerwünscht, insbesondere bei Automobilanwendungen,
wo Kompaktheit und niedrige Kosten entscheidend sind, und wo das
System häufig
abgeschaltet und angefahren werden muss. Diese Lösung umfasst das Abschalten
einer Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage bei Trennen der primären Elektrizität verbrauchenden
Vorrichtung (im Folgenden die "Primärlast"), Abschalten der
Luft- oder Prozessoxidationsmittelströmung und Steuern der Brennstoffströmung in
das System und der Gasströmung
aus dem System auf eine Weise, die dazu führt, dass die Brennstoffzellengase über die
Zellen ins Gleichgewicht kommen, wobei die Brennstoffströmung abgeschaltet
ist, mit einer Gaszusammensetzung (auf einer trockenen Basis, d.
h. ohne Wasserdampf) von mindestens 0,001 % Wasserstoff, Rest Brennstoffzellen-Inertgas und
Aufrechterhalten einer Gaszusammensetzung von mindestens 0,001 Wasserstoff (Vol-%),
Rest Brennstoffzellen-Inertgas, während des Abschaltens. Vorzugsweise
ist jeglicher Stickstoff innerhalb der Gleichgewichtsgaszusammensetzung
aus Luft, die entweder direkt in das System eingeführt wurde
oder mit dem Brennstoff gemischt wurde. Dieses Verfahren des Abschaltens
der Brennstoffzelle umfasst auch nach dem Trennen der Primärlast und
Abschalten der Luftversorgung für
das Kathodenströmungsfeld
das Fortsetzen der Versorgung mit frischem Brennstoff für das Anodenströmungsfeld,
bis das verbleibende Oxidationsmittel vollständig verbraucht ist. Dieser
Oxidationsmittelverbrauch wird vorzugsweise unterstützt, indem
eine kleine Hilfslast über
die Zelle gebraucht wird, was ebenfalls die Elektrodenpotenziale
schnell nach unten treibt. Sobald das gesamte Oxidationsmittel verbraucht
ist, wird die Brennstoffzufuhr gestoppt, ein Brennstoffauslassventil
geschlossen und Luft in das Anodenströmungsfeld (falls notwendig)
eingebracht, bis die Wasserstoffkonzentration im Anodenströmungsfeld
auf ein gewähltes
mittleres Konzentrationsniveau über
dem erwünschten
End-Konzentrationsniveau reduziert ist. Luftströmung in das Anodenströmungsfeld
wird dann angehalten, und die Brennstoffzellengase können ins
Gleichgewicht kommen, was stattfindet durch Diffusion von Gasen über den Elektrolyten
und chemische und elektrochemische Reaktion zwischen dem Wasserstoff
und dem zusätzlichen
Sauerstoff.
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Während des
weiteren Abschaltens wird eine Wasserstoffkonzentration überwacht,
und Wasserstoff wird im erforderlichen Maß und falls notwendig hinzugefügt, um das
gewünschte
Wasserstoffkonzentrationsniveau zu halten. Dieses Abschaltverfahren
lehrt, dass ein erwünschter
Bereich der Wasserstoffkonzentration zwischen 0,0001% und 4% ist, wobei
der Rest Brennstoffzelleninertgase sind. Der spätere Schritt des Hinzufügens von
Wasserstoff wird wahrscheinlich benötigt aufgrund der Leckage oder
Diffusion von Luft in die Brennstoffzelle und/oder Leckage oder
Diffusion von Wasserstoff aus der Brennstoffzelle, z. B. durch Dichtungen. Wenn
Luft in das System leckt, reagiert Wasserstoff mit dem Sauerstoff
aus der Luft und wird verbraucht. Der Wasserstoff muss von Zeit
zu Zeit ersetzt werden, um die Wasserstoffkonzentration innerhalb
des gewünschten
Bereichs zu halten.
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Diese
und andere bekannte Verfahren zum Abschalten einer Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
erfordern die intermittierende Bestimmung der Gaszusammensetzung
in den Strömungsfeldern
der Brennstoffzellen der Anlage, insbesondere um relative Konzentrationen
von Sauerstoff und Wasserstoff zu bestimmen. Bekannte Apparate und Verfahren
zum Bestimmen solcher Gaszusammensetzungen in Brennstoffzellen-Strömungsfeldern
benachbart zu Elektroden umfassen Standard-Gaszusammensetzungssensoren.
Bekannte Sensoren weisen jedoch beträchtliche Schwierigkeiten beim
Aufrechterhalten eines effizienten Abschaltens einer Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
auf. Bekannte Sensoren sind unzuverlässig, insbesondere innerhalb
der Betriebsumgebung eines Brennstoffzellen-Strömungsfelds benachbart zu Elektroden. Zur
Verwendung in einem Transportfahrzeug, welches wahrscheinlich zwischen
50.000 und 100.000 Abschalt- und Start-Zyklen während einer erwarteten zehnjährigen Verwendungsdauer
aufweist, ist die Zuverlässigkeit
von Sensoren ein wesentliches Thema. Außerdem ist das Befestigen von
bekannten. Gaszusammensetzungssensoren in den Reaktantenfluid-Strömungsfeldern
oder in einem Brennstoffzellenstapel in einer Stromerzeugungsanlage
ein beträchtliches
Herstellungserschwernis und Kostenpunkt, insbesondere wenn solche
Brennstoffzellenstapelanordnungen über 200 separate Brennstoffzellen
haben. Bekannte Gaszusammensetzungssensoren könnten in Reaktantenfluid-Strömungsverzweigungssystemen
einer Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage angeordnet werden,
um Kosten und Herstellungsprobleme zu minimieren. Dieses Anordnen
von Sensoren außerhalb
der Reaktantenströmungsfelder
erfordert jedoch eine zyklisierende Strömung von in den Strömungsfeldern
enthaltenen Gasen, um eine repräsentative
Zusammensetzung von solchen Reaktantengasen innerhalb der Brennstoffzellen-Strömungsfelder
zu messen. Eine solche zyklisierende Strömung würde beträchtliche zusätzliche
Leistung während
des Abschaltens der Stromerzeugungsanlage erfordern, welches für die Anlage eine
zusätzliche
Belastung wäre.
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Dementsprechend
besteht ein Bedürfnis nach
einer Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage, welche ein effizientes
System zum Überwachen einer
Gaszusammensetzung in Reaktantenströmungsfeldern von Brennstoffzellen
der Anlage während
des Abschaltens bzw. während
Betriebspausen der Anlage auf weist und für das Einstellen der Gaszusammensetzung
innerhalb der Strömungsfelder während des
Abschaltens, um ein Potenzial der Elektroden der Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage unterhalb
einer Potenzialgrenze für
einen offenen Stromkreis zu halten.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist ein System zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung
in Brennstoffzellen einer abgeschalteten Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
und ein Verfahren zum Betrieb des Systems. Das System umfasst mindestens
eine Brennstoffzelle zum Erzeugen elektrischen Stroms aus wasserstoffhaltigem
reduzierendem Fluid- und Prozessoxidationsmittelströmungen,
wobei die Brennstoffzelle eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode
auf entgegengesetzten Seiten eines Elektrolyten, ein Anodenströmungsfeld
benachbart zur Anodenelektrode zum Leiten der reduzierenden Fluidströmung zum
Strömen
benachbart zur Anodenelektrode, ein Kathodenströmungsfeld benachbart zur Kathodenelektrode
zum Leiten des Prozessoxidationsmittelstroms zum Strömen benachbart
der Kathodenelektrode und ein Anodeneinlassventil aufweist, welches
in Fluidverbindung mit dem Anodenströmungsfeld verbunden ist, um
selektiv das reduzierende Fluid in das Anodenströmungsfeld hinein zu lassen.
Das System umfasst ebenfalls eine Sensorschaltung, welche mit der
Brennstoffzelle elektrisch verbunden ist, wobei die Schaltung eine
Stromquelle, eine Spannungsmessvorrichtung und einen Sensorschaltkreis-Schalter
aufweist. Der Schaltkreis ist so befestigt, dass die Stromquelle
selektiv einen vorbestimmten Messstrom an die Zelle für eine vorbestimmte
Messdauer liefern kann. Eine Steuerung ist in elektrischer Verbindung
mit der Sensorschaltung und dem Anodeneinlassventil angeordnet,
um selektiv das reduzierende Fluid in das Anodenströmungsfeld
zu lassen, wenn die Sensorschaltung feststellt, dass eine Abschalt-Überwachungsspannung
der Zelle gleich hoch oder höher
als ein Sensorspannungsgrenzwert der Zelle ist.
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Das
System verwendet effektiv die Elektroden innerhalb der Brennstoffzellen
als Sensoren. Durch Anwenden eines spezifischen Netzstroms für eine vorherbe stimmte
Messdauer auf die Brennstoffzelle erzeugt die Zelle eine Spannung,
welche proportional zur Gaszusammensetzung innerhalb des Reaktantenströmungsfelds
benachbart zu jeder Elektrode ist. Die Sensorschaltung muss erst
kalibriert werden, um einen spezifischen Sensorspannungsoutput für die Brennstoffzellen
innerhalb einer jeweiligen Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage in
Abhängigkeit
der Gaszusammensetzung in der Stromerzeugungsanlage zu bestimmen.
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Es
wurde festgestellt, dass bei Beibehalten eines Potenzials der offenen
Schaltung der Elektroden unterhalb von 0,2 V bezüglich einer Wasserstoffreferenzelektrode
die Elektroden keinen wesentlichen oxidativen Verfall durchmachen.
Kalibrieren der Sensorschaltung für eine spezifische Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
bestimmt einen Sensorspannungsgrenzwert für diese Stromerzeugungsanlage.
Der Sensorspannungsgrenzwert für
diese Stromerzeugungsanlage entspricht einer Spannung bei offenem
Stromkreis für
die Brennstoffzelle von 0,2 V. Der Sensorspannungsgrenzwert ist
eine Spannung, welche auf eine exzessive Menge von Sauerstoff in
den Reaktantenströmungsfeldern
hinweist.
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Die
Sensorschaltung wird kalibriert, indem zunächst ein Verhältnis zwischen
einer Spannung bei offenem Stromkreis der Zellen, wenn die Anoden
einem Wasserstoffgas oder einem wasserstoffreichen Gas mit bekannter
Zusammensetzung ausgesetzt sind (im Folgenden als Wasserstoffspannung
bei offenem Stromkreis bezeichnet) und einer Überwachungsspannung der Elektroden,
wenn der vorherbestimmte Messstrom der Sensorschaltung für die vorbestimmte
Messdauer auf die Elektroden für
eine erste Sauerstoffkonzentration innerhalb von Strömungsfeldern
einer Brennstoffzelle angewendet wird. Dann wird ein Verhältnis zwischen
einer Wasserstoffspannung bei offenem Stromkreis und Überwachungsspannung
der Elektroden für
eine zweite Sauerstoffkonzentration innerhalb der Brennstoffzellenströmungsfelder
gestellt. Die Korrelation der Daten der Bestimmung der Wasserstoffspannungen
bei offenem Stromkreis und der Überwachungsspannungen
für die
beiden Sauerstoffkonzentrationen wird verwendet, um den Grenzwert
der Sensorspannung zu bestimmen. Das Verhältnis zwischen den Wasserstoffspannungen
bei offenem Stromkreis und Überwachungsspannungen
für verschiedene
Reaktantenkonzentrationen innerhalb einer Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
kann beispielsweise festgestellt werden durch grafisches Auftragen
der Spannungen als Datenpunkte auf einem Graphen, wie beispielsweise
in 2 gezeigt, um eine Linie zu definieren, von welcher
der Grenzwert der Sensorspannung für die Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
extrapoliert werden kann.
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Während des
Abschaltens bzw. während
Betriebspausen der Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage kann die Sensorschaltung
einfach zwischendurch verwendet werden, um den vorherbestimmten
Messstrom für
die vorherbestimmte Messdauer auf die Brennstoffelektroden anzuwenden. Falls
die resultierende Spannung direkt vor dem Verstreichen der Messdauer
(im Folgenden als Abschalt-Überwachungsspannung
bezeichnet) größer gleich
dem Grenzwert der Sensorspannung ist, dann stellt die Sensorschaltung
fest, dass zu viel Sauerstoff in den Brennstoffzellen-Strömungsfeldern
ist und Wasserstoff eingelassen werden kann, um den Sauerstoff zu
verbrauchen. Außerdem
kann das System verwendet werden, um eine bestimmte Brennstoffzelle
oder Brennstoffzellen einer Stromerzeugungsanlage zu testen, um
zu bestimmen, wie lang die Brennstoffzelle oder -zellen der Anlage
ihre Strömungsfelder
unter einer schädlichen
Sauerstoffkonzentration während
des Abschaltens der Anlage halten können. Diese Information hilft
beim Bewerten einer Verwendungslebensdauer der Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
basierend auf einer Anzahl von erwarteten Abschalt- und Start-Zyklen
auf der Qualität
der Dichtungen, welche den Sauerstoffzugang begrenzen, etc., falls
die Anlage nicht mit einem Mechanismus zum Wiederfüllen der
Strömungsfelder
mit Wasserstoff während
des Abschaltens der Anlage ausgestattet ist.
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Dementsprechend
ist es ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System
zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung innerhalb einer abgeschalteten
Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage und ein Betriebsverfahren
des Systems zur Verfügung
zu stellen, welches die Nachteile des Stands der Technik behebt.
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Es
ist ein spezifischeres Ziel, ein System und Verfahren zum Bestimmen
einer Gaszusammensetzung in einer abgeschalteten Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
zu schaffen, welche nicht Gaszusammensetzungssensoren in der Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
verwenden muss.
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Es
ist noch ein weiteres Ziel, ein System und Verfahren zum Bestimmen
einer Gaszusammensetzung in einer abgeschalteten Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
bereitzustellen, welches die Elektroden von Brennstoffzellen der
Anlage als Sensoren zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung verwendet.
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Es
ist ein weiteres Ziel, ein System und Verfahren zur Verfügung zu
stellen, um eine Gaszusammensetzung in einer abgeschalteten Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
festzustellen, welches Information über eine Fähigkeit der Anlage liefert, Wasserstoff
während
des Abschaltens zu enthalten.
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Diese
und andere Ziele und Vorteil der vorliegenden Erfindung und Verfahren
zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung in einer abgeschalteten Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
werden leichter ersichtlich, wenn die folgende Beschreibung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
eines Systems zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung in einer abgeschalteten
Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage, welche gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist.
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2 ist
ein Graph, welcher Kurven von Daten der Wasserstoffspannung bei
offenem Stromkreis und der Überwachungsspannung
für verschiedene Sauerstoffgaszusammensetzungen
für Brennstoffzellenstapelanordnungen
mit 20 und 276 Zellen zeigt.
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Art(en) der Ausführung der
Erfindung
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Es
wird detailliert auf die Zeichnungen Bezug genommen. Eine erste
Ausführungsform
eines Systems zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung in einer abgeschalteten
Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage ist in
1 gezeigt
und wird allgemein mit dem Bezugszeichen
10 bezeichnet.
Das System umfasst eine Brennstoffzelle
12 mit einer Anode
14 (welche
auch als Anodenelektrode bezeichnet werden kann), einer Kathode
16 (welche
auch als Kathodenelektrode bezeichnet werden kann) und einem Elektrolyten
18,
welcher zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist. Der Elektrolyt
18 kann
in Form einer Protonenaustauschmembran (PEM) des im US-Patent
6 024 848 beschriebenen Typs
sein, oder der Elektrolyt kann in einer Keramikmatrix gehalten sein,
wie es beispielsweise in Brennstoffzellen mit saurem wässrigen
Elektrolyten ist, z. B. Phosphorsäureelektrolyt-Brennstoffzellen.
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Die
Anodenelektrode 14 umfasst ein Anodensubstrat 20 mit
einer Anodenkatalysatorschicht 22, welche darauf auf der
Seite des Substrats 20 angeordnet ist, welche dem Elektrolyten 18 zugewandt ist.
Die Kathodenelektrode 16 umfasst ein Kathodensubstrat 24 mit
einer darauf angeordneten Kathodenkatalysatorschicht 26 auf
der Seite des Substrats, welches dem Elektrolyten 18 zugewandt
ist. Die Zelle umfasst auch ein Anodenströmungsfeld 28 benachbart
dem Anodensubstrat 20 und ein Kathodenströmungsfeld 30 benachbart
dem Kathodensubstrat 24. Das Kathodenströmungsfeld 30 definiert
eine Mehrzahl von Kanälen 32,
welche sich durch das Kathodenströmungsfeld 30 erstrecken,
um ein Oxidationsmittel, vorzugsweise Luft, über die Kathode von einem Kathodeneinlass 34 zu
einem Kathodenauslass 36 zu transportieren. In ähnlicher
Weise definiert das Anodenströmungsfeld 28 eine
Mehrzahl von Kanälen 38,
welche sich durch das Anodenströmungsfeld 28 erstrecken,
um ein wasserstoffhaltiges reduzierendes Fluid bzw. einen Brennstoff über die
Anodenelektrode 14 von einem Anodeneinlass 40 zu
einem Anodenauslass 42 zu transportieren. Das Anodenströmungsfeld 28 und
das Kathodenströmungsfeld 30 umfassen
Poren, Kanäle
oder Leerräume,
welche innerhalb der Anoden- und Kathodenströmungsfelder 28, 30 definiert
sind, um die Reaktantenströme
zu leiten, welche durch die Felder 28, 30 strömen, damit sie
benachbart zu und in Kontakt mit der Anodenelektrode 14 oder
Kathodenelektrode 16 strömen.
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Obwohl
nur eine einzelne Zelle
12 gezeigt ist, weist eine Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage
tatsächlich
eine Mehrzahl von benachbarten Zellen (d. h. einen Stapel von Zellen)
auf, welche elektrisch in Reihe verbunden sind, jeweils mit einer Kühlerplatte
und/oder Separatorplatte (nicht gezeigt), welche das Kathodenströmungsfeld
von einer Zelle vom Anodenströmungsfeld
einer benachbarten Zelle trennt. Für detailliertere Information
bezüglich
Brennstoffzellen wie die in
1 dargestellte
wird der Leser an die von der gleichen Anmelderin gehaltenen US-Patente
5 503 944 und
4 155 627 verwiesen, welche beide
durch Bezugnahme hiermit inkorporiert werden. Das '944-Patent beschreibt
eine Feststoff-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, bei welcher der
Elektrolyt eine Protonenaustauschmembran (PEM) ist. Das '627-Patent beschreibt
eine Phosphorsäureelektrolyt-Brennstoffzelle,
bei welcher der Elektrolyt eine in einer porösen Silikoncarbid-Matrixschicht
gehaltene Flüssigkeit
ist. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für die Verwendung mit
PEM-Zellen; sie kann aber auch mit Phosphorsäurezellen oder anderen bekannten
Elektrolyten verwendet werden.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst das Brennstoffzellensystem
eine Quelle 44 für
wasserstoffhaltiges reduzierendes Fluid bzw. Brennstoff und eine Quelle 46 für Prozessoxidationsmittel,
z. B. Luft. Der Brennstoff kann reiner Wasserstoff oder ein anderer wasserstoffreicher
Brennstoff sein, z. B. reformiertes Erdgas oder Benzin. Eine Kathodeneinlassleitung 48 leitet
Luft von der Quelle 46 in den Kathodenströmungsfeldeinlass 34;
und eine Kathodenauslassleitung leitet verbrauchte Luft weg vom
Kathodenauslass 36. Ein Kathodeneinlassventil 52 ist
an der Kathodeneinlassleitung 48 angeordnet, und ein Kathodenauslassventil 54 ist
an der Kathodenauslassleitung 50 angeordnet, um die Strömung vom
Prozessoxidationsmittel oder Luft durch das Kathodenströmungsfeld 30 zuzulassen
oder zu beenden. Ein Gebläse 56 kann
an der Kathodeneinlassleitung 60 angebracht sein, um einen
Druck eines Prozessoxidationsmittelstroms zu erhöhen, welcher durch das Kathodenströmungsfeld 30 gelangt.
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Eine
Anodeneinlassleitung 58 ist in Fluidverbindung zwischen
der Brennstoffquelle 54 und dem Anodenströmungsfeld 28 verbunden,
und eine Anodenauslassleitung 60 leitet die Strömung von
reduzierendem Fluid-Brennstoff aus dem Anodenströmungsfeld 28. Ein
Anodeneinlassventil 62 ist mit der Anodeneinlassleitung 58 verbunden,
und ein Anodenauslassventil 64 ist an der Anodenauslassleitung 60 befestigt,
um die Strömung
von wasserstoffhaltigem reduzierendem Fluid-Brennstoff durch das
Anodenströmungsfeld 28 zuzulassen
oder zu beenden.
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Eine
Anodenwiederverwertungsleitung 66 kann in Fluidverbindung
mit dem Anodenauslass 42 und dem Anodeneinlass 40 verbunden
werden, so dass die Anodenwiederverwertungsleitung 66 zwischen
dem Anodenauslass 42 und dem Anodenabgasventil 64 und
zwischen dem Anodeneinlass 40 und dem Anodeneinlassventil 62 verbunden
ist. Die Anodenwiederverwertungsleitung 66 umfasst eine) Anodenwiederverwertungspumpe
bzw. -gebläse 68, um
einen Teil der Anodenabgasströmung
innerhalb der Anodenabgasleitung 60 durch die Anodenwiederverwertungsleitung 66 in
den Anodeneinlass 40 zurück in das Anodenströmungsfeld 28 zu
transportieren. Eine Anodenzuführleitung 70 ist
an der Anodenwiederverwertungsleitung 66 befestigt, um
das Einströmen
von einem Oxidationsmittel in die Wiederverwertungsleitung 66 zu
ermöglichen,
und die Oxidationsmittelzuführleitung 70 kann
in Fluidverbindung mit der Oxidationsmittelquelle 46 verbunden sein
oder einfach zur Umgebungsluft hin geöffnet sein. Ein Brennstoff-Vakuumunterbrechungsventil 72 ist
an der Oxidationsmittelzuführleitung 70 befestigt, um
das Strömen
von Oxidationsmittel in die Anodenwiederverwertungsleitung 66 zu
ermöglichen
oder zu beenden. Außerdem
kann das Brennstoff-Vakuumunterbrechungsventil 72 auch
dazu dienen, die Strömung
von Anodenabgasströmung
oder jeglichem Oxidationsmittel aus der Anodenwiederverwertungsleitung 66 zu
unterbinden.
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Das
System zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung einer Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage 10 umfasst
auch eine externe Schaltung 74, welche die Anodenelektrode 14 und
die Kathodenelektrode 16 verbindet. Die externe Schaltung 74 umfasst
eine Primärlast 76,
welche mit der externen Schaltung 74 durch einen Primärlastschalter 78 verbunden
ist. Die externe Schaltung kann auch eine Hilfswiderstandlast 80 umfassen,
welche mit der externen Schaltung durch einen Hilslastschalter 82 verbunden
ist, und die Hilfslast 80 kann auch eine Diode 84 in
Reihe mit der Hilfswiderstandlast 80 aufweisen.
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Eine
Sensorschaltung bzw. ein Sensorschaltkreis 86 ist auch
in elektrischer Verbindung mit den Elektroden 14, 16 der
Zelle 12 verbunden, z. B. durch die externe Schaltung 74.
Die Sensorschaltung 86 umfasst eine Gleichstromquelle 88,
z. B. eine konventionelle, geregelte Gleichstromquelle, Stromquelle
vom Batterietyp; eine Spannungsmessvorrichtung zum Messen der Spannung
in der Sensorschaltung, z. B. ein Standard-Voltmeter 90;
und einen Sensorschaltungsschalter 92.
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Während des
normalen Betriebs der Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage 10 ist
der Primärlastschalter 78 geschlossen
(er ist in 1 offen gezeigt); der Hilfslastschalter 82 ist
offen, so dass die Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage Elektrizität für die Primärlast 76,
z. B. einen Elektromotor etc. zur Verfügung stellt; und der Sensorschaltungsschalter 92 ist
geöffnet,
so dass die Sensorschaltung keinen elektrischen Strom zu der Anoden-
und der Kathodenelektrode 14, 16 leitet. Das Oxidationsmittelgebläse 56 und
das Anodenabgas-Wiederverwertungsgebläse 68 sind
angeschaltet. Das Kathodeneinlass- und -auslassventil 52 und 54 sind
geöffnet,
wie auch das Anodeneinlassventil 62 und das Anodenabgasventil 64.
Das Brennstoff-Vakuumunterbrechungsventil 72 ist geschlossen,
so dass keine Luft in das Anodenströmungsfeld 28 über die
Anodenwiederverwertungsleitung 66 strömt.
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Daher
wird bei normalem Betrieb der Anlage 10 Prozessoxidationsmittel,
z. B. Luft aus der Oxidationsmittelquelle 46, kontinuierlich
in den Kathodenströmungsfeldeinlass 30 durch
die Kathodeneinlassleitung 48 geliefert und verlässt das
Kathodenströmungsfeld 30 durch
die Kathodenabgasleitung 50. Der wasserstoffhaltige reduzierende
Fluid-Brennstoff von der Brennstoffquelle 44 wird kontinuierlich
in das Anodenströmungsfeld 28 durch
die Anodeneinlassleitung 58 geliefert. Ein Teil des Anodenabgases,
welcher verbrauchten Wasserstoffbrennstoff enthält, verlässt das Anodenströmungsfeld 28 durch
die Anodenabgasleitung 60 und das Anodenabgasventil 64, während die
Anodenwiederver- wertungsleitung 66 und
das Wiederverwertungsgebläse 68 den
Rest des Anodenabgases durch das Anodenströmungsfeld 28 auf eine
aus der Technik bekannte Weise rezirkuliert. Wiederverwerten eines
Teils des Anodenabgases hilft dabei, eine relativ gleichförmige Gaszusammensetzung
vom Anodeneinlass 40 bis zum Anodenauslass 42 des
Anodenströmungsfelds 28 aufrechtzuerhalten
und ermöglicht
verbesserte Wasserstoffverwertung. Wenn der Wasserstoff durch das
Anodenströmungsfeld
gelangt, reagiert er elektrochemisch auf der Anodenkatalysatorschicht 22 auf
bekannte Weise und erzeugt Protonen (Wasserstoffionen) und Elektronen.
Die Elektronen fließen
von der Anodenelektrode 14 zur Kathodenelektrode 16 durch
die externe Schaltung 74, um die Primärlast 76 anzutreiben.
Abschalten der im Betrieb befindlichen Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage 10 umfasst
das Öffnen
oder Trennen des Primärlastschalters 78 (wie in 1 gezeigt)
in der externen Schaltung 74, um die Primärlast 76 abzutrennen.
Der Anodeneinlass bzw. das Brennstoffströmungsventil 62 bleibt
offen; und das Anodenabgas-Wiederverwertungsgebläse 68 bleibt angeschaltet,
um die Rezirkulation eines Teils des Anodenabgases fortzusetzen.
Das Anodenabgas-Entlüftungsventil 64 bleibt
offen oder wird geschlossen, abhängig
von dem Anteil an Wasserstoff in dem einströmenden Brennstoff und den relativen Volumina
der Anoden- und Kathodenseite der Brennstoffzelle. Die Strömung von
frischer Luft zum Kathodenströmungsfeld 30 wird
abgeschaltet durch Schließen
der Kathodeneinlass- und Kathodenauslassventile 52, 54.
Das Kathodeneinlassgebläse 56 wird ebenfalls
abgeschaltet. Die Hilfslast 80 kann dann mit dem externen
Schaltkreis durch Schließen
des Hilfslastschalters 82 verbunden werden. Während Strom durch
die Hilfslast 80 fließt,
finden typische elektrochemische Zellenreaktionen statt, welche
bewirken, dass die Sauerstoffkonzentration im Kathodenströmungsfeld 30 reduziert
und die Zellenspannung abgesenkt wird.
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Das
Anwenden der Hilfslast wird initiiert, während noch immer ausreichend
Wasserstoff in der Brennstoffzelle 12 ist, um den gesamten
in der Brennstoffzelle 12 verbleibenden Sauerstoff reagieren
zu lassen. Sie bleibt vorzugsweise mindestens verbunden, bis die
Zellenspannung auf einen vorbestimmten Wert abgesenkt ist, vorzugsweise
0,2 V pro Zelle oder weniger. Die Diode 84, welche über die Kathode
und Anode 14, 16 verbunden ist, misst die Zellenspannung und
ermöglicht,
dass Strom durch die Hilfslast 80 strömt, so lange die Zellenspannung über dem
vorherbestimmten Wert liegt. Auf diese Weise wird die Brennstoffzellen-
(12) Spannung auf den vorherbestimmten Wert reduziert und
danach darauf begrenzt. Wenn die Zellenspannung auf 0,2 V pro Zelle
fällt,
ist im Wesentlichen der sämtliche
Sauerstoff im Kathodenströmungsfeld
und etwaiger Sauerstoff, welcher über den Elektrolyten 18 zum
Anodenströmungsfeld
diffundiert ist, verbraucht. Die Hilfslast 80 wird dann
abgetrennt durch Öffnen
des Hilfslastschalters 82.
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Während Betriebspausen
der Anlage 10 kann Sauerstoff von der Luft in die Strömungsfelder 28, 30 lecken,
so dass das Potenzial der Anoden- und Kathodenelektroden 14, 16 eventuell
0,2 V relativ zu einer Wasserstoff-Referenzelektrode übersteigt,
was zu oxidativem Zerfall innerhalb der Brennstoffzelle 12 führt. Wasserstoffgas
von der Quelle 44 für
reduzierendes Fluid kann dann eingelassen werden, bevor das Elektrodenpotenzial
0,2 V erreicht, um den Sauerstoff zu verbrauchen, wodurch jeglicher oxidativer
Zerfall minimiert wird. Der Wasserstoff kann durch das Anodenströmungsfeld 28 zirkuliert werden
durch Öffnen
des Anodeneinlassventils 62 und Anschalten des Anodenwiederverwertungsgebläses 68,
während
das Anodenabgas-Entlüftungsventil 64 geschlossen
bleibt. Jeglicher so eingelassener Wasserstoff wird auch durch den
Elektrolyten 18 diffundieren, um Sauerstoff im Kathodenströmungsfeld 30 zu
verbrauchen.
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Die
Sensorschaltung 86 kann verwendet werden, um zu bestimmen,
wann der Zeitpunkt geeignet ist, um Wasserstoff in die Brennstoffzelle 12 einzulassen,
durch Schließen
des Sensorschaltungsschalters 92, um einen vorherbestimmten
Messstrom auf die Elektroden 14, 16 für eine vorherbestimmte Messzeit
anzuwenden. Direkt vor Ablauf der Messdauer wird die Zellenspannung
durch die Spannungsmessvorrichtung 90 bestimmt, wobei die
Spannung hierbei als die Abschalt-Überwachungsspannung gekennzeichnet
ist. Falls die Abschalt-Überwachungsspannung
größer gleich
einem Sensorspannungsgrenzwert für
die Brennstoffzellen ist, welche den Messstrom aufnehmen, kann Wasserstoff
oder ein wasserstoffreiches Gas in die Strömungsfelder 28, 30 der
Brennstoff zelle 12 hineingelassen werden, wie oben beschrieben,
oder auf jegliche andere in der Technik bekannte Weise.
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Die
Sensorschaltung 86 kann auch in Verbindung mit einer Wasserstoffeinlass-Steuerungseinrichtung
(nicht gezeigt) zum Steuern des Einlasses von Wasserstoff in die
Strömungsfelder 28, 30 der Brennstoffzelle 12 verbunden
sein. Die Steuerungseinrichtung kann jegliche in der Technik bekannte Steuerung
sein, welche den Vorgang des Einlassens von Wasserstoff in die Strömungsfelder 28, 30 durchführen kann,
nachdem die Sensorschaltung 86 feststellt, dass eine Schalt-Überwachungsspannung
größer gleich
dem Sensorspannungsgrenzwert ist. Beispielhafte Steuerungseinrichtungen
umfassen eine einfache manuelle Öffnung
durch Stromerzeugungsanlagen-Betriebspersonal (nicht gezeigt) des
Anodeneinlassventils 62, oder jeglicher anderer Mechanismus,
der in der Lage ist, Wasserstoff in die Brennstoffzellen-Strömungsfelder
einströmen
zu lassen, und Starten des Anodenabgas-Wiederverwertungsgebläses durch
das Bedienungspersonal oder ein Kontrollsystem. Andere Kontrolleinrichtungen
umfassen elektromechanische Kontrollen, welche die Spannung messende
Vorrichtungen mit dem Anodeneinlassventil 62 wie auch mit
dem Anodenwiederverwertungsgebläse 68 integrieren,
welche in der Technik zur Öffnung
von Ventilen und Gebläsen
etc. in Reaktion auf Messsignale bekannt sind.
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Die
Sensorschaltung 86 muss für die Verwendung mit einer
jeweiligen Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage kalibriert werden,
um den Grenzwert der Sensorspannung für diese Stromerzeugungsanlage
zu bestimmen. Kalibrieren der Sensorschaltung 86 wird erzielt
durch Herstellen eines Verhältnisses
zwischen der Spannung bei offenem Schaltkreis der Zellen der Anlage,
wenn die Elektroden der Zellen 100% Wasserstoffgas ausgesetzt sind
(hier bezeichnet als Wasserstoffspannung bei offenem Schaltkreis)
und eine Überwachungsspannung
der Elektroden, wenn der vorherbestimmte Messstrom der Sensorschaltung
auf die Elektroden für
die vorherbestimmte Messdauer zu einer ersten Reaktantenkonzentration
innerhalb der Strömungsfelder
einer Brennstoffzelle angewendet wird. Dann wird ein Verhältnis hergestellt
zwischen einer Wasserstoffspannung bei offenem Schaltkreis und Überwachungsspannung
der Elek troden für
eine zweite Reaktantenkonzentration innerhalb der Brennstoffzellen-Strömungsfelder.
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Eine
beispielhafte Kalibrierung einer Sensorschaltung umfasste die folgenden
Schritte: Ein Brennstoffzellenstapel mit 20 Zellen wurde hergestellt
unter Verwendung einer Protonenaustauschmembran ("PEM")-Anoden- und Kathodenelektrodenanordnung,
erhältlich
von W.L. Gore Company aus Elkton, Maryland, USA, unter der Produktbezeichnung "Gore 5561". Der Stapel wurde
bei Raumtemperatur aufbewahrt mit einer ersten Initialgaszusammensetzung
in der Brennstoffzelle und wobei eine Hilfslast, z. B. die Hilfslast 80 oben,
angeschlossen war, so dass die Spannung über die Zellen 0,0 V war. Die
Hilfslast wurde getrennt, und eine Sensorschaltung lieferte einen
Messstrom von 100 mA über die
Zellen für
eine Messdauer von 5 s. Bei Verstreichen der Messdauer, wobei der
Strom verbunden war, wurde eine Überwachungsspannung
von 0,25 mV gemessen. Dann wurde die Sensorschaltung abgetrennt,
und 100% Wasserstoff wurde in das Anodenströmungsfeld eingebracht, und
die Wasserstoffspannung bei offener Schaltung wurde bei 0,01 V gemessen. 2 zeigt
eine Kurve einer Korrelation zwischen diesen beiden Datenpunkten
auf einem Graphen bei Bezugszeichen 94. Fachleute können ableiten,
dass die Gaszusammensetzung in der Zelle zu diesem Zeitpunkt, bei
welchem der Messstrom von 100 mA angewendet wurde, im Wesentlichen
reiner Wasserstoff war.
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Das
gleiche Verfahren wurde wiederholt für eine zweite Gaszusammensetzung
bzw. zweite Reaktantenkonzentration innerhalb der Brennstoffzellen.
Eine Überwachungsspannung
von 14 mV wurde gemessen, und eine Wasserstoffspannung bei offener
Schaltung von 0,85 V wurde gemessen. Die Korrelation dieser Datenpunkte
ist in 2 bei Bezugszeichen 96 gezeigt. Der Fachmann
kann ableiten, dass die Gaszusammensetzung in der Brennstoffzelle
zum Zeitpunkt der Anwendung des Messstroms von 100 mA zwischen 5
und 20% Sauerstoff war. Ein zusätzlicher
Test für
eine dritte Gaskombination misst eine Überwachungsspannung von 0,75
mV und die entsprechende Wasserstoffspannung bei offener Schaltung
von ca. 0,2 V, wie beim Bezugszeichen 98 gezeigt. Ein weiterer
Test für
eine vierte Gaszusammensetzung ergab in der Messung eine Überwachungsspannung
von ca. 3,5 mV und eine entsprechende Wasserstoffspannung bei offener
Schaltung von ca. 0,55 V, was in 2 beim Bezugszeichen 100 dargestellt
ist. Wie sich aus dem Graph von 2 ergibt,
definieren die vier Datenpunkte bei den Bezugszeichen 94, 96, 98, 100 eine
Linie 102.
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Die
Linie 102 dient als Basis zum Bestimmen eines Grenzwerts
der Sensorspannung, welche einer Spannung bei offenem Schaltkreis
von 0,2 V entspricht, welches auf der Linie 102 einer Überwachungsspannung
von 0,7 mV entspricht. Anders ausgedrückt, wenn die Sensorschaltung
für diesen
ersten beispielhaften Brennstoffzellenstapel mit 20 Zellen einen
Messstrom von 100 mA für
eine Messdauer von 5 s liefert, muss zur Minimierung des oxidativen Zerfalls
die resultierende Abschalt-Überwachungsspannung
kleiner als 0,7 mV sein. Falls die Abschalt-Überwachungsspannung ca. 0,7
mV oder größer für diese
Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage ist, dann kann Wasserstoff
in die Brennstoffzellen-Strömungsfelder
eingelassen werden, um übermäßigen Sauerstoff
zu verbrauchen. Zusätzlich
kann die Verwendung der Sensorschaltung durch in Abständen erfolgendes
Testen der exemplarischen Brennstoffzelle eine Zeitdauer aufzeigen,
während welcher
der beispielhafte Brennstoffzellenstapel mit 20 Zellen ein Abschalt-Potenzial
bei offenem Schaltkreis unterhalb des Grenzwerts der Sensorspannung halten
kann. Das liefert wertvolle Information über eine Verwendungsdauer für die Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage,
welche diesen Brennstoffzellenstapel mit 20 Zellen verwendet, in
dem Fall, dass die Anlage nicht mit der Möglichkeit des Ersetzens von
Wasserstoff in den Brennstoffzellen-Strömungsfeldern während einer
Abschaltdauer ausgestattet ist.
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Wie
in 2 gezeigt, wurde eine Sensorschaltung auch für einen
zweiten beispielhaften Brennstoffzellenstapel mit 276 Brennstoffzellen
kalibriert. Untersuchung der Daten definierte eine Linie, gezeigt
bei Bezugszeichen 104, für den Stapel mit 276 Zellen,
und die Linie 104 ergibt einen Grenzwert der Sensorspannung
für den
Stapel mit 276 Zellen von ca. 6 mV.
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Man
ist der Ansicht, dass die Unterschiede der Wasserstoffspannungen
bei offenem Schaltkreis relativ zu den Überwachungsspannungen für verschiedene Sauerstoffgaszusammensetzungen
ein Ergebnis von Reaktionen der Wasserstoffentstehung/des Wasserstoffverbrauchs
(Oxidation/Reduktion) ist, die viel stärker reversibel sind (d. h.
mit viel geringerem Über-Potenzial
stattfinden) als die entsprechenden Sauerstoff-Oxidations-/Reduktions-Reaktionen,
wie in der Technik bekannt.
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Ein
alternatives Verfahren zum Kalibrieren einer Sensorschaltung für eine bestimmte
Brennstoffzelle umfasst das Strömen-Lassen
eines wasserstoffhaltigen Gases mit einer bekannten Wasserstoffkonzentration
von 4% bis 100% durch sowohl die Anoden- als auch Kathodenströmungsfelder.
Der vorherbestimmte Messstrom wird dann für die vorherbestimmte Messdauer
angewendet, und die Überwachungsspannung über die
Zellen wird direkt vor Ablauf der Messdauer gemessen. Ein Gasstrom,
bestehend aus 100% Wasserstoff, wird durch das Anodenströmungsfeld
direkt nach Abschalten des Messstroms durchgeleitet, um eine Wasserstoffspannung bei
offenem Schaltkreis zu erzeugen. Dieses Verfahren wird mit einem
sauerstoffhaltigen Gas mit einer bekannten Konzentration von 4%
bis 21 % Sauerstoff wiederholt, welches sowohl durch das Anoden-
als auch das Kathodenströmungsfeld
geleitet wird. Eine Überwachungsspannung
wird wie oben beschrieben bestimmt, und dann wird 100% Wasserstoff
durch das Anodenströmungsfeld
geleitet, um eine Wasserstoffspannung bei offenem Schaltkreis für die zweite Sauerstoffkonzentration
zu bestimmen. Ein Verhältnis
zwischen den Wasserstoffspannungen bei offenem Schaltkreis und den Überwachungsspannungen für die beiden
Sauerstoffgaszusammensetzungen wird dann festgestellt, z. B. durch
graphische Darstellung der Messungen als Daten auf einem Graph wie in 2.
Eine Bestimmung aus dem Verhältnis
kann dann gemacht werden, um den Sensorschaltungsgrenztwert für die jeweilige
Brennstoffzelle oder Brennstoffzellen zu identifizieren, welche
durch das alternative Verfahren getestet wurden.
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Das
System und Verfahren zum Bestimmen einer Gaszusammensetzung in einer
abgeschalteten Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage 10 der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
daher effizientes Überwachen
einer Menge an Sauerstoff in den Brennstoffzellen-Strömungsfeldern 28, 30,
während die
Zelle abgeschaltet ist, um oxidative Korrosion und Brennstoffzellen-Leistungsverlust zu
minimieren, welcher aus bekannten Systemen und Verfahren zum Abschalten
von Brennstoffzellen resultiert. Indem die Kathodenelektrode und
Anodenelektrode 14, 16 der Brennstoffzelle effektiv
als Sensor für
die Sensorschaltung 86 genutzt wird, kann die Bestimmung
der Gaszusammensetzung periodisch überwacht werden, ohne das Erfordernis
der Verwendung von komplexen und kostspieligen Sensoren in den Brennstoffzellen-Strömungsfeldern 28, 30 oder
Verzweigungssystemen. Bei Verwendung der Sensorspannungsgrenze beim Überwachen
der Gaszusammensetzung in den Brennstoffzellen-Strömungsfeldern 28, 30 während des
Abschaltens (bzw. Abgeschaltet-Seins) und durch Einströmen-Lassen
von Wasserstoff in die Strömungsfelder 28, 30,
wenn die Abschalt-Überwachungsspannung
ca. gleich oder größer als
der Sensorspannungsgrenzwert ist, minimiert das System und Verfahren
der vorliegenden Erfindung jeglichen oxidativen Zerfall und Leistungsabfall
der Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage 10.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
Erfindung ist ein System (10) und ein Verfahren zum Bestimmen
einer Gaszusammensetzung in einer Brennstoffzelle (12)
einer abgeschalteten Brennstoffzellen-Stromerzeugungsanlage. Das System
(10) umfasst mindestens eine Brennstoffzelle (12),
einen Sensorschaltkreis (86), welcher in elektrischer Verbindung
mit der Brennstoffzelle (12) angeordnet ist, wobei der
Schaltkreis (86) eine Stromquelle (88), eine Spannungsmessvorrichtung
(90) und einen Sensorschaltkreisschalter (92)
aufweist. Die Schaltung (86) ist so angebracht, dass die
Stromquelle (88) selektiv einen vorherbestimmten Messstrom
an die Brennstoffzelle (12) für eine vorherbestimmte Messdauer
liefern kann. Das System (10) lässt selektiv das reduzierende
Fluid in ein Anodenströmungsfeld
(28) der Zelle (12) einströmen, wenn der Sensorschaltkreis
(86) feststellt, dass eine Abschalt-Überwachungsspannung der Brennstoffzelle (12)
gleich hoch oder höher
als ein kalibrierter Sensorspannungsgrenzwert der Brennstoffzelle
(12) ist.