[发明专利]用于调节燃料电池的膜片的湿度状态的方法

说明书

本发明涉及一种用于调节燃料电池的膜片(12)的湿度状态的方法，包括以下步骤：借助于压缩机(22)压缩阴极气体(2)，并且通过借助于供应装置将水供应至阴极气体(2)来润湿所述阴极气体(2)，其中，所述供应装置具有喷射阀(26)，通过该喷射阀将水符合需要地供应给已经压缩的阴极气体(2)。

技术领域

本发明涉及一种根据独立的方法权利要求的类型的方法以及一种根据独立的系统权利要求的类型的系统。

背景技术

由现有技术已知，主动地润湿布置在燃料电池的阳极和阴极之间的膜片。在这里，在PEM燃料电池中为了润湿膜片使用在反应期间在燃料电池的阴极上生成的产物水。所生成的水在这里被再利用，其方式是，所述水借助于气体/气体交换器从排气中沉积并且随后供应给新鲜空气。

发明内容

本发明的主题是具有独立的方法权利要求的特征的方法以及具有独立的系统权利要求的特征的系统。本发明的其他特征和细节由相应的从属权利要求、说明书和附图得出。在此，关于根据本发明的方法描述的特征和细节当然也关于根据本发明的系统适用，并且相应地反之亦然，从而在关于本发明的各个方面的公开方面总是可以相互地参考。

根据主权利要求的根据本发明的方法尤其用于调节燃料电池的膜片、尤其是PEM燃料电池的PEM膜片的湿度状态。在这里，所述方法的优点主要在于，可以强烈地减小必须用于压缩在阴极侧供应的新鲜空气的损耗功率。在此，在迄今已知的方法中，压缩的必要性特别是在以常见的方式借助于气体/气体交换器进行的空气润湿期间由新鲜空气的加热引起。在所提到的润湿过程中，润湿的排出空气的相对较高的温度尤其是有问题的，所述排出空气用于润湿新鲜空气。在此，排出空气的加热尤其通过热的产物水决定，该产物水由排出空气接收。在气体/气体交换器中发生的润湿过程中，排出空气的热量被传递到要润湿的新鲜空气上。由新鲜空气的升高的温度引起新鲜空气的较低的密度并且因此引起每单位空气体积的较小量的氧气，这最终导致燃料电池的无效率的运行。虽然可以通过在润湿过程之前或之后进行的新鲜空气的压缩来补救在这种情况下的无效率的运行，如已经详细描述的那样，但这种压缩过程需要高的能量耗费，通过根据本发明的方法可以节省所述能量耗费。此外，具体方法的另外的优点通过以下方式得出：根据本发明有意地取消用于润湿新鲜空气的气体/气体交换器的使用，由此不仅节省位置和重量，而且也可以减小或消除气体/气体交换器的其他缺点，如尤其是与外部环境条件的强烈相关性。

在根据本发明的用于调节燃料电池的膜片的湿度状态的方法中，具体地首先借助于压缩机来压缩阴极气体，其中，作为压缩机可以使用不同的压缩机类型，如旋转压缩机、活塞压缩机、涡轮压缩机、离子压缩机、滚动压缩机和类似类型。根据本发明，在这里提出，阴极气体首先被压缩到至少大于1bar的压力、优选被压缩到大于2.5bar的压力、尤其被压缩到大于5bar的压力。但在可以压缩阴极气体之前，所述阴极气体必须首先被供应给压缩机。具体地，作为阴极气体尤其使用含氧气的空气，所述空气在供应给压缩机之前首先有利地从环境中抽吸并且预先过滤。在此，空气过滤既用于保护燃料电池部件、尤其是燃料电池的催化剂材料、也用于保护燃料电池系统的其余部件免受所抽吸的空气中的有害颗粒和气态污染的影响。在阴极气体的压缩之后，具体地通过借助于供应装置供应水使阴极气体润湿。根据本发明，阴极气体的压缩过程强制地在阴极气体的润湿之前、即在阴极气体“干燥”时进行，由此确保特别有效的并且节省能量的压缩过程。如果压缩过程在润湿之后才进行，那么还存在以下危险：由阴极气体接收的水的一部分又会液化并且因此阴极气体不再具有期望的水含量。为了在尽管具有相对较小的接收能力的情况下仍能够以期望的程度润湿已经压缩的阴极气体，根据本发明提出，供应装置具有喷射阀，通过该喷射阀将水符合需要地供应给已经压缩的阴极气体。通过根据本发明的喷射阀提供不仅符合需要的、而且尤其相对于用于该目的通常使用的气体/气体交换器而言明显更有效率的润湿方法。除了喷射阀之外，供应装置还可以包括另外的元件，例如一个或多个不同类型的阀、一个或多个不同类型的泵、不同的管路或管路系统、用于控制水至阴极气体的供应的至少一个控制单元、用于确定需水量的至少一个测量装置、用于通信的至少一个通信装置和类似元件。