DE60301992T2

DE60301992T2 - Brennstoffzelle mit Befeuchtung der Reaktanden in den Fluidsammlern

Info

Publication number: DE60301992T2
Application number: DE60301992T
Authority: DE
Inventors: Jianbo Yokosuka-shi Zhang; Atsushi Yokosuka-shi Miyazawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: US20030157392A1; DE60301992D1; EP1349225A1; US7553575B2; JP4096575B2; EP1349225B1; JP2003243007A

Description

FELD DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellen-Kraftwerk und auf ein Gas-Zuführungsrichtung-Steuerung-/Regelungsverfahren für ein Brennstoffzellen-Kraftwerk.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wenn eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PDFC) Energie erzeugt, fällt, wenn der Membran-Elektrolyt austrocknet, die Ionen-Leitfähigkeit ab, sodass eine Widerstands-Überspannung ansteigt und die Energieerzeugungs-Effizienz abfällt. Wenn umgekehrt das Wasser in einer Gas-Diffusionsschicht, die sich auf beiden Seiten des Membran-Elektrolyts befindet, exzessiv wird, beeinträchtigt dies die Diffusion von reagierenden Gasen zu den Elektroden der Brennstoffzelle, sodass eine Diffusions-Überspannung ansteigt und die Energieerzeugungs-Effizienz wiederum abfällt. Hierin ist das reagierende Gas für die Kathode Luft und für die Anode Wasserstoff. In der Luft wird nur der Sauerstoff für die Reaktion verwendet.
Um eine angemessene Wassermenge zum Membran-Elektrolyt zu liefern, offenbart Tokkai 2000-323159, veröffentlicht vom Japanese Patent Office im Jahr 2000, ein rahmenförmiges Wasser absorbierendes Sheet, das die Kathode umhüllt und mit dem Membran-Elektrolyt verbunden ist. An der Kathode wird Wasser durch die Reaktion von Wasserstoff-Ionen, die den Membran-Elektrolyt durchströmt haben und Sauerstoff in der Luft erzeugt. Wenn das Wasser absorbierende Sheet dieses Wasser absorbiert und aufnimmt, wird der Membran-Elektrolyt und die von außen zur Brennstoffzelle gelieferte Luft, befeuchtet. Durch Befeuchten des Membran-Elektrolyts, befeuchtet das Wasser, das den Membran-Elektrolyt durchströmt hat, ebenso Wasserstoff, der an die Anode von der anderen Seite des Membran-Elektrolyts geliefert wurde.
Ein solches Brennstoffzellen-Kraftwerk als auch ein Gas-Zuführungsrichtung-Steuerung-/Regelungsverfahren für ein Brennstoffzellen-Kraftwerk ist aus US 5,853,910 bekannt. Eine solche Brennstoffzellen-Energieerzeugungs-Vorrichtung, die eine Brennstoffzelle mit einem Aufbau, bei dem eine Kathode und eine an Anode an entgegengesetzten Seiten einer Polymer-Elektrolyt-Membran angeordnet sind, verwendet, weist einen Luft-Einlass-Durchgang auf, um Luft zur Kathode einzuleiten. Ferner werden ein Luft-Auslass-Durchgang, um abfließendes Gas, das an der Kathode erzeugtes Reaktant-Wasser enthält, zur Außenseite des Systems abzulassen und ein Zirkulations-Durchgang, der zwischen dem Luft-Auslass-Durchgang und dem Luft-Einlass-Durchgang angeschlossen ist, um zumindest wieder einen Teil des Abflussgases, das durch den Luft-Auslass-Durchgang strömt, zum Luft-Einlass-Durchgang und somit zur Kathode einzuleiten, vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Ventil zumindest sowohl am Luft-Einlass-Durchgang als auch dem Luft-Auslass-Durchgang vorgesehen und ein Temperatursensor misst die Temperatur des Abflussgases von der Kathode. Ein Amperemeter misst das Niveau eines elektrischen Stroms, der von der Brennstoffzelle ausgegeben wird. Schließlich wird eine Steuerungs-/Regelungseinheit zum Steuern/regeln des Öffnungsgrads des Ventils gemäß der Temperatur des Abflussgases und dem Ausgangsniveau des, vom Temperatursensor und als auch vom Amperemeter gemessenen elektrischen Stroms, vorgesehen. Ein Teil des Abflussgases, das Reaktant-Wasser enthält, wird in den Luft-Einlass-Durchgang und somit zur Kathode der Brennstoffzelle in Umlauf gebracht, um dadurch die Elektrolyt-Membran zu befeuchten, sodass es nicht notwendig ist, Wasser von der Außenseite des Systems zu zuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellen-Kraftwerk und ein Gas-Zuführungsrichtungs-Steuerungs-/Regelungsverfahren für ein Brennstoffzellen-Kraftwerk, vorzusehen, in denen sich der Befeuchtungs-Zustand des Elektrolyts und der Wasser-Absorptions-Zustand des Wasser absorbierenden Materials im Wechsel der Luft-Zuführungsrichtung genau widerspiegeln können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 beziehungsweise 4. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach folgender Beschreibung und sind in der anliegenden Zeichnung dargestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Zeichnung, die eine Luft-Zuführungsvorrichtung eines Brennstoffzellen-Stapels entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ähnlich wie 1, zeigt jedoch den Fall, bei dem die Luft-Zuführungsrichtung umgekehrt ist.
3 ist eine schematische Zeichnung eines Brennstoffzellen-Stapel-Luftdurchlasses, der eine Teil-Längsquerschnittsansicht des Brennstoffzellen-Stapels enthält.
4 ist ein Zeitschaubild, das die Veränderung der Feuchtigkeitssensor-Messwerte gemäß der ersten Ausführungsform beschreibt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine von einem Steuerungs-/Regelungsgerät ausgeführte Luft-Zuführungsrichtung-Wechselroutine gemäß der ersten Ausführungsform beschreibt.
6 ist eine schematische Zeichnung der wesentlichen Teile einer Luft-Zuführungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7 ist ein Zeitschaubild, das die Änderung der Feuchtigkeitssensor-Messwerte gemäß der zweiten Ausführungsform beschreibt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine, von einem Steuerungs-/Regelungsgerät ausgeführte Luft-Zuführungsrichtung-Wechselroutine gemäß der zweiten Ausführungsform beschreibt.
9 ist eine schematische Zeichnung der wesentlichen Teile einer Luft-Zuführungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung.
10 ist ein Zeitschaubild, das die Änderung einer Differenz Δ1, der durch zwei vorgeschaltete Hygrometer erfassten Feuchtigkeit gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung beschreibt.
11 ist ein Zeitschaubild, das die Änderung einer Differenz Δ2, der durch zwei nachgeschaltete Hygrometer erfassten Feuchtigkeit gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung beschreibt.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine von einem Steuerungs-/Regelungsgerät ausgeführte Luft-Zuführungsrichtung-Wechselroutine gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung beschreibt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl nur die Ausführungsform von 9–12 durch die Ansprüche 1–4 abgedeckt sind, werden weitere Ausführungsformen zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben.
Eine erste Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1–5 der Zeichnung beschrieben.
Gemäß 1 führt eine Luft-Zuführungseinrichtung für einen Brennstoffzellen-Stapel 6 Luft von einem Kompressor 5 einem Luft-Durchgang 32, der im innern des Brennstoffzellen-Stapels 6 ausgebildet ist, einem 3-Wegeventil 20 und einem der 3-Wegeventile 21, 22 zu. Das 3-Wegeventil 20 weist einen, mit dem Kompressor 5 verbundenen Anschluss 20A, einen mit dem 3-Wegeventil 22 verbundenen Anschluss 20B und einen mit dem 3-Wegeventil 21 verbundenen Anschluss 20C auf. Das 3-Wegeventil 20 stellt eine Verbindung des Anschlusses 20A mit einem der Anschlüsse 20B und 20C gemäß einem Ausgabe-Signal von einem Steuerungs-/Regelungsgerät 8 her.
Das 3-Wegeventil 21 weist einen mit dem Anschluss 20C des 3-Wegeventils 20 verbundenen Anschluss 21A, einen mit einem am Brennstoffzellen-Stapel 6 befestigten Luft-Sammelrohr 1A verbundenen Anschluss 21B und einen mit einer Abflussleitung 7A, die sich zur Atmosphäre öffnet, verbundenen Anschluss 21B auf. Das 3-Wegeventil 21 stellt eine Verbindung des Anschlusses 21B mit einem der Anschlüsse 21A und 21C gemäß einem Ausgabe-Signal vom Steuerungs-/Regelungsgerät 8 her.
Das 3-Wegeventil 22 weist einen mit einem Luft-Sammelrohr 1B am Brennstoffzellen-Stapel 6 befestigten Anschluss 22A, einen mit dem Anschluss 20B des 3-Wegeventils 20 verbundenen Anschluss 22B und einen mit einer Abflussleitung 7B, die sich zur Atmosphäre öffnet, verbundenen Anschluss 22C auf. Das 3-Wegeventil 22 stellt eine Verbindung des Anschlusses 22A mit einem der Anschlüsse 22B und 22C gemäß einem Ausgabe-Signal vom Steuerungs-/Regelungsgerät 8 her.
Gemäß 3 ist der Brennstoffzellen-Stapel 6 eine gestapelte Anordnung, die eine große Anzahl von in Serie gestapelten Brennstoffzellen 36 aufweist. Jede Brennstoffzelle 36 weist einen Membran-Elektrolyt 33, der eine Anode 33A und Kathode 33B auf jeder Seite besitzt und einen Anodengas-Separator 34 und Kathodengas-Separator 35 auf, die aus einen elektrisch leitfähigen Material, das außen an der Anode 33A und der Kathode 33B angeordnet ist, ausgebildet sind, um sie so zu erfassen.
Ein der Anode 33A zugewandter Wasserstoff-Durchgang 31 ist im Innern des Anodengas-Separators 34 ausgebildet. Ein der Kathode 33B zugewandter Luft-Durchgang 32 ist im Innern des Kathodengas-Separators 35 ausgebildet. Folglich ist eine große Anzahl von Wasserstoff-Durchgängen 31 und Luft-Durchgängen 32 im Innern des Brennstoffzellen-Stapels 6, der ein Stapel von einzelnen Brennstoffzellen ist, ausgebildet. Die durchgezogenen Pfeile in der Zeichnung zeigen den Luftstrom und die gestrichelten Pfeile zeigen den Wasserstoffstrom.
Ein Ende des Luftdurchgangs 32 ist mit dem Luft-Sammelrohr 1A und das andere Ende mit dem Luft-Sammelrohr 1B verbunden. Infolge dieser Anordnung wird die zu einem der Luft-Sammelrohre 1A (1B) geführte Luft durch den Luft- Durchgang 32 von jeder der Brennstoffzellen 36 der Kathode 33B zugeführt.
Obwohl in dieser Darstellung nicht gezeigt, ist ein Ende des Wasserstoffdurchgangs 31 mit einem Wasserstoff-Sammelrohr verbundenen und das andere Ende des Wasserstoffdurchgangs 31 ist mit einem weiteren Wasserstoff-Sammelrohr, wie im Fall des Luftdurchgangs 32, verbunden. Wasserstoff wird zu einem der beiden Wasserstoff-Sammelrohr zugeführt und folglich über den Wasserstoffdurchgang 31 jeder Brennstoffzelle 36 zur Anode 33A zugeführt. Das nach Abschluss der elektrochemischen Reaktionen entstandene Anoden-Abwasser wird von den Wasserstoffdurchgängen zum anderen Wasserstoff-Sammelrohr abgeleitet.
Zur Anode 33A zugeführter Wasserstoff durchströmt den Membran-Elektrolyt 33 als Wasserstoff-Ionen und erzeugt, durch Verbindung mit Sauerstoff in der von der Kathode 33B zugeführten Luft, Wasserdampf. Demzufolge wird Kathoden-Abwasser, das ein gasförmiges Gemisch der restlichen Luftbestandteile nach Verbrauch von Wasserstoff und dadurch erzeugtem Wasserdampf ist, von der Kathode 33B über den Luftdurchgang 32 zum anderen Luft-Sammelrohr 1B (1A) abgeleitet.
Die inneren Peripherien der Luft-Sammelrohre 1A, 1B sind mit einem Wasser absorbierenden Material 30 entsprechend beschichtet. Ein organisches Wasser absorbierendes Material, wie z. B. Wasser absorbierendes Polymer-Harz, faserförmiges Papier oder Gewebe, oder ein anorganisches Wasser absorbierendes Material, wie z. B. Kieselerd-Gel oder Tonerde-Gel wird das Wasser absorbierendes Material 30 verwendet. Neben den der Beschichtung der inneren Peripherien der Luft-Sammelrohre 1A, 1B mit dem Wasser absorbierenden Material 30 können die Luft-Sammelrohre 1A, 1B einen Bienenwaben- Querschnitt besitzen und das Wasser absorbierende Material 30 kann auf den Bienenwaben-Wandflächen befestigt werden. Im Gegensatz zum Wasser absorbierenden Sheet des oben genannten Standes der Technik, muss das Wasser absorbierende Material 30 nicht notwendigerweise kontinuierlich sein. Deshalb kann das Wasser absorbierende Material 30 auch als filterförmiger Block vorgesehen werden, der sich über den Luftstrom in den Luft-Sammelrohren 1A, 1B erstreckt. Jedoch muss das Wasser absorbierende Material 30 in beiden Luft-Sammelrohren 1A, 1B vorgesehen werden.
Wie oben beschrieben ist ein Ende des Luft-Sammelrohrs 1A mit dem Anschluss 21B des 3-Wegeventils 21 verbunden und das andere Ende ist geschlossen. Wie oben beschrieben ist ein Ende des Luft-Sammelrohrs 1B mit dem Anschluss 22A des 3-Wegeventils 22 verbunden und das andere Ende ist geschlossen.
Wiederum gemäß 1 zeigt ein schwarzer Pfeil in der Darstellung, dass der entsprechende Anschluss geschlossen und ein weißer Pfeil, dass der entsprechende Anschluss offen ist. Beim 3-Wegeventil 20 zum Beispiel ist der Anschluss 20B geschlossen und der Anschluss 20C offen, d. h. der Anschluss 20A steht mit dem Anschluss 20C in Verbindung. Ebenso steht im 3-Wegeventil 21 der Anschluss 21A mit dem Anschluss 21B in Verbindung und der Anschluss 21C ist geschlossen. Im 3-Wegeventil 22 steht der Anschluss 22C mit dem Anschluss 22A in Verbindung und der Anschluss 22B ist geschlossen. In diesem Zustand wird die vom Kompressor 5 zugeführte Luft über die 3-Wegeventile 20, 21 dem Luft-Sammelrohr 1A zugeführt. Auch wird Kathoden-Abwasser von der Kathode 33B zum Luft-Sammelrohr 1B und von der Abflussleitung 7B zur Atmosphäre über das 3-Wegeventil 22 abgeleitet. Die Luftstromrichtung wird, wenn die 3-Wegeventile 20–22 sich in den in 1 gezeigten Positionen befinden, als erste Luftzuführungsrichtung in der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet.
Gemäß 2 stellt das 3-Wegeventil 20 eine Verbindung des Anschlusses 20B mit dem Anschluss 20A her und schließt den Anschluss 20C. Das 3-Wegeventil 21 stellt eine Verbindung des Anschlusses 21C mit dem Anschluss 21B her und schließt den Anschluss 21A. Das 3-Wegeventil 22 stellt eine Verbindung des Anschlusses 22B mit dem Anschluss 22A her und schließt den Anschluss 22C. In diesem Zustand wird die vom Kompressor 5 zugeführte Luft über die 3-Wegeventile 20, 22 dem Luft-Sammelrohr 1B zugeführt. Ebenso wird Kathoden-Abwasser von der Kathode 33B zum Luft-Sammelrohr 1B und von der Abflussleitung 7B zur Atmosphäre über das 3-Wegeventil 21 abgeleitet. Die Luftstromrichtung wird, wenn die 3-Wegeventile 20–22 sich in den in 2 gezeigten Positionen befinden, als zweite Luftzuführungsrichtung in der nachfolgenden Beschreibung bezeichnet.
Wenn die Luft in der ersten Luftstromrichtung strömt und der Brennstoffzellen-Stapel 6 in diesem Zustand arbeitet, wird die vom Kompressor 5 über die 3-Wegeventile 20, 21 dem Luft-Sammelrohr 1A, zugeführte Luft auf die Luft-Durchgänge 32 in den Brennstoffzellen 36 verteilt. An der dem Luft-Durchgang 32 zugewandten Kathode 33B erzeugt der Sauerstoff in dieser Luft Wasserdampf infolge der Reaktion mit Wasserstoff-Ionen von der Anode 33A, die den Membran-Elektrolyt 33 durchströmt haben. Dieser Wasserdampf befeuchtet den Membran-Elektrolyt 33, vermischt sich außer dem bei der Reaktion verbrauchten Sauerstoff mit Komponenten der Luft und wird als Kathoden-Abwasser vom Luft-Durchgang 32 zum Luft-Sammelrohr 1B abgeleitet. Daher enthält das Kathoden-Abwasser einen großen Anteil Wasserdampf. Dieser Wasserdampf wird vom Wasser absorbierenden Material 30 absorbiert und in das Luft-Sammelrohr 1B abgeleitet. Nachdem einiges an Wasserdampf durch das Wasser absorbierende Material 30 absorbiert wurde, wird das Kathoden-Abwasser von der Abflussleitung 7B über das 3-Wegeventil 22 zur Atmosphäre abgeführt.
wenn das Wasser absorbierende Material 30 im Luft-Sammelrohr 1B ausreichend Wasser absorbiert hat, wird die Luftzuführungsrichtung von der ersten Luftzuführungsrichtung auf die zweite Luftzuführungsrichtung gewechselt, sodass Luft vom Kompressor 5 am Luft-Sammelrohr 1B ansteht. Die dem Luft-Sammelrohr 1B zugeführte Luft ist, dadurch dass sie in Kontakt mit dem Wasser absorbierenden Material 30 gerät, das Wasser absorbiert hat, befeuchtet. Die befeuchtete Luft wird an die Luft-Durchgänge 32 in den Brennstoffzellen 36 verteilt und erreicht die Kathode 33B. An der Kathode 33B wird Wasserdampf infolge der Reaktion von Sauerstoff mit Wasserstoff-Ionen erzeugt. Infolge des erzeugten Wasserdampfs und des Wassers in der befeuchteten Luft wird der Membran-Elektrolyt 33 ebenfalls befeuchtet. Zur gleichen Zeit enthält Kathoden-Abwasser, das von den Luftdurchgängen 32 zum Luft-Sammelrohr 1A abgeleitet wird, einen großen Wasseranteil. Dieses Wasser wird vom Wasser absorbierenden Material 30, das im Luft-Sammelrohr 1A angeordnet ist, absorbiert. Nachdem der Wasserdampf durch das Wasser absorbierende Material 30 absorbiert wurde, wird das Kathoden-Abwasser von der Abflussleitung 7A über das 3-Wegeventil 21 zur Atmosphäre abgeführt.
Mit anderen Worten wird Wasser im Kathoden-Abwasser, das von den Luft-Sammelrohren abgeführt wurde, durch das Wasser absorbierende Material 30 absorbiert und wenn die Luftzuführungsrichtung gewechselt wird, wird Luft, die von außen zum gleichen Luft-Sammelrohr zugeführt wurde, durch Wasser, das vom Wasser absorbierenden Material 30 absorbiert wurde, befeuchtet. Daher erhöht sich der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30, das mit Kathoden-Abwasser in Kontakt kommt, während der Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels andauert. Zum gleichen Zeitpunkt verringert sich der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30, das in Kontakt mit der von außen zugeführten Luft kommt, während der Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels andauert
In dieser Situation betätigt die Steuerungs-/Regelungseinheit 8 die 3-Wegeventile 20–22, um von der ersten Luftzuführungsrichtung zur zweiten Luftzuführungsrichtung, entsprechend der Feuchtigkeit der zu den Luft-Durchgängen 32 verteilten Luft, zu wechseln, sodass die Feuchtigkeit der den Luft-Durchgängen 32 zugeführten Luft innerhalb eines angemessenen Bereichs gehalten wird und immer eine richtige Wassermenge zum Membran-Elektrolyt 33 zugeführt wird.
In dieser Ausführungsform wird eine Messziffer, die die Feuchtigkeit der der Luft, die an die Luft-Durchgänge 32 verteilt wurde, von einem ersten Hygrometer 9A, das an einem Ende des Luft-Sammelrohrs 1A, das zum Ausgang 21B führt, befestigt ist und einem zweiten Hygrometer 9B, das an einem Ende des Luft-Sammelrohrs 1B, das zum Ausgang 22B führt, befestigt ist, beschafft.
Die von den Hygrometern 9A, 9B erfassten Feuchtigkeiten werden als Signale zum Steuerungs-/Regelungsgerät 8 eingegeben.
4 zeigt die durch die Hygrometer 9A, 9B erfasste Feuchtigkeit mit Bezug auf die abgelaufene Zeit, wenn die Luftzuführungsrichtung von der zweiten Luftzuführungsrichtung auf die erste Luftzuführungsrichtung während des Betriebs des Brennstoffzellen-Stapels 6 gewechselt wurde. Die zum Luft-Sammelrohr 1A nach einem Wechsel der Luftzuführungsrichtung zugeführte Luft wird hauptsächlich durch das Wasser absorbierende Material 30 in der Nähe des Einlasses des Luft-Sammelrohrs 1A, unmittelbar nach dem Wechsel befeuchtet. Wenn der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 in der Nähe des Einlasses mit fortschreitender Zeitdauer abfällt, wird Luft, die dem Luft-Sammelrohr 1A zugeführt wird durch das Wasser im Wasser absorbierenden Material 30, das sich in einem Abstand vom Einlass befindet, befeuchtet. Folglich fällt der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30, das in der Nähe des Einlasses des Luft-Sammelrohrs 1A angeordnet ist, früher ab als der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30, das am anderen Teil angeordnet ist. Die vom ersten Hygrometer 9A, der am Einlass des Luft-Sammelrohrs 1A angebracht ist, erfasste Feuchtigkeit spiegelt sehr gut die Veränderung des Wassergehalts des Wasser absorbierenden Materials 30, das in der Nähe des Einlasses des Luft-Sammelrohrs 1A angeordnet ist, wider.
Im Luft-Sammelrohr 1B, in das das Kathoden-Abwasser abgeleitet wird, steigt andererseits der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30, das den Auslass der Luft-Durchgänge 32 umgibt, während des Betriebs frühzeitig an.
Sodann steigt der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 in der Nähe des Auslasses des Luft-Sammelrohrs 1B mit zunehmender Zeit an. Deshalb spiegelt das zweite Hygrometer 9B, das am Auslass des Luft-Sammelrohrs 1B angeordnet ist, sehr gut die Veränderung des Wassergehalts des Wasser absorbierenden Materials 30 in der Nähe des Auslasses des Luft-Sammelrohrs 1B, wider.
Der Wechsel der Luftzuführungsrichtung auf der Basis der durch die derart angeordneten Hygrometer 9A, 9B erfassten Feuchtigkeit hat folgende Bedeutung. Besonders hinsichtlich einer Befeuchtung der zugeführten Luft gewährleistet der Wechsel der Luftzuführungsrichtung in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Teils, in dem der Abfall des Wassergehalts am frühesten stattfindet, dass die allen Luftdurchgängen 32 zugeführte Luft immer ausreichend befeuchtet ist. Hinsichtlich der Wasserabsorption des Wasser absorbierenden Materials 30, kann die ganze Wasser-Absorptionskapazität des Wasser absorbierenden Materials 30 verwendet werden, indem die Luftzuführungsrichtung auf der Basis des Wassergehalts des Teils, in dem der Anstieg des Wassergehalts am langsamsten ist, gewechselt wird.
Das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 ist ein Mikrocomputer mit central processing unit (CPU), read-only memory (ROM), random access memory (RAM) und input/output interface/I/O interface). Das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 kann ebenso aus mehreren Mikrocomputern bestehen.
Als Nächstes wird gemäß 5 die Luftzuführungsrichtungs-Wechselroutine, die vom Steuerungs-/Regelungsgerät 8 ausgeführt wird, beschrieben. Diese Routine wird in einem Intervall von einer Sekunde während des Betriebs des Brennstoffzellen-Stapels 6 ausgeführt.
Zuerst liest das Steuerung-/Regelungsgerät 8 in einem Schritt S1 die von den Hygrometern 9A, 9B erfassten Feuchtigkeiten. In einem folgenden Schritt S2 wird ermittelt, ob die Einlass-Feuchtigkeit geringer als eine untere Grenzfeuchtigkeit ist, oder nicht. Hierbei bezieht sich die Einlass-Feuchtigkeit auf die vom ersten Hygrometer 9A erfasste Feuchtigkeit auf die in 1 gezeigte erste Luftzuführungsrichtung und die vom zweiten Hygrometer 9B erfasste Feuchtigkeit auf die in 2 gezeigte zweite Luftzuführungsrichtung. Ebenso bezieht sich die Auslass-Feuchtigkeit auf die, vom zweiten Hygrometer 9B erfasste Feuchtigkeit auf die in 1 gezeigte erste Luftzuführungsrichtung und die vom ersten Hygrometer 9A erfasste Feuchtigkeit auf die in 2 gezeigte zweite Luftzuführungsrichtung. Die untere Grenzfeuchtigkeit wird vorzugsweise experimentell oder mittels Computersimulation festgelegt. In einem typischen Fall wird sie entsprechend auf 30 Prozent hinsichtlich einer relativen Feuchtigkeit festgelegt.
Wenn die Einlass-Feuchtigkeit nicht geringer als die untere Grenzfeuchtigkeit ist, ermittelt in einem Schritt S3 das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 ob die Auslass-Feuchtigkeit höher als eine obere Grenzfeuchtigkeit ist, oder nicht. Die obere Grenzfeuchtigkeit wird vorzugsweise experimentell oder mittels Computersimulation festgelegt. In einem typischen Fall wird sie entsprechend auf 70 Prozent hinsichtlich einer relativen Feuchtigkeit festgelegt. Wenn die Auslass-Feuchtigkeit nicht höher als die obere Grenzfeuchtigkeit ist schließt das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die Routine ohne die 3-Wegeventile 20–22 zu betätigen.
Wenn die Einlass-Feuchtigkeit geringer als die untere Grenzfeuchtigkeit im Schritt S2 ist, oder wenn die Auslass-Feuchtigkeit höher als die obere Grenzfeuchtigkeit im Schritt S3 ist, betätigt das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die 3-Wegeventile 20–22 in einem Schritt S4, um die Luftzuführungsrichtung zu wechseln. Nach Ausführung des Schritts S4 beendet das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die Routine.
Infolge dieser Routine wird wenn die vom ersten Hygrometer 9A erfasste Feuchtigkeit geringer als die untere Grenzfeuchtigkeit bezüglich der ersten Luftzuführungsrichtung ist, oder wenn die vom zweiten Hygrometer 9B erfasste Feuchtigkeit geringer als die untere Grenzfeuchtigkeit bezüglich der zweiten Luftzuführungsrichtung ist, die Luftzuführungsrichtung gewechselt. Wenn also die vom zweiten Hygrometer 9B erfasste Feuchtigkeit höher als die obere Grenzfeuchtigkeit bezüglich der ersten Luftzuführungsrichtung ist, oder wenn die vom ersten Hygrometer 9A erfasste Feuchtigkeit höher als die obere Grenzfeuchtigkeit bezüglich der zweiten Luftzuführungsrichtung ist, wird die Luftzuführungsrichtung gewechselt.
Infolge des Betriebs des Brennstoffzellen-Stapels 6 steigt der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30, das sich in der Nähe des Auslasses der Luft-Durchgänge 32 der Brennstoffzellen befindet, an und der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30, das sich in der Nähe des Einlasses der Luft-Durchgänge 32 befindet, fällt ab. Auf Grund der Ausführung dieser Routine wird, wenn der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 in der Nähe des Auslasses der Luft-Durchgänge 32 überhöht ist, oder wenn der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 in der Nähe des Einlasses der Luft-Durchgänge 32 auf ein Niveau gefallen ist, bei dem die von außen zugeführte Luft nicht entsprechend befeuchtet werden kann, die Luftzuführungsrichtung gewechselt. Folglich wird die von außen zugeführte Luft unter Verwendung des Wasser absorbierenden Materials 30, das genügend Wasser vom Kathoden-Abwasser absorbiert hat, befeuchtet. Auf diese Weise wird das bei der Energieerzeugung des Brennstoffzellen-Stapels 6 erzeugte Wasser effizient verwendet und der Membran-Elektrolyt 33 kann immer auf einem geeigneten Wasserniveau gehalten werden.
Wenn die Luft Zuführungsrichtung gewechselt wird, wird in den Brennstoffzellen 36 die Durchflussrichtung der Luft-Durchgänge 32 umgekehrt. Die Sauerstoffkonzentration der Luft in den Luft-Durchgängen 32 fällt weiter stromabwärts progressiv, infolge der Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff-Ionen in der Kathode 33B, ab. Demzufolge entwickeln die aktuelle Dichteverteilung und Temperaturverteilung der Reaktionsoberflächen der Brennstoffzellen 6 einen systematischen Fehler. Dieser systematische Fehler tendiert dazu, die Energieerzeugungseffizienz der Brennstoffzellen 6 zu reduzieren, aber eine Umkehr der Luftzuführungsrichtung zu den Luft-Durchgängen 32 trägt dazu bei, diesen systematischen Fehler zu eliminieren.
Entsprechend dieser Erfindung wurde der Wechsel der Luftzuführungsrichtung auf der Basis der Einlass-Feuchtigkeit und Auslass-Feuchtigkeit festgelegt, aber die Luftzuführungsrichtung kann natürlich auch nur auf der Basis von einer dieser Feuchtigkeiten als Parameter gewechselt werden.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform gemäß 6–8 beschrieben.
In dieser Ausführungsform werden ein drittes Hygrometer 10A und viertes Hygrometer 10B, die wie in 6 gezeigt angeordnet sind, anstelle des ersten Hygrometers 9A und zweiten Hygrometers 9B der ersten Ausführungsform verwendet, um eine Anzeige zu erhalten, die die Feuchtigkeit der zu den Luft-Durchgängen 32 verteilten Luft zeigen. Das dritte Hygrometer 10A ist zwischen dem ersten Luft-Sammelrohr 1A und der Öffnung des Luft-Durchgangs 32 der Brennstoffzelle 33, die sich im mittleren Teil des Brennstoffzellen-Stapels 6 befindet, angeordnet. Das vierte Hygrometer 10B ist zwischen der Öffnung auf der gegenüberliegenden Seite des gleichen Luft-Durchgangs 32 und dem Luft-Sammelrohr 1B angeordnet. Die übrigen Merkmale der Hardware mit Bezug auf die Luftzuführungs-Einrichtung sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
Die von den Hygrometern 10A, 10B erfassten Feuchtigkeits-Charakteristiken beim Betrieb des Brennstoffzellen-Stapels 6 sind in 7 gezeigt. Die untere Kurve in diesem Schaubild repräsentiert die erfasste Feuchtigkeit von einem Hygrometer, das sich stromaufwärts des Luft-Durchgangs 32 befindet. Die untere Kurve repräsentiert die erfasste Feuchtigkeit von einem Hygrometer, das sich stromabwärts des Luft-Durchgangs 32 befindet. Luft, die vom Wasser absorbierenden Material 30 befeuchtet wurde, wird vom Luft-Durchgang 32 der Kathode 33B zugeführt. An der Kathode 33B wird Wasserdampf durch Reaktion vom in der Luft enthaltenen Sauerstoff mit Wasserstoff-Ionen, die den Membran-Elektrolyt 33 durchströmt haben, erzeugt. Ein Teil dieses Wasserdampfs befeuchtet den Elektrolyt 33 und der restliche Wasserdampf wird vom Luft-Durchgang 32 als Kathoden-Abwasser zusammen mit den restlichen Luftbestandteilen, nachdem der Sauerstoff verbraucht ist, abgeleitet. Deshalb ist, verglichen mit der Feuchtigkeit der Luft, die in den Luft-Durchgang 32 strömt, die Feuchtigkeit des Kathoden-Abwassers, das vom Luft-Durchgang 32 ausströmt, immer hoch.
Wenn eine Befeuchtung der von außen zugeführten Luft in Folge des Wasser absorbierenden Materials 30 andauert, verringert sich der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 mit fortschreitender Zeit und die von den Hygrometern 10A, 10B erfasste Feuchtigkeit verringert sich ebenfalls. Der Zeitpunkt dieser Verringerung hängt von der Lage des Luft-Durchgangs 32 ab, der für den Einbau der Hygrometer 10A, 10B gewählt wurde. Entsprechend dieser Ausführungsform werden die Hygrometer 10A, 10B im Luft-Durchgang 32 angebracht, der sich in der Mitte des Brennstoffzellen-Stapels 6 befindet, sodass ein durchschnittlicher Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials, das die Befeuchtung ausführt, oder mit anderen Worten die durchschnittliche Feuchtigkeit einer großen Anzahl von Luft-Durchgängen 32, erhalten werden kann.
Um eine bessere Beurteilung der Feuchtigkeit der Luft-Durchgänge 32 zu erhalten, wird es vorgezogen, ein einziges Hygrometer im innern des Luft-Durchgangs 32 einzubauen, anstatt die Hygrometer 10A, 10B auf diese Art und Weise zu installieren. Da jedoch der Einbau eines der Kathode 33A zugewandten Hygrometers im Innern des Luft-Durchgangs 32 die Energieerzeugungseffizienz der Brennstoffzelle 36 gemäß dieser Ausführungsform verringern kann, werden die Hygrometer 10A, 10B entsprechend zwischen dem Luft-Durchgang 32 und den Luft-Sammelrohren 1A, 1B angeordnet.
Das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 führt die in 8 gezeigte Luftzuführungsrichtung-Wechselroutine unter Verwendung der vom derart angeordneten dritten Hygrometer 10A und vierten Hygrometer 10B erfassten Feuchtigkeit durch. Diese Routine wird ebenfalls in einem Intervall von einer Sekunde während des Betriebs des Brennstoffzellen-Stapels 6 ausgeführt.
Zuerst liest in einem Schritt S11 das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die Feuchtigkeit, die von einem der Hygrometer 10A, 10B, die sich bezüglich des Luftstroms stromaufwärts befinden, erfasst wurde. Der hier abgelesene Wert ist die der unteren Kurve von 1 entsprechende Feuchtigkeit.
In einem folgenden Schritt S12 wird ermittelt, ob die abgelesene Feuchtigkeit geringer als eine untere Grenzfeuchtigkeit ist, oder nicht. Hierbei wird die untere Grenzfeuchtigkeit vorzugsweise experimentell oder mittels Computersimulation festgelegt. In einem typischen Fall wird sie entsprechend auf 40 Prozent bezüglich relativer Feuchte festgelegt. Wenn die abgelesene Feuchtigkeit geringer als die untere Grenzfeuchtigkeit im Schritt S4 ist, werden die 3-Wegeventile 20–22 betätigt, um die Luftzuführungsrichtung zu wechseln. Nach Ausführung des Schritts S4 beendet Das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die Routine. Auch wenn die abgelesene Feuchtigkeit nicht geringer als die untere Grenzfeuchtigkeit ist, beendet das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 sofort die Routine, ohne die Verarbeitung des Schritts S4 auszuführen.
Infolge dieser Routine wird die Luftzuführungsrichtung gewechselt, wenn die vom dritten Hygrometer 10A erfasste Feuchtigkeit kleiner ist als die untere Grenzfeuchtigkeit, während die erste Luftzuführungsrichtung angewandt wurde und wenn die vom vierten Hygrometer 10A erfasste Feuchtigkeit kleiner ist als die untere Grenzfeuchtigkeit, während die zweite Luftzuführungsrichtung angewandt wurde. Mit anderen Worten wird die Luftzuführungsrichtung jedesmal gewechselt, wenn die Feuchtigkeit stromaufwärts unter die untere Grenzfeuchtigkeit abfällt.
Nun wird eine erste Ausführungsform dieser Erfindung gemäß 9–12 beschrieben.
Entsprechend dieser Ausführungsform dieser Erfindung werden, um eine Anzeige der Feuchtigkeit der zu den Luft-Durchgängen 32 zugeführten Luft zu erhalten, das erste Hygrometer 9A und zweite Hygrometer 9B der ersten Ausführungsform in Verbindung mit dem dritten Hygrometer 10A und vierten Hygrometer 10B der zweiten Ausführungsform verwendet. Die übrigen Merkmale des Hardwareaufbaus mit Bezug auf die Luftzuführungs-Einrichtung sind identisch mit denen der ersten Ausführungsform.
In dieser erfinderischen Ausführungsform wird der Unterschied zwischen den von den zwei Hygrometern 9A, 10A (9B, 10B) stromaufwärts des Luftstroms erfassten Feuchtigkeiten in 10 gezeigt. Ebenso wird der Unterschied zwischen den von den zwei Hygrometern 9B, 10B (9A, 10A) stromabwärts des Luftstroms erfassten Feuchtigkeiten in 11 gezeigt. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass Luft zum Brennstoffzellen-Stapel 6 abhängig von der ersten Luftzuführungsrichtung zugeführt wird, die Hygrometer 9A, 10A stromaufwärts liegende Hygrometer und die Hygrometer 9B, 10B stromabwärts liegende Hygrometer sind.
Gemäß 10 verringert sich der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 in der Nähe des Einlasses des Luft-Sammelrohrs 1A infolge der Luftzuführung zuerst und die vom ersten Hygrometer 9A erfasste Feuchtigkeit reduziert sich daher. Da zu diesem Zeitpunkt gut befeuchtete Luft zu den Luft-Durchgängen 32 zugeführt wird, ist die vom dritten Hygrometer erfasste Feuchtigkeit hoch. Deshalb verringert sich nach Wechsel der Luftzuführungsrichtung die Differenz Δ1 zwischen den von den Hygrometern 9A, 10A erfassten Feuchtigkeiten.
Wenn der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 des Luft-Sammelrohrs 1A sich insgesamt mit fortschreitender Zeit verringert, verringert sich die vom dritten Hygrometer 10A erfasste Feuchtigkeit. Andererseits hat sich der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials in der Nähe des Einlasses des Luft-Sammelrohrs 1A bereits auf ein gleichbleibendes Niveau verringert, sodass es in diesem Stadium nicht sehr schwankt. Folglich beginnt sich die Differenz Δ1 zwischen den von den Hygrometern 9A, 10A erfassten Feuchtigkeiten, zu verringern. Wenn der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 sich weiter verringert, wird diese Differenz Δ1 tatsächlich konstant.
Wenn deshalb die Luftzuführungsrichtung gewechselt wird, sobald die Differenz zwischen den von den stromaufwärts liegenden Hygrometern 9A, 10A erfassten Feuchtigkeiten anfängt, sich zu verringern, kann die Feuchtigkeit der zu allen Luft-Durchgängen 32 verteilten Luft immer auf einem angemessenen Niveau gehalten werden.
Gemäß 11 verringert sich die Differenz Δ2 zwischen den von den stromabwärts liegenden Hygrometern 9B, 10B erfassten Feuchtigkeiten zusammen mit der verstrichenen Zeit, ab der die Luftzuführungsrichtung gewechselt wurde. Infolge der Erzeugung von Wasserdampf an der Kathode 33B ist die vom zweiten Hygrometer 9B erfasste Feuchtigkeit tatsächlich konstant. Wenn andererseits der Wassergehalt des Wasser absorbierenden Materials 30 im Luft-Sammelrohr 1B ansteigt, steigt das abgeleitete Wasser, ohne durch das wasserhaltige Material 30 absorbiert zu werden, an und folglich steigt die Feuchtigkeit des vierten Hygrometers 10B an.
Wenn deshalb die Luftzuführungsrichtung gewechselt wird, sobald die Differenz Δ2 der durch die stromabwärts liegenden Hygrometer 9B, 10B erfassten Feuchtigkeiten geringer wird als der untere Grenzwert, kann der vom Luft-Sammelrohr 1B zur Atmosphäre abgeführte Wasserdampf verringert werden und die Rückgewinnung von Wasserdampf im Kathoden-Ausfluss kann erhöht werden. Der untere Grenzwert wird vorzugsweise experimentell oder mittels Computersimulation festgelegt. In einem typischen Fall wird der untere Grenzwert auf 10 Prozent des Durchschnittswerts der von den Hygrometern 9B und 10B erfassten Werte festgelegt.
Um diese Steuerung/Regelung durchzuführen, führt das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die in 12 gezeigte Routine anstelle der in 5 der ersten Ausführungsform gezeigten Routine aus.
Zuerst liest in einem Schritt S21 das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die von den Hygrometern 9A, 9B und Hygrometern 10A, 10B erfassten Feuchtigkeiten.
In einem nachfolgenden Schritt S22 berechnet das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 eine Differenz Δ1 zwischen den durch die zwei stromaufwärts liegenden Hygrometer 9A, 10A (9B, 10B) erfassten Feuchtigkeiten als ersten Parameter und berechnet eine Differenz Δ2 zwischen den durch die zwei stromabwärts liegenden Hygrometer 9B, 10B (9A, 10A) erfassten Feuchtigkeiten als zweiten Parameter.
In einem nächsten Schritt S23 ermittelt das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 ob die Differenz Δ1 angefangen hat, sich zu verringern, oder nicht. Wenn die Differenz Δ1 nicht angefangen hat sich zu verringern, wird in einem Schritt S24 ermittelt, ob die Differenz Δ2 auf weniger als den unteren Grenzwert abgefallen ist, oder nicht.
Wenn die Differenz Δ1 angefangen hat sich im Schritt S22 zu verringern, oder wenn die Differenz Δ2 unter den unteren Grenzwert im Schritt S23 abgefallen ist, wechselt das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die Luftzuführungsrichtung durch Betätigung der 3-Wegeventile 20–22 im Schritt S4. Nach Durchführung des Schritts S4 beendet das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die Routine.
Wenn die Differenz Δ2 nicht geringer als der untere Grenzwert im Schritt S24 ist, beendet das Steuerungs-/Regelungsgerät 8 die Routine umgehend, ohne die Ausführung des Schritts S4 durchzuführen.
Wenn infolge dieser Routine die erste Luftzuführungsrichtung angewendet wird, wird die Luftzuführungsrichtung auf die zweite Luftzuführungsrichtung zu einem früheren Zeitpunkt gewechselt, sobald der erste Parameter Δ1 beginnt sich nach einem Anstieg zu verringern und wenn der zweite Parameter Δ2 unter den unteren Grenzwert abfällt. Wenn die zweite Luftzuführungsrichtung angewendet wird, wird die Luftzuführungsrichtung zur ersten Luftzuführungsrichtung zu einem früheren Zeitpunkt gewechselt, sobald der zweite Parameter Δ2 beginnt sich nach einem Anstieg zu verringern und wenn der erste Parameter Δ1 unter den unteren Grenzwert abfällt.
In dieser erfinderischen Ausführungsform können die Feuchtigkeits-Zustände des Elektrolyts 33 und der Wasser-Absorptionszustand des Wasser absorbierenden Materials 30 im Wechsel der Luftzuführungsrichtung genau widergespiegelt werden.

Claims

Brennstoffzellen-Kraftwerk, mit: – einem Brennstoffzellen-Stapel (6), wobei mehrere Brennstoffzellen (36) in Serie gestapelt sind, wobei jede der Brennstoffzellen (36) einen Membran-Elektrolyt (33), eine Elektrode (33A, 33B), die in Kontakt mit dem Membran-Elektrolyt (33) steht und einen Gas-Durchlass (31, 32), der der Elektrode (33A, 33B) zugewandt ausgebildet ist, aufweist, wobei das Kraftwerk mittels einer chemischen Reaktion eines Gasdurchflusses im Gas-Durchlass (31, 32) an der Elektrode (33A, 33B) Energie erzeugt; – einem ersten Sammelrohr (1A), das mit eienm Ende jedes Gas-Durchlasses in Verbindung steht, wobei das erste Sammelrohr (1A), das ein, einem Gasfluss zugewandtes, Wasser absorbierendes Material (30) aufweist; und – einem zweiten Sammelrohr (1B), das mit dem anderen Ende jedes Gas-Durchlasses (31, 32) in Verbindung steht, wobei das zweite Sammelrohr (1B) ein, einem Gasfluss zugewandtes, Wasser absorbierendes Material (30) aufweist; – einer Gas-Zuführungseinrichtung (5, 20–22), zum selektiven Wechsel zwischen einer ersten Gas-Zuführungsrichtung, wobei der Gasfluss vom ersten Sammelrohr (1A) zum zweiten Sammelrohr (1B) über die Gas-Durchlässe (31, 32), hergestellt wird und einer zweiten Gas-Zuführungsrichtung, wobei der Gasfluss vom zweiten Sammelrohr (1B) zum ersten Sammelrohr (1A) über die Gas-Durchlässe (31, 32) hergestellt wird, um so das Gas den Brennstoffzellen (36) zu zuführen; – einem ersten Hygrometer (9A), das dem Wasser absorbierenden Material (30) des ersten Sammelrohrs (1A) entsprechend der ersten Gas-Zuführungsrichtung, vorgeschaltet eingebaut ist; – einem zweiten Hygrometer (9A), das dem Wasser absorbieren den Material (30) des zweiten Sammelrohrs (1B) entsprechend der ersten Gas-Zuführungsrichtung, nachgeschaltet eingebaut ist; – einem dritten Hygrometer (10B), das in einem Verbindungsteil zwischen einem vorgegebenen Gas-Durchlass (32) und dem ersten Sammelrohr (1A) eingebaut ist; – einem vierten Hygrometer (10B), das in einem Verbindungsteil zwischen dem vorgegebenen Gas-Durchlass (32) und dem zweiten Sammelrohr (1B) eingebaut ist; und – einer Steuerungs-/Regelungseinheit (8), die arbeitet, um: – eine Differenz zwischen einer durch das erste Hygrometer (9A) festgestellten Feuchtigkeit und einer vom dritten Hygrometer (10A) festgestellten Feuchtigkeit als ersten Parameter (S22) zu berechnen; – eine Differenz zwischen einer vom zweiten Hygrometer (9B) festgestellten Feuchtigkeit und einer vom vierten Hygrometer (10B) festgestellten Feuchtigkeit als zweiten Parameter (S22) zu berechnen; und – die Gas-Zuführungseinrichtung (5, 20–22) zu steuern/zu regeln, um die Gas-Zuführungsrichtung zu wechseln, wenn die erste Gas-Zuführungsrichtung zur zweiten Gas-Zuführungsrichtung vor einem Zeitpunkt verwendet wird, zu dem der erste Parameter anfängt, sich nach einem Anstieg zu verringern und einem Zeitpunkt, zu dem der zweite Parameter geringer wird als ein unterer Grenzwert und wenn die zweite Gas-Zuführungsrichtung zur ersten Gas-Zuführungsrichtung vor einem Zeitpunkt verwendet wird, zu dem der zweite Parameter anfängt, sich nach einem Anstieg zu verringern und einem Zeitpunkt, zu dem der erste Parameter geringer wird als der untere Grenzwert (S23, S24, S4).
Brennstoffzellen-Kraftwerk, gemäß Anspruch 1, wobei das Gas aus Luft besteht, die Elektrode (33A, 33B) eine Kathode (33A) ist und die chemische Reaktion eine Wasserdampf erzeugende Reaktion zwischen Wasserstoff-Ionen, die den Membran-Elektrolyt (33) passiert haben und Sauerstoff in der Luft ist.
Brennstoffzellen-Kraftwerk, gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Gas-Zuführungseinrichtung (5, 20–22) mehrere 3-Wege-Ventile aufweist.
Gas-Zuführungsrichtung-Steuerungs-/Regelungsverfahren für ein Brennstoffzellen-Kraftwerk, wobei das Kraftwerk einen Brennstoffzellen-Stapel (6) aufweist, wobei mehrere Brennstoffzellen (36) in Serie gestapelt sind, wobei jede der Brennstoffzellen (36 einen Membran-Elektrolyt (33), eine Elektrode (33A, 33B), die in Kontakt mit dem Membran-Elektrolyt (33) steht und einen Gas-Durchlass (31, 32), der der Elektrode (33A, 33B) zugewandt ausgebildet ist, aufweist, das Kraftwerk mittels einer chemischen Reaktion eines in den Gas-Durchlass (31, 32) an der Elektrode (33A, 33B) strömenden Gases Energie erzeugt, einem ersten Sammelrohr (1A), das mit einem Ende eines jeden Gas-Durchlasses in Verbindung steht, wobei das erste Sammelrohr (1A) ein, einem Durchfluss des Gases zugewandten, Wasser absorbierendes Material (30) aufweist, einem zweiten Sammelrohr (1B), das mit dem anderen Ende eines jeden Gas-Durchlasses (31, 32) in Verbindung steht, wobei das zweite Sammelrohr (1B) ein, einem Durchfluss des Gases zugewandten, Wasser absorbierendes Material aufweist und einer Gas-Zuführungseinrichtung (5, 20–22) zum selektiven Wechsel zwischen einer ersten Gas-Zuführungsrichtung, wobei der Gasfluss vom ersten Sammelrohr (1A) zum zweiten Sammelrohr (1B) über die Gas-Durchlässe (31, 32) hergestellt wird und einer zweiten Gas-Zuführungsrichtung, wobei der Gasfluss vom zweiten Sammelrohr (1B) zum ersten Sammelrohr (1A) über die Gas-Durchlässe (31, 32) hergestellt wird, um so das Gas den Brennstoffzellen (36) zu zuführen, wobei das Verfahren aufweist: – feststellen einer ersten Feuchtigkeit im ersten, dem Wasser absorbierenden Material (30) vorgeschalteten Sammelrohr (1A) bezüglich der ersten Gas-Zuführungsrichtung; – feststellen einer zweiten Feuchtigkeit im zweiten, dem Wasser absorbierenden Material (30) nachgeschalteten Sammelrohr (1B), bezüglich der ersten Gas-Zuführungsrichtung; – feststellen einer dritten Feuchtigkeit in einem Verbindungsteil zwischen einem vorgegebenen Gas-Durchlass (32) und dem ersten Sammelrohr (1A); – feststellen einer vierten Feuchtigkeit in einem Verbindungsteil zwischen dem vorgegebenen Gas-Durchlass (32) und dem zweiten Sammelrohr (1B); – berechnen einer Differenz zwischen der ersten und dritten Feuchtigkeit als ersten Parameter (S22); – berechnen einer Differenz zwischen der zweiten und vierten Feuchtigkeit als zweiten Parameter (S22); und – steuern/regeln der Gas-Zuführungseinrichtung (5, 20–22), um die Gas-Zuführungsrichtung zu wechseln, wenn die erste Gas-Zuführungsrichtung zur zweiten Gas-Zuführungsrichtung vor einem Zeitpunkt verwendet wird, zu dem der erste Parameter anfängt, sich nach einem Anstieg zu verringern und einem Zeitpunkt, zu dem der zweite Parameter geringer wird als ein unterer Grenzwert und wenn die zweite Gas-Zuführungsrichtung zur ersten Gas-Zuführungsrichtung vor einem Zeitpunkt verwendet wird, zu dem der zweite Parameter anfängt, sich nach einem Anstieg zu verringern und einem Zeitpunkt, zu dem der erste Parameter geringer wird als der untere Grenzwert (S23, S24, S4).