Verfahren zur Behandlung wasserstoffhaltiger und sauerstoff haltiger Restgase von Brennstoffzellen sowie Restgasbehand lungssystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung wasser stoffhaltiger und sauerstoffhaltiger Restgase von Brennstoff zellen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Restgasbehandlungssystem gemäß Oberbegriff des Patentan spruchs 11. Ein derartiges Verfahren bzw. ein derartiges Sys tem sind beispielsweise aus der US 3 664 873 A bekannt.

In einer Brennstoffzelle wird üblicherweise durch die Zusam menführung von Wasserstoff und Sauerstoff in einer elektro chemischen Reaktion Energie und Wärme erzeugt, wobei als ein ziges Nebenprodukt Wasser entsteht. Zu diesem Zweck werden der Wasserstoff in einen Anodengasraum und der Sauerstoff in einen Kathodengasraum der Brennstoffzelle geleitet. Der Was serstoff kann entweder als reiner Wasserstoff oder als ein wasserstoffhaltiges Brenngas dem Anodengasraum zugeführt wer den. Der Sauerstoff kann als reiner Sauerstoff oder auch bei spielsweise in Form von Luft dem Kathodengasraum zugeführt werden .

Eine Brennstoffzelle alleine liefert eine Betriebsspannung von unter einem Volt. Daher werden üblicherweise eine Viel zahl von Brennstoffzellen aufeinander gestapelt und zu einem Brennstoffzellenblock zusammengefasst. In der Fachliteratur wird ein solcher Block auch „Stack" genannt. Durch das In- Reihe-Schalten der Brennstoffzellen des Brennstoffzellen blocks kann die Betriebsspannung eines Brennstoffzellensys tems einige 100 Volt betragen.

Auch technisch reiner Wasserstoff und Sauerstoff enthalten jedoch Bestandteile (z.B. Inertgasanteile), die nicht an der Reaktion teilnehmen. Diese Bestandteile müssen als Restgase aus der Brennstoffzelle abgeführt werden. In den Restgasen können jedoch auch noch Anteile des jeweiligen Reaktionsgases enthalten sein. Während ein Sauerstoffanteil in der Regel problemlos mit der Umgebungsluft gemischt werden kann, be steht durch einen Wasserstoffanteil eine inhärente Brandge fahr .

Bei bekannten Brennstoffzellensystemen wird deshalb das was serstoffhaltige Restgas mit Hilfe einer Leitung in einen un gefährdeten Bereich geführt und dort in die Umgebungsluft ab gelassen. Ist das Brennstoffzellensystem in einem Einbauraum installiert, handelt es sich bei dem ungefährdeten Bereich beispielsweise um einen Bereich in Überkopfhöhe von Betriebs personal des Brennstoffzellensystems. In der Nähe des Rest gasauslasses ist jedoch immer eine brennbare Gasmischung vor handen, von der Zündquellen sicher ferngehalten werden müs sen .

Aus der DE 10 2006 026 539 Al ist es bekannt, das wasser stoffhaltige Restgas in einer Mischeinrichtung in Form eines Sinterkörpers mit einem sauerstoffhaltigen Restgas zu vermi schen und das dadurch entstehende Gasgemisch in die Umge bungsluft des Brennstoffzellensystems einzuleiten.

In der DE 10 2005 035 743 B4 ist offenbart, die Restgase ei nem katalytischen Reaktor zuzuführen und dort zu Wasser umzu setzen. Hierdurch kann die Menge wasserstoffhaltigen- und sauerstoffhaltigen Restgases vermieden werden.

Problematischer gestaltet sich die Abfuhr von Restgasen bei Brennstoffzellensystemen, die sich in einem von Außenluft ab geschlossenen Einbauraum befinden.

Aus der US 3 664 873 A ist bereits ein Brennstoffzellensystem mit einem in einem Gehäuse angeordneten Brennstoffzellenmodul bekannt, bei dem sauerstoffhaltiges und wasserstoffhaltiges Restgas des Brennstoffzellenmoduls in die Atmosphäre des Raums zwischen dem Gehäuse und dem Brennstoffzellenmodul ab gelassen wird. Zur Vermeidung zündfähiger Gemische in der At- mosphäre wird die Atmosphäre mit Hilfe eines Lüfters durch einen katalytischen Reaktor zirkuliert, in dem der Wasser stoff mit dem Sauerstoff unter Wärmeentwicklung in Wasser oder Wasserdampf umgesetzt wird. Für die Führung des Gasstro mes bei der Zirkulation durch den Gehäuseinnenraum zu dem Re aktor sind jedoch aufwendige Maßnahmen notwendig. So ist im bekannten Fall der Innenraum speziell für eine derartige Zir kulation gestaltet. Außerdem ist der Betrieb eines derartigen Systems nur möglich, bis sämtlicher Sauerstoff in der Atmo sphäre aufgebraucht und das ursprüngliche Sauerstoffvolumen durch Produktwasser ersetzt ist. Die Betriebsdauer des Brenn stoffzellensystems ist somit beschränkt, was einen Einsatz eines derartigen Systems in der Praxis meistens unmöglich macht .

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung wasserstoffhaltiger und sauerstoff haltiger Restgase von Brennstoffzellen sowie ein Restgasbe handlungssystem anzugeben, mit denen die Betriebsdauer eines Brennstoffzellensystems verlängert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und ein Restgasbehandlungssystem gemäß Pa tentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Ge genstand der abhängigen Ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung wasser stoffhaltiger und sauerstoffhaltiger Restgase von Brennstoff zellen, werden die Restgase einem Gaskreislauf zugeführt und das hierdurch entstehende Restgasgemisch in dem Gaskreislauf durch eine Einrichtung zur Umsetzung von Wasserstoff und Sau erstoff in Wasser zirkuliert, um die Menge an Wasserstoff und Sauerstoff in dem Restgasgemisch zu reduzieren. Erfindungsge mäß wird dabei ein Teil des Restgasgemischs aus dem Gaskreis lauf abgeführt.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass durch die Zirkulation des Restgasgemisches durch die Einrichtung zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser der Wasserstoffanteil und der Sauerstoffanteil und somit die Men ge an Restgasgemisch soweit reduziert werden kann, dass die Gefahr einer Zündung vermieden und zumindest ein Teil des Restgasgemisches ohne Gefahr aus dem Gaskreislauf abgeführt werden kann.

Der Gaskreislauf ist dann wieder für „frisches" Restgas aus den Brennstoffzellen aufnahmebereit. Insgesamt kann durch diese Maßnahmen die Aufnahmefähigkeit und Behandlungskapazi tät von Restgasen aus den Brennstoffzellen und somit die Be triebsdauer der Brennstoffzellen vergrößert werden.

Bei Brennstoffzellen, die sich in einem von Außenluft abge schlossenen Einbauraum befindet, wird der abgeführte Teil des Restgasgemisches vorzugsweise einem Gasspeicher zugeführt.

Bei Brennstoffzellen, die sich in einem Einbauraum mit Umge bungsluft befindet, wird der abgeführte Teil des Restgasgemi sches vorzugsweise in die Umgebungsluft eingeleitet.

Bei der Einrichtung zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauer stoff in Wasser handelt es sich vorzugsweise um einen kataly tischen Rekombinator (z.B. einen Platin-Aluminiumoxid-Rekom- binator) . Es kann aber auch ein katalytischer Reaktor zum Einsatz kommen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens er folgt das Abführen des Teils des Restgasgemisches aus dem Gaskreislauf bei Überschreitung eines vorgegebenen oder vor- gebbaren Druckes des Restgasgemisches in dem Gaskreislauf, vorzugsweise zusätzlich wenn auch keine Umsetzung von Sauer stoff und Wasserstoff mehr stattfindet. Der Gehalt an Wasser stoff und/oder Sauerstoff hat dann ein Minimum erreicht bzw. ist vollständig abreagiert.

Im Fall einer Zuführung des Restgasgemisches zu einem Gas speicher wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestal tung der abgeführte Teil des Restgasgemisches wahlweise einem von zumindest zwei Gasspeichern zugeführt. Grundsätzlich wird aus Sicherheitsgründen ein leicht mit Sauerstoff angereicher tes Restgasgemisch angestrebt. Wenn aber beispielsweise auch die Möglichkeit eines leicht mit Wasserstoff angereicherten Restgasgemisches besteht, werden diese beiden unterschiedli chen Restgasgemisch zur weiteren Erhöhung der Sicherheit von Vorteil jeweils unterschiedlichen Gasspeichern zugeführt und darin gespeichert.

Vorzugsweise wird dann ein abgeführtes Restgasgemisch mit ei nem Sauerstoffüberschuss einem ersten Gasspeicher und ein ab geführtes Restgasgemisch mit einem Wasserstoffüberschuss ei nem davon getrennten zweiten Gasspeicher zugeführt. Je nach Anreicherungsgrad des Restgasgemisches mit Sauerstoff und/oder Wasserstoff können dabei auch mehr als zwei vonei nander getrennte Gasspeicher zum Einsatz kommen.

Das Abführen des Teils des Restgasgemisches aus dem Gaskreis lauf kann auch in Abhängigkeit einer vorgegebenen oder vor- gebbaren Gaszusammensetzung erfolgen. Zum Beispiel kann dies gezielt derart erfolgen, dass das abgeführte Restgasgemisch eine Gaszusammensetzung wir Luft hat. Diese Luft kann dann, insbesondere in außenluftunabhängigen Anwendungen, weiter ge nutzt werden (z.B. als Atemluft) .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden al ternativ oder ergänzend der Sauerstoffanteil und/oder der Wasserstoffanteil des Restgasgemisches in dem Gaskreislauf erfasst und die Zufuhr an Restgasen in den Gaskreislauf und/oder die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf erfolgt in Abhängigkeit von dem erfassten Sauerstoffanteil und/oder Wasserstoffanteil .

Vorzugsweise erfolgt aus Sicherheitsgründen die Abfuhr von Restgasgemisch, wenn ein Sauerstoffüberschuss in dem Restgas gemisch vorhanden ist. Der Sauerstoffanteil und/oder Wasserstoffanteil bzw. dessen zeitliche Entwicklung kann beispielsweise Aufschluss dafür geben, ob noch eine Umsetzung von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser stattfindet, oder ob dieser Prozess bereits geendet hat. Somit kann beispielsweise gezielt die Abfuhr von Rest gasgemisch aus dem Gaskreislauf erfolgen, wenn der Sauer stoffanteil einen konstanten Wert einnimmt, weil keine Umset zung mit Wasserstoff in Wasser mehr stattfindet.

Alternativ oder ergänzend kann eine Temperatur der Einrich tung zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser erfasst werden und die Zufuhr an Restgasen in den Gaskreis lauf und/oder die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreis lauf kann in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur erfol gen. Auch die Temperatur bzw. deren zeitliche Entwicklung kann Aufschluss darüber geben, ob noch eine Umsetzung von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser stattfindet, oder ob dieser Prozess bereits geendet hat. Somit kann beispielsweise auch hier gezielt die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gas kreislauf erfolgen, wenn die Temperatur ausgehend von einem Normalwert, bei dem eine Umsetzung von Wasserstoff und Sauer stoff in Wasser erfolgt, auf einen niedrigeren Wert abgefal len ist, weil keine Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser mehr erfolgt.

Die Restgase umfassen dabei zumindest die Reaktionsgase der Brennstoffzellen, vorzusgweise auch noch Spülgase der Brenn stoffzellen und/oder Ein- und Ausschaltgase der Brennstoff zellen und/oder Blow-Up-Gase oder Boil-Off-Gase von Flüssig gasspeichern, insbesondere sämtliche für den Betrieb der Brennstoffzellen verwendeten Gase. Somit sind keine weiteren zusätzlichen Gas-Entsorgungs- oder Gas-Behandlungssysteme mehr notwendig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden der Betrieb der Brennstoffzellen und die Behandlung der Restgase derart aufeinander abgestimmt gesteuert und/oder geregelt, dass das aus dem Gaskreislauf abgeführte Restgasgemisch eine vorgegebene oder vorgebbare Gaszusammensetzung aufweist, ins besondere die Gaszusammensetzung von Luft aufweist.

Ein erfindungsgemäßes Restgasbehandlungssystem für wasser stoffhaltige und sauerstoffhaltige Restgase von Brennstoff zellen umfasst

einen Gaskreislauf für einen Zirkulationsbetrieb eines Gemisches der beiden Restgase, und

eine Einrichtung zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauer stoff in Wasser, wobei die Einrichtung in dem Gaskreis lauf angeordnet ist, um die Menge an Wasserstoff und Sau erstoff in dem Restgasgemisch zu reduzieren,

wobei zumindest ein Teil des Restgasgemisches aus dem Gas kreislauf abführbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der abgeführte Teil des Restgasgemisches einem Gasspeicher zuführbar oder in Umgebungsluft einleitbar.

Das System weist hierzu von Vorteil einen in dem Gaskreislauf angeordneten Abzweig und ein Ventil zur Steuerung einer Ab fuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf über den Abzweig aufweisen .

Von Vorteil umfasst das System einen Drucksensor, der in dem Gaskreislauf angeordnet ist, und einen Druck des Restgasgemi sches in dem Gaskreislauf erfasst, und eine Steuereinrich tung, die derart ausgebildet ist, dass sie das Abführen des Teils des Restgasgemisches aus dem Gaskreislauf in Abhängig keit des erfassten Druckes des Restgasgemisches in dem Gas kreislauf steuert, vorzugsweise den Teil des Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf bei Überschreitung eines vorgegebenen oder vorgebbaren Druckes des Restgasgemisches in dem Gas kreislauf abführt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das System zumindest zwei Gasspeicher, wobei das Restgasgemisch wahlweise einem der Gasspeicher zuführbar ist, wobei _V orzugs- weise ein erster der Gasspeicher ein Gasspeicher für ein Restgasgemisch mit Sauerstoffüberschuss und ein zweiter der Gasspeicher ein Gasspeicher für ein Restgasgemisch mit Was serstoffüberschuss ist.

Das System kann weiterhin umfassen:

eine Einrichtung zur Erfassung der Gaszusammensetzung des Restgasgemisches in dem Gaskreislauf und

eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, das Abführen des Restgasgemisches aus dem Gaskreislauf in Abhängigkeit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Gaszusammensetzung zu steuern .

Das System kann alternativ oder ergänzend auch umfassen:

eine Einrichtung zur Erfassung des Sauerstoffanteils und/oder des Wasserstoffanteils des Restgasgemisches in dem Gaskreislauf und

einer Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, die Zufuhr an Restgasen in den Gaskreislauf und/oder die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf in Abhängigkeit von dem erfassten Sauerstoffanteil und/oder Wasserstoffanteil zu steuern.

Weiterhin kann das System umfassen:

eine Einrichtung zur Erfassung einer Temperatur der Ein richtung zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser und

eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, die Zufuhr an Restgasen in den Gaskreislauf und/oder die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur zu steuern.

Die Restgase umfassen dabei zumindest die Reaktionsgase der Brennstoffzellen, vorzugsweise auch noch Spülgase der Brenn stoffzellen und/oder Ein- und Ausschaltgase der Brennstoff zellen und/oder Blow-Up-Gase oder Boil-Off-Gase von Flüssig gasspeichern, insbesondere sämtliche für den Betrieb der Brennstoffzellen verwendeten Gase. Somit sind keine weiteren zusätzlichen Gas-Entsorgungs- oder Gas-Behandlungssysteme mehr notwendig.

Weiterhin kann das System eine Steuereinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, den Betrieb der Brennstoffzellen und die Behandlung der Restgase aufeinander abgestimmt derart zu steuern und/oder zu regeln, dass der aus dem Gaskreislauf ab geführte Teil des Restgasgemisch eine vorgegebene oder vor- gebbare Gaszusammensetzung aufweist, insbesondere die Gaszu sammensetzung von Luft, aufweist.

Die vorstehend erwähnten Steuereinrichtungen können auch in einer einzigen Steuerungseinrichtung zusammengefasst sein.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine vorteilhaf ten Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten entsprechend für das das erfindungsgemäße System und seine vorteilhaften Ausgestaltungen .

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Fol genden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Diese zeigen:

FIG 1 einen Brennstoffzellenstapel mit Brennstoffzellen,

FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rest gasbehandlungssystems .

Eine Brennstoffzelle alleine liefert eine Betriebsspannung von unter einem Volt. Wie in FIG 1 gezeigt, werden daher üb licherweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen 1 aufeinander gestapelt und zu einem Brennstoffzellenblock 2 zusammenge fasst. In der Fachliteratur wird ein solcher Block 2 auch „Stack" genannt. Durch das In-Reihe-Schalten der Brennstoff zellen 1 des Brennstoffzellenblocks 2 kann die Betriebsspan nung eines Brennstoffzellensystems einige 100 Volt betragen. FIG 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Restgasbehandlungssystem 3 zur Behandlung von Restgasen von Brennstoffzellen. Mit 4 ist dabei ein Brennstoffzellenmodul bezeichnet, das neben einem Brennstoffzellenblock wie in FIG 1 gezeigt noch weitere nicht näher gezeigte Einrichtungen wie Ventile, Sensoren, Wasserab scheider und Verteilerstrukturen für die Ver- und Entsorgung des Brennstoffzellenblock mit Betriebsmedien umfasst. Das Brennstoffzellenmodul 4 weist einen Anschluss H2 für die Zu fuhr von Wasserstoff, einen Anschluss 02 für die Zufuhr von Sauerstoff, einen Anschluss KWE für die Zufuhr von Kühlwas ser, einen Anschluss KWA für die Abfuhr von Kühlwasser, einen Anschluss RGH für die Abfuhr von wasserstoffhaltigem Restgas, einen Anschluss RGO für die Abfuhr von sauerstoffhaltigem Restgas, einen Anschluss SG für die Zufuhr von Schutzgas, ei nen Anschluss SPG für die Zufuhr von Spülgas und einen An schluss PG für die Zufuhr von Pressgas auf.

Das Spülgas wird für eine Spülung der Gasräume der Brenn stoffzellen 1 benötigt. Das Pressgas wird für eine Drucker zeugung mit Hilfe sogenannter Druckkissen im Brennstoffzel lenblock 2 benötigt.

Das Restgasbehandlungssystem 3 umfasst einen Gaskreislauf 5, in den in Strömungsrichtung eines zirkulierenden Gases hin tereinander ein Sammelbehälter in Form eines Vakuum-Tanks 6, ein Wasserabscheider 7, eine Einrichtung 8 zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser (hier in Form zweier pa rallel geschalteter Rekombinatoren 9, z.B. Platin-Aluminium- oxid-Rekombinatoren) , ein Kompressor 10 und ein Abzweig 11 mit einem 3/2-Wegeventil 12 geschaltet bzw. angeordnet sind.

Eine Leitung 21 verläuft von dem Anschluss RGO des Brenn stoffzellenmoduls 4 zu dem Vakuum-Tank 6 und dient zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Restgas aus dem Brennstoffzellenmodul 4 zu dem Vakuumtank 6.

Eine Leitung 22 verläuft von dem Anschluss RGH des Brenn stoffzellenmoduls 4 zu dem Vakuumtank 6 und dient zur Zufuhr von wasserstoffhaltigem Restgas aus dem Brennstoffzellenmodul 4 zu dem Vakuumtank 6.

Zwischen dem Vakuumtank 6 und dem Wasserabscheider 7 sind ein Sauerstoffensor 13 und ein Wasserstoffsensor 14 in dem Gas kreislauf 5 angeordnet. Außerdem ist zwischen der Einrichtung 8 und dem Kompressor 10 ein Temperatursensor 15 in dem Gas kreislauf 5 angeordnet.

Ein an den Vakuum-Tank 6 angeschlossener Drucksensor 16 dient zur Erfassung oder Messung des Druckes in dem Vakuum-Tank 6 und somit in dem Gaskreislauf 5.

Das Restgasbehandlungssystem 3 umfasst weiterhin einen Pro duktwassertank 30, der über eine Leitung 31 und ein darin an geordnetes Ventil 32 mit dem Boden des Vakuum-Tanks 6 zur Ab fuhr von Produktwasser aus dem Vakuum-Tank 6 in den Produkt wassertank 30 verbindbar ist.

In dem Vakuum-Tank 6 befindet sich ein Sensor 33 zur Erfas sung der Höhe des Pegels von Flüssigkeit in dem Vakuum-Tank

6.

Auch in dem Produktwassertank 30 befindet sich eine Sensor 34 zur Erfassung der Höhe des Pegels von Flüssigkeit in dem Va kuum-Tank 6.

Bei einer Evakuierung der Gasräume der Brennstoffzellen beim Ein-Schalten oder Abschalten des Brennstoffzellenmoduls 4 müssen Restgase aus den Brennstoffzellen abgeführt werden. Hierzu besteht eine Leitung 41 zwischen einem Anschluss V des Brennstoffzellenmoduls und dem Vakuum-Tank 6. In die Leitung 41 ist eine Vakuumpumpe 42 geschaltet, über die diese Restga se von dem Brennstoffzellenmodul 4 in den Vakuum-Tank 6 abge führt werden können.

Weiterhin ist der Produktwassertank 30 über eine Leitung 43 mit einer darin angeordneten Vakuum-Pumpe 44 mit dem Vakuum- Tank 6 verbunden. Die Vakuum-Pumpe 44 sorgt dafür, dass der Druck in dem Produktwassertank 30 niedriger als der Druck in dem Vakuum-Tank 6 ist. An den Produktwassertank 30 sind wei terhin eine Leitung 35 und eine Leitung 36 angeschlossen. Die Leitung 35 dient zur Zufuhr von Stickstoff in den Produktwas sertank 30 zur Abfuhr von Produktwasser. Über die Leitung 36 kann dann das Produktwasser aus dem Produktwassertank 30 ab geführt werden.

Der Wasserabscheider 7 dient dazu, von dem Restgasgemisch mitgeführtes Wasser abzutrennen, damit es nicht in die Rekom- binatoren 9 gelangt.

Über eine Leitung 46 ist zudem der Wasserabscheider 7 mit dem Produktwassertank 30 zur Zufuhr abgeschiedenen Wassers ver bunden .

Der Abzweig 11 ist über eine Leitung 16 mit einem Drucktank

17 verbunden. An dem Drucktank 17 ist wiederum eine Leitung

18 zu dessen Entleerung angeschlossen.

Optional kann ein zweiter Drucktank 17' an den Abzweig 11 an geschlossen sein, wobei dann über Ventile 19, 19' gesteuert werden kann, welcher der Drucktanks 17, 17' mit dem Abzweig

11 verbunden ist.

Optional kann an den Vakuum-Tank 6 auch eine Leitung 45 zur Zufuhr von Boil-Off-Gas bzw. Blow-Up-Gas aus nicht näher dar gestellten Flüssigkeitsspeichern der Betriebsgase angeschlos sen sein.

Eine Steuereinrichtung 50 ist drahtgebunden oder drahtlos mit den Sensoren (z.B. Temperatursensor 8, Drucksensor 16, Sauer stoffsensor 13, Wasserstoffsensor 14) und Aktoren des Brenn stoffzellenmoduls und des Restgasbehandlungssystems (z.B. steuerbare Ventile wie z.B. das 3/2-Wege-Ventil 12, Kompres sor 10, Vakuumpumpen 42, 44) verbunden und erfasst von diesen Signale oder Messwerte bzw. steuert deren Betriebszustand. Beim Betrieb des Restgasbehandlungssystems werden dem Vakuum tank 6 über die Leitung 21 ein sauerstoffhaltiges Restgas des Brennstoffzellenmoduls 4 und über die Leitung 22 ein wasser stoffhaltiges Restgas des Brennstoffzellenmoduls zugeführt und in dem Vakuumtank 6 vermischt. Im Fall einer Spülung der Gasräume der Brennstoffzellen 1 werden über diese Leitungen 21, 22 auch die Spülgase zugeführt. Außerdem werden dem Vaku umtank 6 über die Leitung 41 Einschalt- und Ausschaltgase des Brennstoffzellenmoduls 4 und optional über die Leitung 45 die Boil-Off-Gas bzw. Blow-Up-Gas zugeführt. Vorzugsweise werde sämtliche für den Betrieb der Brennstoffzellen entstehenden Restgase in den Vakuumtank 6 eingeleitet.

Das hierdurch in dem Vakuumtank 6 entstehende Restgasgemisch wird mittels des Kompressors 10 durch den Gaskreislauf 5 und somit auch durch die Einrichtung 8 zirkuliert bzw. umgewälzt. In der Einrichtung 8 wird in dem Restgasgemisch enthaltener Wasserstoff mit in dem Restgasgemisch enthaltenem Sauerstoff zu Wasser umgesetzt, welches in dem Vakuumtank 6 absetzt.

Der Wasserstoffanteil und der Sauerstoffanteil und somit die Menge an Restgasgemisch können hierdurch soweit reduziert werden kann, dass die Gefahr einer Zündung vermieden und zu mindest ein Teil des Restgasgemisches ohne Gefahr aus dem Gaskreislauf 5 abgeführt werden kann.

Der Gaskreislauf 5 ist dann wieder für „frisches" Restgas aus den Brennstoffzellen aufnahmebereit. Insgesamt kann durch diese Maßnahmen die Aufnahmefähigkeit und Behandlungskapazi tät von Restgasen aus den Brennstoffzellen 1 und somit die Betriebsdauer der Brennstoffzellen 1 vergrößert werden.

Die Steuereinrichtung 50 erfasst über den Sensor 33 den

Flüssigkeitspegel in dem Vakuum-Tank 6 und öffnet bei Über schreiten eines vorgegebene Flüssigkeitsniveaus in dem Vaku umtank 6 das Ventil 32, wodurch Produktwasser über die Lei tung 31 in den Produktwassertank 30 abgeführt wird. In entsprechender Weise erfasst die Steuereinrichtung 50 über den Sensor 34 den Flüssigkeitspegel in dem Produktwassertank 30 und veranlasst bei Überschreiten eines vorgegebenen Flüs sigkeitsniveaus eine Zufuhr von Stickstoff über die Leitung 35, wodurch Produktwasser über die Leitung 36 aus dem Pro duktwassertank 30 abgeleitet wird.

Wenn der von der Steuereinrichtung 50 über den Sensor 16 er fasste Druck im Gaskreislauf 5 einen vorgegeben Wert über schreitet, öffnet diese das Ventil 12 zum dem Abzweig 11, wo durch zumindest ein Teil des Restgasgemisches aus dem Gas kreislauf 5 in den Drucktank 17 abgeführt wird. Wenn es die Einbauumstände erlauben, kann das Restgasgemisch alternativ auch in die Umgebungsluft eingeleitet werden.

Wenn zwei Druck-Tanks 17, 17' vorhanden sind, wertet die Steuereinrichtung 50 die über die Sensoren 13, 14 erfassten Sauerstoff- und Wasserstoffanteile aus und führt durch Steue rung der Ventile 19, 19' ein Restgasgemisch mit einem Sauer stoffüberschuss dem Drucktank 17 und ein Restgasgemisch mit einem Wasserstoffüberschuss dem Drucktank 17' zu.

Die Steuereinrichtung 50 kann die über die Sensoren 13, 14 erfassten Sauerstoff- und Wasserstoffanteile in dem Restgas gemisch auch dazu nutzen, das Abführen des Restgasgemisches aus dem Gaskreislauf 5 derart zu steuern, dass dies in Abhän gigkeit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Gaszusammenset zung erfolgt.

Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 50 über die Senso ren 13, 14 den Sauerstoffanteil und/oder den Wasserstoffan teil des Restgasgemisches in dem Gaskreislauf messen und die Zufuhr an Restgasen in den Gaskreislauf und/oder die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf derart steuern, dass diese in Abhängigkeit von dem gemessenen Sauerstoffanteil und/oder Wasserstoffanteil erfolgen. Vorzugsweise erfolgt aus Sicherheitsgründen die Abfuhr von Restgasgemisch, wenn ein Sauerstoffüberschuss in dem Restgas gemisch vorhanden ist.

Anhand des erfassten Sauerstoff- und/oder Wasserstoffanteile oder dessen bzw. deren zeitlichem Verlauf kann beispielsweise darauf geschlossen werden, ob noch eine Umsetzung von Sauer stoff und Wasserstoff in Wasser erfolgt, oder ob dieser Pro zess geendet hat. Vorzugsweise erfolgt die Abfuhr von Rest gasgemisch über den Abzweig, wenn sowohl der Druck einen vor- gegenen Grenzwert überschritten als auch die Umsetzung von Sauerstoff und Wasserstoff in Wasser geendet hat. Beispiels weise kann auch gezielt eine Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf erfolgen, wenn der Sauerstoffanteil einen konstanten Wert einnimmt, weil keine Umsetzung mit Wasser stoff in Wasser mehr stattfindet.

Die Steuereinrichtung 50 kann über den Sensor 15 auch die Temperatur der Einrichtung 8 zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser messen und die Zufuhr an Restgasen in den Gaskreislauf und/oder die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf derart steuern, dass diese in Abhängig keit von der gemessenen Temperatur erfolgen. Auch die Tempe ratur bzw. deren zeitliche Entwicklung kann Aufschluss darü ber geben, ob noch eine Umsetzung von Sauerstoff und Wasser stoff zu Wasser stattfindet, oder ob dieser Prozess bereits geendet hat. Somit kann beispielsweise auch hier gezielt die Abfuhr von Restgasgemisch aus dem Gaskreislauf erfolgen, wenn die Temperatur ausgehend von einem Normalwert, bei dem eine Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser erfolgt, auf einen niedrigeren Wert abgefallen ist, weil keine Umset zung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser mehr erfolgt.

Mittels der Steuereinrichtung 50 kann auch ein Betriebsver fahren für das Gesamtsystem aus Brennstoffzellenmodul 4 und Restgasbehandlungssystem 3 realisiert werden, bei dem die Brennstoffzellen Restgase erzeugen, die wie vorstehend behan delt werden, und wobei der Betrieb der Brennstoffzellen und die Behandlung der Restgase aufeinander abgestimmt derart ge steuert und/oder geregelt werden, dass das aus dem Gaskreis lauf 5 abgeführte Restgasgemisch eine vorgegebene oder vor- gebbare Gaszusammensetzung aufweist, insbesondere die Gaszu- sammensetzung von Luft aufweist. Diese Luft kann dann für verschiedenste Anwendungen genutzt werden, z.B. als Atemluft in außenluftunabhängigen Systemen wie z.B. an Bord von Unter wasserschiffen.