View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

8.3 Ergebnisse der Systembetrachtung 143
Die Reaktandengase werden der Brennstoffzelle bei Betriebstemperatur des Zellstapels zugeführt.
Die Betriebstemperatur entspricht zugleich der Reaktandenaustrittstemperatur. Die
relative Feuchte der Reaktandengase beträgt entsprechend der Forderung aus Kapitel 4.3.1 am
Zelleneintritt 80 %. Die zur Befeuchtung der Reaktandengase eingesetzten unterschiedlichen
Befeuchtungsmodule werden nicht hinsichtlich der Baugröße ausgelegt. Es wird angenommen,
dass die Befeuchter so dimensioniert sind, dass die Befeuchtung in gewünschtem Maße erfolgen
kann.
Die kathodenseitigen Druckverluste in dem betrachteten System setzen sich aus Druckverlusten
im Brennstoffzellenstapel, Befeuchter, Kondensatabscheider und Rohrleitungssystem zusammen.
Die Druckverluste im Brennstoffzellenstapel sind in Abhängigkeit des Volumenstroms
für unterschiedliche Betriebsdrücke experimentell ermittelt worden (vergleiche Bild 5.7). In den
Hohlfasermodulbefeuchtern wird der Druckverlust nach [108] abgeschätzt. Vereinfachend wird
für die Druckverluste im Kondensatabscheider und im Rohrleitungssystem angenommen, dass
diese zusammen genau so groß sind wie die in der Brennstoffzelle.
Bei einer nach Kapitel 6.4 und 6.5 optimierten Auslegung der Kühlzellen für den 5 kW Zellstapel
ist die durch die Kühlung bedingte Verlustleistung kleiner als 1 % der elektrischen Leistung des
Stapels. Die Pumpleistung der Kühlwasserpumpe wird daher bei der Systembetrachtung
vernachlässigt. Die über den Kühlwasserkreislauf aus dem Zellstapel ausgetragene Wärme wird
über einen Wärmeübertrager an die Umgebung abgeführt. Die benötigte Lüfterleistung zur
Förderung des Kühlluftvolumenstroms wird mit weniger als 1 % der elektrischen Stapelleistung
abgeschätzt und bleibt daher ebenfalls bei der Systembetrachtung unberücksichtigt.
8.3 Ergebnisse der Systembetrachtung
Unter den in Kapitel 8.2 getroffenen Modellannahmen wird für die drei in Bild 8.1 gezeigten
Systemkonzepte die Abhängigkeit der Systemleistung vom Betriebsdruck untersucht. Die Ergebnisse
sind in Bild 8.2 dargestellt. Aufgetragen ist die prozentuale Änderung der Systemleistung
als Funktion des Betriebsdrucks. Die Leistungsänderung ist auf ein System ohne Expander
bezogen, dass bei Referenzbetriebsdruck von 2 bar mit einem isentropen Verdichterwirkungsgrad
von η =0,7 arbeitet. Die drei Systeme unterscheiden sich trotz unterschied-
Verd., is
licher kathodenseitiger Befeuchtungskonzepte bezüglich der Systemdruckverluste und somit
der Systemleistung nur geringfügig. Aus diesem Grund ist in Bild 8.2 nur eine Abhängigkeit
gezeigt, die für alle drei Konzepte gültig ist.