Bedienungsanleitung F109 Fuel Cell Stack 5 F110 Fuel Cell Stack 10
H-TEC EDUCATION GmbH Maria-Goeppert-Str. 9a 23562 Lübeck Tel.: +49 (0) 451-3 99 41-0 Fax: +49 (0) 451-3 99 41-798 E-mail: info@h-tec-education.com Website: www.h-tec-education.com 2 www.h-tec-education.com
Inhalt 04 05 05 06 08 09 09 Einleitung Allgemeine Sicherheitshinweise Geräte und Material Stack - Montage Bedienung Wartung Technische Daten www.h-tec-education.com 3
Einleitung In einer Brennstoffzelle wird Wasserstoffgas oxidiert. Die im Wasserstoffgas gespeicherte chemische Energie wird dabei direkt, d.h. ohne Verbrennung, in elektrische umgewandelt. Dieser Prozess fi ndet im Kernstück der Brennstoffzelle, der Membran-Elektrodeneinheit (MEA) statt. Die MEA besteht aus zwei Elektroden (Kathode: Sauerstoffseite und Anode: Wasserstoffseite) und der Protonen- Austausch-Membran (PEM). Die PEM ist eine spezielle, protonendurchlässige Kunststofffolie, die jedoch für Elektronen eine Barriere darstellt. Wasserstoffgas wird in der Brennstoffzelle katalytisch in Elektronen und Protonen aufgespalten. Aufgrund des chemischen Ungleichgewichts diffundieren die Protonen (Kationen) durch die PEM. Der entstandene Potentialunterschied kann an den Elektroden als Leerlaufspannung abgegriffen werden. Sobald ein Stromkreis an die Brennstoffzelle angeschlossen wird, fl ießen die überschüssigen Elektronen zur Kathode, wo sie mit dem Sauerstoff und den Protonen zu Wasser (H 2 O) kombinieren. Bei den beschriebenen Brennstoffzellen entweicht das entstandene Wasser über die Luftschlitze als Wasserdampf. Die Geräte sind ausschließlich für Lehr- und Demonstrationszwecke entwickelt worden. Jede andere Verwendung ist unzulässig. Achtung! In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff (H 2 ) und Sauerstoff (O 2 ) miteinander. Bei unsachgemäßer Handhabung stellen diese Gase eine Gefahrenquelle dar. Um Gefahren vorzubeugen, beachten Sie bei Ihren Arbeiten mit der Brennstoffzelle unbedingt die Allgemeinen Sicherheitshinweise. Lehrreiche Stunden mit der Brennstoffzelle Junior Stack wünscht Ihnen Ihre H-TEC EDUCATION GmbH 4 www.h-tec-education.com
Allgemeine Sicherheitshinweise Die dem Produkt separat beiliegenden Allgemeinen Sicherheitshinweise sind vor Verwendung des Produktes zu lesen und zu befolgen! Geräte und Material Die Junior Stack Einzelzelle im Überblick Luftkanäle Stromabnehmer Schutzdiode Führungsstift Dichtungsringe zur Abdichtung des H 2 -Kanals Spannungsmesspunkte Die Einzelzellen des Junior Stack sind verklebt, nicht verschraubt. Ohne die im Stack vorhandene Anpresskraft können sich die Verklebungen lockern. Dies ist jedoch durch leichtes Andrücken vor der Stack-Montage problemlos zu beheben. Achten Sie vor der Stack-Montage unbedingt darauf, dass die Dichtungsringe unbeschädigt sind und korrekt in den dafür vorgesehenen Nuten liegen. www.h-tec-education.com 5
Stack - Montage Der Junior Stack ist demontierbar. Sie können die Anzahl der Zellen variieren. Gehen Sie für die Demontage und Montage wie folgt vor: 1. Entfernen Sie auf der + -Seite (rote Buchse) des Junior Stack die Flügelmuttern. Hierzu ist es notwendig, die jeweiligen Schrauben auf der Rückseite festzuhalten. 2. Entfernen Sie die freiliegende Endplatte. 3. Nun können Sie aus dem Junior Stack Zellen entnehmen oder weitere einsetzen. Die maximale Zellenzahl ist auf 10 begrenzt. Beim Einlegen von Zellen ist unbedingt darauf zu achten, dass...... immer die Seite mit den Luftkanälen nach oben zeigt.... die Dichtungsringe korrekt in den dafür vorgesehenen Nuten liegen.... der Führungszapfen der Endplatte bzw. der Führungszapfen der vorangegangenen Einzelzelle in die Aussparung in der Wasserstoffseite der nächsten Zelle greift. Dadurch liegen die Drähte der Schutzdioden auf der gleichen Seite und überkreuzen sich. Diese Maßnahme sorgt für guten Kontakt zwischen den Zellen. 6 www.h-tec-education.com
4. Setzen Sie die zweite Endplatte wieder auf. Achten Sie darauf, dass der Führungszapfen der letzten Brennstoffzelle in die dafür vorgesehene Öffnung der Endplatte greift. Die beiden Gasanschlüsse des Junior Stack müssen nun auf diagonal entgegengesetzten Seiten liegen. 5. Setzen Sie die Flügelmuttern wieder auf und ziehen Sie diese mehrfach abwechselnd an, damit sich die Zellen gleichmäßig setzen können. Ziehen Sie die Flügelmuttern handfest an. 6. Geben Sie einen leichten Über- oder Unterdruck auf die Zelle und vergewissern Sie sich, dass der Stack kein Gas verliert. www.h-tec-education.com 7
Bedienung 1. Lesen Sie die Allgemeinen Sicherheitshinweise. 2. Stellen Sie den Junior Stack so auf, dass die Luftkanäle senkrecht nach oben und nach unten zeigen. 3. Verschließen Sie den Wasserstoffausgang mit der Gummikappe. 4. Schließen Sie eine Wasserstoffversorgung an einen der Gasanschlüsse an. 5. Öffnen Sie kurzzeitig die Gummikappe, um den Junior Stack komplett mit Wasserstoff zu durchströmen. Anschließend schließen Sie die Gummikappe wieder. 6. Schließen Sie einen elektrischen Verbraucher oder ein Muiltimeter an Plus ( + : rot) und an Minus ( - : schwarz) der Brennstoffzelle an. 7. Das Gerät ist nun betriebsbereit und kann für Demonstrationen oder Versuchsreihen eingesetzt werden. An jeder Einzelzelle sind Spannungsmesspunkte vorhanden, so dass zusätzlich Einzelspannungsmessungen durchgeführt werden können. Hinweis: Sollte die Zelle nicht die gewünschte Leistung abgeben, so ist vermutlich Luft im Wasserstoffschlauch. Diese können Sie durch kurzfristiges Öffnen der Gummikappe entfernen. 8 www.h-tec-education.com
8. I m Betrieb erwärmt sich der Junior Stack und die Luft strömt durch Konvektion senkrecht durch die Luftkanäle. Eine zu große Strömung kann jedoch die Zelle austrocknen. Abhängig von angeschlossener Belastung, Umgebungstemperatur und -feuchte, sowie Luftbewegungen in der Umgebung können Sie eine höhere Leistung erzielen, indem Sie die Zelle um 90 drehen (die Luftkanäle laufen dann waagerecht) Wartung Brennstoffzellen des verwendeten Typs benötigen keine Wartung. Die Aufbewahrung und der Betrieb sollten allerdings in einer sauberen, staubfreien Umgebung erfolgen. Technische Daten Junior Stack H x B X T Gewicht Elektrodenfl äche Leistung 60 x 70 x 175 mm 430 g 4 cm 2 pro Zelle 200 mw pro Zelle Leistung F110 (10 Zellen) 2 W Leistung F109 (5 Zellen) 1 W Erzeugte Spannung 0,4-0,96 V pro Zelle kurzschlussfest www.h-tec-education.com 9
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