AT519618B1 - Starter burner with heating means for fuel cell system - Google Patents

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AT519618B1 ATA50109/2017A AT501092017A AT519618B1 AT 519618 B1 AT519618 B1 AT 519618B1 AT 501092017 A AT501092017 A AT 501092017A AT 519618 B1 AT519618 B1 AT 519618B1
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Krauss Dipl Ing Thomas
Makinson B Eng Julian
Reiter Bsc Bernd
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Avl List Gmbh
Nissan Motor
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Startbrenner (100a; 100b) für ein Brennstoffzellensystem (1000), aufweisend einen Katalysator (10) mit einem Katalysatoreingang (11) und einem Katalysatorausgang (12), wobei zwischen dem Katalysatoreingang (11) und dem Katalysatorausgang (12) ein Katalysebereich (13) für eine katalytische Reaktion eines Betriebsfluidgemisches ausgestaltet ist, und eine Mischkammer (80), in welcher das Betriebsfluidgemisch durch Vermischen wenigstens eines ersten Betriebsfluids (F1) mit wenigstens einem zweiten Betriebsfluid (F2) erzeugbar ist, wobei stromaufwärts des Katalysatoreingangs (11) und stromabwärts der Mischkammer (80) ein plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltetes Heizmittel (40) zum Erwärmen des Betriebsfluidgemisches angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Oberseite des plattenförmigen Heizmittels (40) direkt heizbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem (1000) mit dem Startbrenner (100a; 100b) sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluidgemisches in dem Brennstoffzellensystem (1000).The present invention relates to a starter burner (100a; 100b) for a fuel cell system (1000), having a catalyst (10) with a catalyst inlet (11) and a catalyst outlet (12), wherein between the catalyst inlet (11) and the catalyst outlet (12) a catalytic region (13) is designed for a catalytic reaction of an operating fluid mixture, and a mixing chamber (80) in which the operating fluid mixture can be generated by mixing at least one first operating fluid (F1) with at least one second operating fluid (F2), with upstream of the catalyst inlet ( 11) and downstream of the mixing chamber (80) a plate-shaped or essentially plate-shaped heating means (40) for heating the operating fluid mixture is arranged, characterized in that only one upper side of the plate-shaped heating means (40) can be heated directly. The invention also relates to a fuel cell system (1000) with the starting burner (100a; 100b) and a method for heating an operating fluid mixture in the fuel cell system (1000).

Description

Beschreibungdescription

STARTBRENNER MIT HEIZMITTEL FÜR BRENNSTOFFZELLENSYSTEM STARTING BURNER WITH HEATING MEDIUM FOR FUEL CELL SYSTEM

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Startbrenner für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein SOFC-System, ein Brennstoffzellensystem mit einem Startbrenner sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluidgemisches in einem Brennstoffzellensystem. The present invention relates to a starting burner for a fuel cell system, in particular an SOFC system, a fuel cell system with a starting burner and a method for heating an operating fluid mixture in a fuel cell system.

[0002] Im Stand der Technik sind verschiedene Startbrenner für verschiedene Brennstoffzellensysteme bekannt. Aus der DE 102 56 453 A1 ist eine Dosiereinrichtung für flüssige Kraftstoffe, insbesondere zum Eintrag in einen katalytischen Brenner bzw. einen chemischen Reformer zur Gewinnung von Wasserstoff oder in einen Nachbrenner zur Erzeugung von Wärme zum Erwärmen des Reformers, bekannt. Die Dosiervorrichtung weist zumindest ein Heizmittel aus einem maschenartigen vernetzten Drahtgeflecht, insbesondere in Form eines rohrförmigen Hohlkörpers, auf, mit welchem dem Kraftstoff Wärme zugeführt werden kann. Aus der DE 102 56 453 A1 geht ferner hervor, dass das Heizmittel vor oder in Reformer, Nachbrenner oder Startbrenner eingesetzt werden kann. Die EP 1693916 A1 und die EP 0924786 A2 offenbaren jeweils einen Startbrenner mit einem Heizmittel. In the prior art, various starting burners for various fuel cell systems are known. From DE 102 56 453 A1 a metering device for liquid fuels, in particular for entry into a catalytic burner or a chemical reformer to produce hydrogen, or into an afterburner to generate heat to heat the reformer, is known. The metering device has at least one heating means made of a mesh-like cross-linked wire mesh, in particular in the form of a tubular hollow body, with which heat can be supplied to the fuel. DE 102 56 453 A1 also reveals that the heating medium can be used before or in reformer, afterburner or starter burner. EP 1693916 A1 and EP 0924786 A2 each disclose a starter burner with a heating means.

[0003] Startbrenner weisen in der Regel eine Brennkammer auf, in welcher ein Brennstoffgemisch mittels einer Funkenzündung gezündet wird. Würde in einen solchen Startbrenner an Stelle der Funkenzündung ein wie vorstehend beschriebenes Heizmittel mit einem maschenartigen vernetzten, rohrförmigen Drahtgeflecht integriert werden, würde dies zu einem relativ groß gebauten Startbrenner führen. Insbesondere für den mobilen Einsatz ist es bei einem Startbrenner allerdings wünschenswert, dass dieser so kompakt und klein wie möglich ausgestaltet ist. [0003] Starting burners usually have a combustion chamber in which a fuel mixture is ignited by means of spark ignition. If, instead of spark ignition, a heating means as described above with a mesh-like cross-linked, tubular wire mesh were integrated into such a starting burner, this would lead to a relatively large starting burner. In the case of a starter burner, however, it is particularly desirable for mobile use to be as compact and small as possible.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehenden Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten, d.h., möglichst kompakten und einfach aufgebauten Startbrenner zum Erwärmen eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung zu stellen. It is the object of the present invention to at least partially take account of the above problem. In particular, it is the object of the present invention to provide an improved, i.e. as compact and simply constructed as possible, starting burner for heating a fuel cell system.

[0005] Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch den Startbrenner gemäß Anspruch 1, das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 10 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Startbrenner beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. [0005] The above object is achieved by the claims. In particular, the above object is achieved by the starter burner according to claim 1, the fuel cell system according to claim 10 and the method according to claim 11. Further advantages of the invention emerge from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the starter burner also apply, of course, in connection with the fuel cell system according to the invention, the method according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.

[0006] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Startbrenner für ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt. Der Startbrenner weist einen Katalysator mit einem Katalysatoreingang und einem Katalysatorausgang auf, wobei zwischen dem Katalysatoreingang und dem Katalysatorausgang ein Katalysebereich für eine katalytische Reaktion eines Betriebsfluidgemisches ausgestaltet ist. Der Startbrenner weist außerdem eine Mischkammer auf, in welcher das Betriebsfluidgemisch durch Vermischen von wenigstens einem ersten Betriebsfluids mit wenigstens einem zweiten Betriebsfluid erzeugbar ist. Stromaufwärts des Katalysatoreingangs und stromabwärts der Mischkammer ist ein plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltetes Heizmittel zum Erwärmen des Betriebsfluidgemisches angeordnet, wobei nur eine Oberseite des plattenförmigen Heizmittels direkt heizbar ist. According to a first aspect of the present invention, a starting burner for a fuel cell system is provided. The starting burner has a catalytic converter with a catalytic converter inlet and a catalytic converter outlet, a catalytic region for a catalytic reaction of an operating fluid mixture being configured between the catalytic converter inlet and the catalyst outlet. The starting burner also has a mixing chamber in which the operating fluid mixture can be generated by mixing at least one first operating fluid with at least one second operating fluid. A plate-shaped or substantially plate-shaped heating means for heating the operating fluid mixture is arranged upstream of the catalyst inlet and downstream of the mixing chamber, only one top side of the plate-shaped heating means being directly heatable.

[0007] Durch die Kombination des Katalysators mit dem vorgeschalteten Heizmittel innerhalb des Startbrenners bzw. innerhalb eines Gehäusekörpers des Startbrenners ist es auf einfache, kompakte und kostengünstige Weise möglich, das Betriebsfluidgemisch effizient zu erhitzen. Entsprechend vorteilhaft kann auch das Brennstoffzellensystem bzw. ein Reformer des Brennstoffzellensystems bei einem Startvorgang des Brennstoffzellensystems erwärmt werden. Durch das Heizmittel kann das Betriebsfluidgemisch auf eine gewünschte Temperatur vorgeheizt werden, bevor By combining the catalyst with the upstream heating means within the starting burner or within a housing body of the starting burner, it is possible to efficiently heat the operating fluid mixture in a simple, compact and inexpensive manner. The fuel cell system or a reformer of the fuel cell system can correspondingly advantageously also be heated when the fuel cell system is started. The operating fluid mixture can be preheated to a desired temperature by the heating means before

es in den stromabwärts angeordneten Katalysator eintritt. Dadurch kann der Katalysator besonders effizient und effektiv betrieben werden. Die kompakte Bauweise ist insbesondere bei mobilen Anwendungen des Startbrenners, beispielsweise im Automobilbereich, von Vorteil. it enters the downstream catalyst. This allows the catalytic converter to be operated particularly efficiently and effectively. The compact design is particularly advantageous in mobile applications of the starter burner, for example in the automotive sector.

[0008] Dadurch, dass das Heizmittel plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltet ist, kann das Heizmittel besonders platzsparend am Katalysator angeordnet werden. Das plattenförmige Heizmittel liegt vorzugsweise mit einer seiner beiden großen Seitenflächen am Katalysatoreingang an. Vorzugsweise weist das Heizmittel den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Querschnitt wie eine Stirnseite des Katalysatoreingangs auf. D.h., das Heizmittel erstreckt sich bevorzugt zumindest über die gesamte Stirnseite oder im Wesentlichen über die gesamte Stirnseite des Katalysators bzw. des Katalysatoreingangs. Mit anderen Worten, eine der beiden großen Seitenflächen des Heizmittels ist vorzugsweise deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich mit der Stirnseite des Katalysators. Dadurch kann das Betriebsfluid bzw. das Betriebsfluidgemisch möglichst großflächig und trotzdem platzsparend vorgeheizt werden. Because the heating means is plate-shaped or substantially plate-shaped, the heating means can be arranged on the catalyst in a particularly space-saving manner. The plate-shaped heating means is preferably in contact with one of its two large side surfaces on the catalyst inlet. The heating means preferably has the same or essentially the same cross section as an end face of the catalyst inlet. That is to say, the heating means preferably extends at least over the entire end face or essentially over the entire end face of the catalytic converter or the catalytic converter inlet. In other words, one of the two large side surfaces of the heating means is preferably congruent or essentially congruent with the end face of the catalytic converter. As a result, the operating fluid or the operating fluid mixture can be preheated over the largest possible area and nevertheless in a space-saving manner.

[0009] Es ist nur eine Oberseite des plattenförmigen Heizmittels direkt heizbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass das Betriebsfluidgemisch ausreichend vorgeheizt werden kann, wenn es auf eine geheizte Oberfläche eines plattenförmigen Heizmittels trifft bzw. durch diese hindurch in den Katalysator geleitet wird. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich durch das Heizen der einen Oberfläche während des Startvorgangs des Brennstoffzellensystems auch das restliche Heizmittel ausreichend erwärmt. Dadurch, dass nur eine Oberfläche bzw. ein einziger Oberflächenbereich des plattenförmigen Heizmittels direkt heizbar ist, kann bei einem Vorheizen des Betriebsfluidgemisches auch nur dieser Oberflächenbereich direkt geheizt, beispielsweise direkt bestromt, werden. Im Vergleich zu einem Fall, in welchem das gesamte Heizmittel direkt geheizt wird, kann der Startbrenner energiesparender und entsprechend effizienter und kostengünstiger betrieben werden. Ein energiesparender Betrieb ist außerdem insbesondere bei einer mobilen Anwendung des Startbrenners, beispielsweise im Automobilbereich, von Vorteil. It is only an upper side of the plate-shaped heating means directly heatable. In the context of the present invention, it has been found that the operating fluid mixture can be sufficiently preheated when it hits a heated surface of a plate-shaped heating means or is passed through it into the catalytic converter. In addition, it has been shown that the heating of one surface during the starting process of the fuel cell system also heats the remaining heating medium sufficiently. Since only one surface or a single surface area of the plate-shaped heating means can be heated directly, only this surface area can be heated directly, for example directly energized, when the operating fluid mixture is preheated. Compared to a case in which the entire heating means is heated directly, the starter burner can be operated in a more energy-saving manner and accordingly more efficiently and cost-effectively. Energy-saving operation is also particularly advantageous when the starter burner is used on a mobile basis, for example in the automotive sector.

[0010] Durch das erfindungsgemäße Vorheizen des Betriebsfluidgemisches stromaufwärts des Katalysators kann der Katalysator mit einem besonders hohen Wirkungsgrad betrieben werden. Entsprechend hoch ist die durch den Katalysator erzeugbare Wärmeleistung. Due to the inventive preheating of the operating fluid mixture upstream of the catalyst, the catalyst can be operated with a particularly high efficiency. The heat output that can be generated by the catalytic converter is correspondingly high.

[0011] Weiterhin ist es von Vorteil, dass bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung auf herkömmliche Flammbrenner einschließlich Zündmittel wie Glühstifte verzichtet werden kann. Durch den vorliegenden Startbrenner können Kraftstoffe verbrannt werden, die an einem Flammbrenner nicht oder nur ungenügend verbrennen, beispielsweise verschiedene Kohlenwasserstoffgemische. Furthermore, it is advantageous that, in an embodiment according to the invention, conventional flame burners including ignition means such as glow plugs can be dispensed with. The present starting burner can burn fuels which do not burn or burn only insufficiently on a flame burner, for example various hydrocarbon mixtures.

[0012] Unter dem Startbrenner ist vorliegend insbesondere ein Startbrenner zum Erwärmen eines Nachbrenners des Brennstoffzellensystems, der wiederum zum Erwärmen eines Reformers des Brennstoffzellensystems bereitgestellt ist, zu verstehen. Bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems, wenn der Nachbrenner noch kalt ist und somit nicht zum Erwärmen des Reformers des Brennstoffzellensystems geeignet ist, kann durch den Startbrenner der Nachbrenner vorgeheizt werden. Demnach kann der Reformer während des Startvorgangs des Brennstoffzellensystems über den Nachbrenner indirekt erwärmt werden. Sobald der Nachbrenner durch den Betrieb des Brennstoffzellensystems auf Betriebstemperatur ist, kann der Startbrenner deaktiviert werden. In the present case, the starting burner is to be understood in particular as a starting burner for heating an afterburner of the fuel cell system, which in turn is provided for heating a reformer of the fuel cell system. In the event of a cold start of the fuel cell system, when the afterburner is still cold and is therefore not suitable for heating the reformer of the fuel cell system, the afterburner can be preheated by the starting burner. Accordingly, the reformer can be heated indirectly via the afterburner during the starting process of the fuel cell system. As soon as the afterburner has reached operating temperature due to the operation of the fuel cell system, the starter burner can be deactivated.

[0013] Aufgrund des verwendeten Katalysators im Startbrenner kann auf zusätzliche Zündmittel, beispielsweise in Form einer Zündkerze, verzichtet werden. Dadurch können entsprechende Kosten gespart werden. Das Heizmittel ist vorzugsweise direkt am Katalysatoreingang oder im Wesentlichen direkt am Katalysatoreingang angeordnet ist. D.h., zwischen dem Katalysatoreingang und dem Heizmittel befinden sich keine weiteren Funktionsbauteile und kein Zwischenraum oder im Wesentlichen kein Zwischenraum. Because of the catalyst used in the starter burner, additional ignition means, for example in the form of a spark plug, can be dispensed with. This can save corresponding costs. The heating means is preferably arranged directly at the catalyst inlet or essentially directly on the catalyst inlet. This means that there are no further functional components and no intermediate space or essentially no intermediate space between the catalyst inlet and the heating means.

[0014] Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass das Heizmittel ein elektrisches Heizmittel aufweist. Ein elektrisches Heizmittel kann besonders platzsparend According to a further development of the present invention, it is possible that the heating means has an electrical heating means. An electrical heating means can be particularly space-saving

bereitgestellt werden. Außerdem ist ein elektrisches Heizmittel einfach aktivierbar sowie einfach deaktivierbar. Das elektrische Heizmittel kann einen Heizwiderstand aufweisen, der elektrische Energie in thermische Energie umwandeln kann. to be provided. In addition, an electrical heating means can easily be activated and deactivated. The electrical heating means can have a heating resistor which can convert electrical energy into thermal energy.

[0015] Besonders günstig ist es, wenn eine dem Katalysatoreingang abgewandte Oberseite des plattenförmigen Heizmittels direkt heizbar ist. Dadurch werden die oben beschriebenen Vorteile weiter verstärkt. It when an upper side of the plate-shaped heating means facing away from the catalyst inlet can be heated directly. This further enhances the advantages described above.

[0016] Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner das Heizmittel eine Aktivierungseinheit aufweist, durch welche ein Heizbetrieb des Heizmittels aktivierbar und deaktivierbar ist. Dadurch kann ein sequentielles Betreiben bzw. Hochfahren des Startbrenners ermöglicht werden. Das Heizmittel kann zunächst so lange zum Heizen bzw. Vorheizen des Betriebsfluidgemisches aktiviert sein, bis im Startbrenner bzw. im Katalysator eine definierte Betriebstemperatur erreicht ist. Sobald die definierte Betriebstemperatur erreicht ist, kann das Heizmittel deaktiviert werden. Dadurch kann der Startbrenner mit den bereits vorstehend genannten Vorteilen besonders energiesparend betrieben werden, wodurch die Effizienz des gesamten Brennstoffzellensystems gesteigert werden kann. It can be of further advantage if, in a starting burner according to the invention, the heating means has an activation unit by which a heating mode of the heating means can be activated and deactivated. This enables sequential operation or start-up of the starting burner. The heating means can initially be activated for heating or preheating the operating fluid mixture until a defined operating temperature has been reached in the starting burner or in the catalytic converter. As soon as the defined operating temperature is reached, the heating means can be deactivated. As a result, the starter burner can be operated in a particularly energy-saving manner with the advantages already mentioned above, whereby the efficiency of the entire fuel cell system can be increased.

[0017] Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner ein Injektor, der zum Einbringen des wenigstens einen zweiten Betriebsfluids in die Mischkammer ausgestaltet ist, stromaufwärts zum Katalysatoreingang in Projektion mittig oder im Wesentlichen mittig zum Heizmittel angeordnet ist. Dadurch kann das zweite Betriebsfluid, welches bevorzugt kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aufweist, möglichst gleichmäßig auf das Heizmittel aufgetragen werden, wodurch das zweite Betriebsfluid bzw. das Betriebsfluidgemisch effizient erhitzt werden kann. Dies führt wiederum zu einer effizienten Verbrennung im Katalysator. Da Brennstoff, beispielsweise in Form des zweiten Betriebsfluids, durch den Injektor direkt in die Mischkammer stromaufwärts des Katalysators eingebracht wird bzw. werden kann, besteht die Möglichkeit, die Brennstoffzufuhr und entsprechend eine Wärmezufuhr durch den Startbrenner schnell zu unterbinden, indem die Brennstoffzufuhr abgestellt wird. Der Injektor ist zum Einbringen des wenigstens einen zweiten Betriebsfluids in die Mischkammer ausgestaltet, beispielsweise als Düse. In addition, it is possible that in a starting burner according to the invention, an injector, which is designed for introducing the at least one second operating fluid into the mixing chamber, is arranged upstream of the catalyst inlet in projection in the center or essentially in the center of the heating means. As a result, the second operating fluid, which preferably comprises hydrocarbon-containing fuel, can be applied as uniformly as possible to the heating means, whereby the second operating fluid or the operating fluid mixture can be heated efficiently. This in turn leads to efficient combustion in the catalytic converter. Since fuel, for example in the form of the second operating fluid, is or can be introduced by the injector directly into the mixing chamber upstream of the catalytic converter, it is possible to quickly cut off the fuel supply and, accordingly, a supply of heat by the starter burner by turning off the fuel supply. The injector is designed for introducing the at least one second operating fluid into the mixing chamber, for example as a nozzle.

[0018] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin möglich, dass der Katalysebereich in einer Durchgangsrichtung vom Katalysatoreingang zum Katalysatorausgang von einer Katalysatorwandung umgeben ist, wobei außerhalb des Katalysators zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung ein Betriebsfluid-Leitabschnitt, zum Zuführen des ersten Betriebsfluids zu dem Katalysatoreingang, ausgestaltet ist. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist somit zum Leiten des ersten Betriebsfluids außerhalb des Katalysators entlang der Katalysatorwandung in Richtung des Katalysatoreingangs ausgestaltet. Dadurch ist es möglich, dass das erste Betriebsfluid, beispielsweise in Form von Luft, entlang der Katalysatorwandung bzw. entlang eines AuBenwandabschnitts der Katalysatorwandung in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet werden kann. Dadurch kann ferner eine vorteilhafte thermische Isolationsschicht gebildet werden, durch welche die Umgebung des Katalysators vor der im Katalysator entstehenden Hitze geschützt werden kann. Darüber hinaus kann die an der Katalysatorwandung entlanggeführte Luft durch den Katalysator erwärmt werden. Diese Wärme wird bei dem erfindungsgemäßen Startbrenner in den Katalysator transportiert. Dies führt zu einer effizienten Verbrennung im Katalysator. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich überraschend herausgestellt, dass das Erwärmen des ersten Betriebsfluids bzw. der Luft durch den Katalysator keinen oder kaum einen negativen Effekt auf die Verbrennung im Katalysator hat. D.h., die Vorteile die daraus resultieren, dass dem Katalysator das erwärmte erste Betriebsfluid zugeführt wird, überwiegen eindeutig den möglichen Nachteilen die daraus resultieren könnten, dass der Katalysator durch das vorbeigeleitete erste Betriebsfluid gekühlt wird. Demnach kann der Betriebsfluid-Leitabschnitt im erfindungsgemäßen Startbrenner die vorstehend erwähnte vorteilhafte Doppelfunktion erfüllen. In the context of the present invention, it is also possible that the catalyst area is surrounded in a passage direction from the catalyst inlet to the catalyst outlet by a catalyst wall, with an operating fluid guide section outside the catalyst, at least in sections along the catalyst wall, for supplying the first operating fluid to the Catalyst inlet, is designed. The operating fluid guide section is thus designed to guide the first operating fluid outside the catalytic converter along the catalytic converter wall in the direction of the catalytic converter inlet. This makes it possible for the first operating fluid, for example in the form of air, to be conducted along the catalytic converter wall or along an outer wall section of the catalytic converter wall in the direction of the catalytic converter inlet. As a result, an advantageous thermal insulation layer can also be formed, by means of which the surroundings of the catalyst can be protected from the heat generated in the catalyst. In addition, the air guided along the catalyst wall can be heated by the catalyst. In the case of the starter burner according to the invention, this heat is transported into the catalyst. This leads to efficient combustion in the catalytic converter. In the context of the present invention it has surprisingly been found that the heating of the first operating fluid or the air by the catalytic converter has little or no negative effect on the combustion in the catalytic converter. That is to say, the advantages that result from the fact that the heated first operating fluid is fed to the catalytic converter clearly outweigh the possible disadvantages that could result from the fact that the catalytic converter is cooled by the first operating fluid that is passed by. Accordingly, the operating fluid guide section in the starting burner according to the invention can fulfill the advantageous dual function mentioned above.

[0019] Bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner ist es weiterhin möglich, dass der Betriebsfluid-Leitabschnitt entlang der Katalysatorwandung eine Leitrichtung für das Betriebsfluid vorgibt, wobei die Leitrichtung zumindest abschnittsweise parallel oder im spitzen Winkel und entgegen-In the case of a starting burner according to the invention, it is also possible that the operating fluid guide section along the catalyst wall specifies a guide direction for the operating fluid, the guide direction at least in sections parallel or at an acute angle and opposite.

gesetzt zur Durchgangsrichtung verläuft. D.h., der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist zum Leiten des ersten Betriebsfluids entlang und/oder neben der Katalysatorwandung und in Richtung des KataIysatoreingangs ausgestaltet. Dies ermöglicht ein effizientes Aufwärmen bzw. Vorheizen des Betriebsfluids bei kompakter Bauweise des Startbrenners, insbesondere in dem Fall, dass die Leitrichtung parallel oder im Wesentlichen parallel zur Durchgangsrichtung verläuft. Der BetriebsfluidLeitabschnitt gibt die Leitrichtung für das erste Betriebsfluid bevorzugt entlang eines Außenwandabschnitts der Katalysatorwandung vor. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist vorzugsweise zumindest von einem Bereich am Katalysatorausgang bis zu einem Bereich am Katalysatoreingang entlang der Katalysatorwandung ausgestaltet. D.h., der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist derart entlang der Katalysatorwandung ausgestaltet, dass das erste Betriebsfluid im Bereich des Katalysatorausgangs an die Katalysatorwandung bzw. einen Außenwandabschnitt der Katalysatorwandung und von dort aus an der Katalysatorwandung entlang oder neben dieser in Richtung des Katalysatoreingangs leitbar ist. Demnach gibt der Betriebsfluid-Leitabschnitt für das erste Betriebsfluid eine Leitrichtung vor, die außerhalb des Katalysators und entlang der Katalysatorwandung entgegengesetzt oder zumindest im Wesentlichen oder teilweise entgegengesetzt zur Durchgangsrichtung, insbesondere von dem Bereich am Katalysatorausgang zu dem Bereich am Katalysatoreingang, verläuft. set to the direction of passage. That is to say, the operating fluid guide section is designed to guide the first operating fluid along and / or next to the catalyst wall and in the direction of the catalyst inlet. This enables efficient warming up or preheating of the operating fluid with a compact design of the starting burner, in particular in the event that the guiding direction runs parallel or essentially parallel to the passage direction. The operating fluid guide section specifies the guide direction for the first operating fluid, preferably along an outer wall section of the catalyst wall. The operating fluid guiding section is preferably designed at least from an area at the catalyst outlet to an area at the catalyst inlet along the catalyst wall. That is, the operating fluid guide section is designed along the catalyst wall in such a way that the first operating fluid can be directed in the area of the catalyst outlet to the catalyst wall or an outer wall section of the catalyst wall and from there along the catalyst wall or next to it in the direction of the catalyst inlet. Accordingly, the operating fluid guide section specifies a guide direction for the first operating fluid, which runs outside the catalyst and along the catalyst wall opposite or at least substantially or partially opposite to the passage direction, in particular from the area at the catalyst outlet to the area at the catalyst inlet.

[0020] Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner die Katalysatorwandung zumindest abschnittsweise in Form eines Hohlzylinders ausgestaltet ist und der Betriebsfluid-Leitabschnitt wenigstens teilweise ringförmig, zumindest abschnittsweise um die Katalysatorwandung herum, ausgestaltet ist. Durch die ringförmige Ausgestaltung des Betriebsfluid-Leitabschnitts um die Katalysatorwandung herum kann, sobald das erste Betriebsfluid durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt geleitet wird, eine Wärmeentwicklung im Katalysator wirkungsvoll von der Umgebung des Katalysators abgeschirmt werden. Außerdem kann durch die ringförmige Ausgestaltung des Betriebsfluid-Leitabschnitts ein großer Kontaktbereich bzw. eine große Kontaktfläche zwischen dem Betriebsfluid-Leitabschnitt und der Katalysatorwandung bereitgestellt werden. Dadurch kann das erste Betriebsfluid über eine entsprechend große Fläche erwärmt werden, wenn es in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet wird. Dadurch ist ein effektives Vorheizen des Betriebsfluids möglich. Der Katalysator und der Betriebsfluid-Leitabschnitt sind sozusagen zumindest abschnittsweise konzentrisch oder im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet. Die Ringform ist im Vorliegenden nicht auf eine kreisrunde Ringform beschränkt. So kann der Betriebsfluid-Leitabschnitt auch elliptisch oder eckig ringförmig um die Katalysatorwandung bzw. zumindest teilweise um die Katalysatorwandung herum ausgestaltet sein. Unter der teilweise ringförmigen Ausgestaltung kann eine U- oder C-förmige Ausgestaltung des Betriebsfluid-Leitabschnitts verstanden werden. It can be of further advantage if, in a starting burner according to the invention, the catalyst wall is at least partially in the form of a hollow cylinder and the operating fluid guide section is at least partially ring-shaped, at least in sections around the catalyst wall. As a result of the annular configuration of the operating fluid guide section around the catalyst wall, as soon as the first operating fluid is passed through the operating fluid guide section, heat generation in the catalyst can be effectively shielded from the surroundings of the catalyst. In addition, the annular configuration of the operating fluid guide section can provide a large contact area or a large contact surface between the operating fluid guide section and the catalyst wall. As a result, the first operating fluid can be heated over a correspondingly large area when it is directed in the direction of the catalyst inlet. This enables the operating fluid to be preheated effectively. The catalytic converter and the operating fluid guide section are, so to speak, arranged at least in sections concentrically or essentially concentrically with one another. In the present case, the ring shape is not limited to a circular ring shape. Thus, the operating fluid guide section can also be configured elliptically or angularly ring-shaped around the catalytic converter wall or at least partially around the catalytic converter wall. The partially annular configuration can be understood to mean a U- or C-shaped configuration of the operating fluid guide section.

[0021] Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, dass bei einem Startbrenner die Mischkammer einen Umlenkabschnitt, zum Umlenken einer Strömungsrichtung des ersten Betriebsfluids von der Leitrichtung in die Durchgangsrichtung, aufweist. Durch den Umlenkabschnitt kann das erste Betriebsfluid in einem Bereich zwischen 150° und 210°, bevorzugt um 180° oder im Wesentlichen um 180°, von der Leitrichtung in die Durchgangsrichtung umgelenkt werden. Durch den Umlenkabschnitt kann das erste Betriebsfluid vorteilhaft in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet werden. Der Umlenkabschnitt weist vorzugsweise einen Kurvenabschnitt bzw. einen sphärischen Abschnitt auf, durch welchen das erste Betriebsfluid möglichst reibungsarm in Richtung des Katalysatoreingangs umlenkbar ist. According to the present invention, it is also possible that, in the case of a starting burner, the mixing chamber has a deflection section for deflecting a flow direction of the first operating fluid from the guiding direction into the passage direction. By means of the deflection section, the first operating fluid can be deflected in a range between 150 ° and 210 °, preferably by 180 ° or essentially by 180 °, from the guide direction into the passage direction. The first operating fluid can advantageously be directed in the direction of the catalyst inlet through the deflection section. The deflection section preferably has a curve section or a spherical section, by means of which the first operating fluid can be deflected in the direction of the catalytic converter inlet with as little friction as possible.

[0022] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem mit einem wie vorstehend im Detail dargestellten Startbrenner zur Verfügung gestellt. Das Brennstoffzellensystem weist einen Nachbrenner und einen Reformer auf, wobei der Nachbrenner zum Erwärmen des Reformers und der Startbrenner zum Erwärmen des Nachbrenners angeordnet und ausgestaltet sind. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Startbrenner beschrieben worden sind. Das Brennstoffzellensystem ist bevorzugt ein SOFC-System (SOFC steht für „solid oxide fuel cell“, bzw. Festoxidbrennstoffzelle). Der Reformer ist bevorzugt zum Reformieren eines Brennstoffgemischs, beispielsweise Methan und Wasser, in ein anderes According to a further aspect of the present invention, a fuel cell system is provided with a starting burner as shown in detail above. The fuel cell system has an afterburner and a reformer, the afterburner being arranged and designed for heating the reformer and the starting burner for heating the afterburner. A fuel cell system according to the invention thus has the same advantages as have been described in detail with reference to the starting burner according to the invention. The fuel cell system is preferably an SOFC system (SOFC stands for “solid oxide fuel cell” or solid oxide fuel cell). The reformer is preferred for reforming one fuel mixture, for example methane and water, into another

Brennstoffgemisch, in diesem Fall Wasserstoff und Kohlendioxid, ausgestaltet. Der reformierte Wasserstoff kann in einem Brennstoffzellenstapel zur Stromerzeugung verwendet werden. Der Nachbrenner ist zum Erwärmen des Reformers mittels Anodenabgas vom Brennstoffzellenstapel ausgestaltet. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass ein Betriebsfluid-Zuführabschnitt, durch welchen dem Betriebsfluid-Leitabschnitt beispielsweise Luft zugeführt wird, zumindest abschnittsweise entlang eines Außenwandabschnitts des Betriebsfluid-Zuführabschnitts angeordnet ist. Dadurch ist es auf platzsparende Weise möglich, dass das zugeführte Betriebsfluid bereits im Betriebsfluid-Zuführabschnitt vorgewärmt wird. AuBerdem kann dadurch ein weiterer thermischer Isolationsabschnitt zur thermischen Abschirmung des Startbrenners geschaffen werden. Zum Erwärmen des Reformers ist der Nachbrenner bevorzugt zumindest abschnittsweise ringförmig um den Reformer herum angeordnet. Fuel mixture, in this case hydrogen and carbon dioxide, designed. The reformed hydrogen can be used in a fuel cell stack to generate electricity. The afterburner is designed to heat the reformer by means of anode exhaust gas from the fuel cell stack. In an advantageous development of the present invention, it is possible that an operating fluid supply section, through which the operating fluid guide section, for example, air is supplied, is arranged at least in sections along an outer wall section of the operating fluid supply section. This makes it possible, in a space-saving manner, for the supplied operating fluid to be preheated as early as in the operating fluid supply section. In addition, a further thermal insulation section for thermal shielding of the starting burner can be created in this way. To heat the reformer, the afterburner is preferably arranged at least in sections in a ring around the reformer.

[0023] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluidgemisches in einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem. Erfindungsgemäß wird das Betriebsfluidgemisch von der Mischkammer auf das Heizmittel und von dort in den Katalysator geleitet. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Startbrenner sowie das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschrieben worden sind. Another aspect of the present invention relates to a method for heating an operating fluid mixture in a fuel cell system as described above. According to the invention, the operating fluid mixture is passed from the mixing chamber to the heating means and from there into the catalyst. A method according to the invention thus also has the same advantages as have been described in detail above with reference to the starting burner according to the invention and the fuel cell system according to the invention.

[0024] Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, dass das erste Betriebsfluid durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt außerhalb des Katalysators zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung, insbesondere über die gesamte Länge der Katalysatorwandung, in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet wird. Dadurch kann das erste Betriebsfluid bereits vor dem Passieren des Heizmittels wirkungsvoll vorgeheizt werden. Hierbei wird das erste Betriebsfluid durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt vorzugsweise außerhalb des Katalysators zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung entgegengesetzt der Durchgangsrichtung zu dem Heizmittel, das sich stromaufwärts des Katalysatoreingangs, insbesondere direkt oder im Wesentlichen direkt am Katalysatoreingang befindet, und anschließend durch das Heizmittel hindurch in den Katalysebereich geleitet. Hierbei ist ein sequentielles Betreiben bzw. Hochfahren des Startbrenners möglich. So kann das Heizmittel zunächst so lange zum Heizen bzw. Vorheizen des Betriebsfluids bzw. der Betriebsfluidmischung aktiviert sein, bis im Startbrenner bzw. im Katalysator eine definierte Betriebstemperatur erreicht ist. Sobald die definierte Betriebstemperatur erreicht ist, kann das Heizmittel deaktiviert werden. In the context of the present invention, it is also possible that the first operating fluid is passed through the operating fluid guide section outside the catalyst at least in sections along the catalyst wall, in particular over the entire length of the catalyst wall, in the direction of the catalyst inlet. As a result, the first operating fluid can be effectively preheated before it even passes through the heating means. Here, the first operating fluid is passed through the operating fluid guide section, preferably outside the catalyst, at least in sections along the catalyst wall opposite the direction of passage to the heating means, which is located upstream of the catalyst inlet, in particular directly or essentially directly at the catalyst inlet, and then through the heating means into the Catalytic area passed. Sequential operation or start-up of the starter burner is possible here. Thus, the heating means can initially be activated for heating or preheating the operating fluid or the operating fluid mixture until a defined operating temperature has been reached in the starting burner or in the catalytic converter. As soon as the defined operating temperature is reached, the heating means can be deactivated.

[0025] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem möglich, dass das Heizmittel mit einem Temperatursensor zum Ermitteln einer Temperatur im Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Nachbrenner des Brennstoffzellensystems, in Kommunikationsverbindung steht, wobei ein Heizbetrieb des Heizmittels abhängig von einer definierten Temperatur, die durch den Temperatursensor im Brennstoffzellensystem bzw. im Nachbrenner ermittelt wird, aktiviert oder deaktiviert wird. Demnach wird das Heizmittel nur dann aktiviert, wenn es erforderlich ist. Dadurch kann der Startbrenner besonders energieeffizient betrieben werden. In a method according to the invention, it is also possible that the heating means is in communication with a temperature sensor for determining a temperature in the fuel cell system, in particular in an afterburner of the fuel cell system, with a heating mode of the heating means depending on a defined temperature that is determined by the Temperature sensor in the fuel cell system or in the afterburner is determined, activated or deactivated. Accordingly, the heating means is only activated when it is required. This enables the starter burner to be operated particularly energy-efficiently.

[0026] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen jeweils schematisch: Further measures improving the invention emerge from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. They each show schematically:

[0027] Figur 1 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Brennstoffzellensystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, FIG. 1 is a block diagram to illustrate a fuel cell system according to an embodiment of the invention,

[0028] Figur 2 eine Zusammenschau mit einem Startbrenner gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einem Reformer und einem Nachbrenner zum Erläutern einer möglichen Funktionsweise des Startbrenners, Figure 2 shows a synopsis with a starting burner according to a first embodiment of the present invention, a reformer and an afterburner to explain a possible mode of operation of the starting burner,

[0029] Figur 3 einen Startbrenner gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Figure 3 shows a starting burner according to the first embodiment of the present invention,

[0030] Figur 4 einen Startbrenner gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und FIG. 4 shows a starting burner according to a second embodiment of the present invention, and

[0031] Figur 5 einen Katalysator mit Fluidführungselementen und einem Heizmittel gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Figure 5 shows a catalyst with fluid guide elements and a heating means according to an embodiment of the invention.

[0032] Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference symbols in FIGS. 1 to 5.

[0033] Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Brennstoffzellensystems 1000 mit einem Startbrenner 100a. Das Brennstoffzellensystem 1000 weist ferner einen Nachbrenner 200 sowie einen Reformer 300 auf. Der Nachbrenner 200 ist zum Erwärmen des Reformers 200 ringförmig um den Reformer 300 herum angeordnet. Der Startbrenner 100a ist zum Erwärmen des Nachbrenners 200 und somit zum indirekten Erwärmen des Reformers 300 angeordnet und ausgestaltet. Demnach befindet sich der Startbrenner 100a stromaufwärts des Nachbrenners 200. Fig. 1 shows a block diagram to illustrate a fuel cell system 1000 with a starting burner 100a. The fuel cell system 1000 also has an afterburner 200 and a reformer 300. The afterburner 200 is arranged in a ring around the reformer 300 for heating the reformer 200. The starting burner 100a is arranged and designed for heating the afterburner 200 and thus for indirect heating of the reformer 300. Accordingly, the start burner 100a is located upstream of the afterburner 200.

[0034] In Fig. 1 sind der Startbrenner 100a und der Nachbrenner 200 getrennt voneinander dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass der Startbrenner 100a als integrale Einheit das Nachbrenners 200 ausgestaltet ist. Dadurch kann das Brennstoffzellensystem 1000 noch kompakter ausgestaltet werden. Das Brennstoffzellensystem 1000 gemäß Fig. 1 ist als SOFC-System ausgestaltet. In Fig. 1, the starting burner 100a and the afterburner 200 are shown separately from one another. In the context of the present invention, it is also possible for the starting burner 100a to be designed as an integral unit of the afterburner 200. As a result, the fuel cell system 1000 can be made even more compact. The fuel cell system 1000 according to FIG. 1 is designed as an SOFC system.

[0035] Stromabwärts des Reformers 300 ist ein Brennstoffzellenstapel 400 mit einem Anodenbereich 410 und einem Kathodenbereich 420 angeordnet. Ein Brennstoffgemisch, das durch den Reformer 300 erzeugt wird, wird zum Anodenbereich 410 geleitet. Anodenabgas wird in den Nachbrenner 200 geleitet, wo mittels einer Verbrennung des Anodenabgases der Reformer 300 erwärmt werden kann. Für die Verbrennung im Nachbrenner 200 weist dieser einen Nachbrennerkatalysator 230 (siehe Fig. 2) in Form eines Oxydationskatalysators auf. Das verbrannte Anodenabgas wird vom Nachbrenner 200 zu einem Wärmetauscher 500 geleitet. Von dort wird das Abgas über einen Verdampfer 600 in die Umgebung des Brennstoffzellensystems 1000 geführt. Uber den Wärmetauscher 500 wird dem Kathodenbereich 420 erwärmte Luft zugeführt. Kathodenabgas wird ebenfalls dem Nachbrenner 200 zugeführt. A fuel cell stack 400 with an anode area 410 and a cathode area 420 is arranged downstream of the reformer 300. A fuel mixture generated by the reformer 300 is directed to the anode area 410. Anode exhaust gas is passed into the afterburner 200, where the reformer 300 can be heated by means of a combustion of the anode exhaust gas. For the combustion in the afterburner 200, this has an afterburner catalytic converter 230 (see FIG. 2) in the form of an oxidation catalytic converter. The burned anode exhaust gas is passed from the afterburner 200 to a heat exchanger 500. From there, the exhaust gas is guided into the surroundings of the fuel cell system 1000 via an evaporator 600. Heated air is supplied to the cathode region 420 via the heat exchanger 500. Cathode exhaust is also fed to afterburner 200.

[0036] Der Startbrenner 100a, der Nachbrenner 200, der Reformer 300 und der Verdampfer 600 befinden sich in dem Brennstoffzellensystem 1000 in einer sogenannten Heiz- bzw. Hotbox 700, in welcher ein kompakter Wärmetransport zwischen den jeweiligen Bauteilen ermöglicht werden kann. Die zusammenhängenden Funktionen von Startbrenner 100a, Nachbrenner 200 und Reformer 300 werden später mit Bezug auf Fig. 2 im Detail beschrieben. The starting burner 100a, the afterburner 200, the reformer 300 and the evaporator 600 are located in the fuel cell system 1000 in a so-called heating or hot box 700, in which a compact heat transfer between the respective components can be made possible. The related functions of the starting burner 100a, afterburner 200 and reformer 300 will be described in detail later with reference to FIG. 2.

[0037] Fig. 2 zeigt eine Zusammenschau mit einem Startbrenner 100a gemäß einer ersten Ausführungsform, der stromaufwärts eines Nachbrenners 200 angeordnet ist, wobei der Nachbrenner 200 ringförmig um einen Reformer 300 angeordnet ist. Der Nachbrenner 200 weist einen Nachbrennereingang 210 und einen Nachbrennerausgang 220 auf. Außerdem weist der Nachbrenner 200 einen Nachbrennerkatalysator 230 auf, der im vorliegenden Fall ringförmig ausgestaltet ist. Der Reformer 300 weist einen Reformereingang 310 und einen Reformerausgang 320 auf. Der Reformer 300 weist ferner einen Reformerkatalysator 330 auf. 2 shows a synopsis with a starting burner 100a according to a first embodiment, which is arranged upstream of an afterburner 200, the afterburner 200 being arranged in a ring around a reformer 300. The afterburner 200 has an afterburner inlet 210 and an afterburner outlet 220. In addition, the afterburner 200 has an afterburner catalytic converter 230, which in the present case is configured in an annular manner. The reformer 300 has a reformer inlet 310 and a reformer outlet 320. The reformer 300 also has a reformer catalytic converter 330.

[0038] Der in Fig. 3 dargestellte Startbrenner 100a weist einen Katalysator 10 auf. Außerdem weist der Startbrenner 100a eine Mischkammer 80 auf, in welcher ein Betriebsfluidgemisch durch Vermischen eines ersten Betriebsfluids F1 mit einem zweiten Betriebsfluid F2 erzeugbar ist. Stromaufwärts des Katalysators 10 und stromabwärts der Mischkammer 80 ist ein aktivierbares und deaktivierbares Heizmittel 40 in Form einer elektrischen Heizplatte mit einer heizbaren Oberfläche zum Erwärmen des Betriebsfluidgemisches angeordnet. The starting burner 100a shown in FIG. 3 has a catalytic converter 10. In addition, the starting burner 100a has a mixing chamber 80, in which an operating fluid mixture can be generated by mixing a first operating fluid F1 with a second operating fluid F2. Arranged upstream of the catalytic converter 10 and downstream of the mixing chamber 80 is an activatable and deactivatable heating means 40 in the form of an electrical heating plate with a heatable surface for heating the operating fluid mixture.

[0039] Der Startbrenner 100a weist ferner einen Injektor 50 auf, der zum Einbringen des zweiten Betriebsfluids F2 in die Mischkammer 80 ausgestaltet ist. Der Injektor 50 ist axial stromaufwärts zum Katalysator 10 in Projektion mittig zum Heizmittel 40 angeordnet. The starting burner 100a also has an injector 50, which is designed to introduce the second operating fluid F2 into the mixing chamber 80. The injector 50 is arranged axially upstream of the catalytic converter 10 in a projection in the center of the heating means 40.

[0040] Bei einem Start des Brennstoffzellensystems 1000 wird über einen Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 das erste Betriebsfluid F1 in Form von Luft in die Mischkammer 80 geführt. Außerdem wird durch den Injektor 50 das zweite Betriebsfluid F2 in Form eines Brennstoffs in die Mischkammer 80 gespritzt. Das Betriebsfluidgemisch wird durch das Heizmittel 40 erwärmt und When the fuel cell system 1000 is started, the first operating fluid F1 is fed into the mixing chamber 80 in the form of air via an operating fluid guide section 20. In addition, the injector 50 injects the second operating fluid F2 in the form of a fuel into the mixing chamber 80. The operating fluid mixture is heated by the heating means 40 and

entsprechend vorgeheizt in den Katalysator 10 weitergeleitet. Dort wird das Betriebsfluidgemisch zumindest teilweise verbrannt. Verbranntes Fluid wird vom Katalysator 10 bzw. vom Startbrenner 100a in den Nachbrenner 200 geleitet. Dort kann es den Reformer 300 erwärmen. appropriately preheated passed into the catalytic converter 10. The operating fluid mixture is at least partially burned there. Burned fluid is passed from the catalytic converter 10 or from the starter burner 100a into the afterburner 200. There it can heat the reformer 300.

[0041] Dem Reformer 300 wird über den Reformereingang 310 ein Brennstoffgemisch vom Verdampfer 600 zugeführt. Mittels des Reformerkatalysators 330 kann das Brennstoffgemisch, wie vorstehend beschrieben, in ein geeignetes Anoden-Zuführgas, beispielsweise Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, umgewandelt werden. Das Anoden-Zuführgas wird dem Anodenbereich 410 des Brennstoffzellenstapels 400 über den Reformerausgang 320 zugeführt. Nach einer chemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel 400 wird dem Nachbrenner 200 über den Nachbrennereingang 210 Anoden-Abgas sowie Kathoden-Abgas zugeführt, welches im Nachbrenner 200 mittels des Nachbrennerkatalysators 230 verbrannt wird. Durch diese Verbrennung kann der Reformer 300 ebenfalls erwärmt werden. Die erhitzten Fluide bzw. Abgase des Brennstoffzellenstapels 400 werden, wie in Fig. 2 dargestellt, zusammen mit dem verbrannten Fluid aus dem Startbrenner 100a in den Nachbrenner 200 geführt. Hierzu ist zwischen dem Startbrenner 100a und dem Nachbrenner 200 ein geeigneter Fluid-Verbindungsabschnitt 800 ausgestaltet. Sobald der Reformer 300 eine definierte Betriebstemperatur erreicht hat, kann der Startbrenner 100a deaktiviert werden, d.h., in den Startbrenner 100a werden in diesem Fall kein Brennstoff und keine Luft mehr eingeleitet. A fuel mixture from the evaporator 600 is fed to the reformer 300 via the reformer inlet 310. By means of the reformer catalyst 330, the fuel mixture can be converted into a suitable anode feed gas, for example hydrogen and carbon monoxide, as described above. The anode feed gas is fed to the anode region 410 of the fuel cell stack 400 via the reformer outlet 320. After a chemical reaction in the fuel cell stack 400, anode exhaust gas and cathode exhaust gas are fed to the afterburner 200 via the afterburner inlet 210 and are burned in the afterburner 200 by means of the afterburner catalytic converter 230. The reformer 300 can also be heated by this combustion. The heated fluids or exhaust gases from the fuel cell stack 400 are, as shown in FIG. 2, passed together with the burned fluid from the starting burner 100a into the afterburner 200. For this purpose, a suitable fluid connection section 800 is configured between the starting burner 100a and the afterburner 200. As soon as the reformer 300 has reached a defined operating temperature, the starting burner 100a can be deactivated, i.e. in this case no more fuel or air is introduced into the starting burner 100a.

[0042] Das Heizmittel 40 steht mit einem Temperatursensor 240, der im Nachbrenner 200 angeordnet ist, in Kommunikationsverbindung. Ein Heizbetrieb des Heizmittels 40 kann deshalb abhängig von einer definierten Temperatur, die durch den Temperatursensor 240 ermittelt wird, aktiviert oder deaktiviert werden. The heating means 40 is in communication with a temperature sensor 240 which is arranged in the afterburner 200. A heating operation of the heating means 40 can therefore be activated or deactivated as a function of a defined temperature which is determined by the temperature sensor 240.

[0043] In Fig. 3 ist ein Startbrenner 100a für das in Fig. 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 1000 gemäß der ersten Ausführungsform im Detail dargestellt. Der Startbrenner 100a weist einen Katalysator 10 mit einem Katalysatoreingang 11 und einem Katalysatorausgang 12 auf, wobei zwischen dem Katalysatoreingang 11 und dem Katalysatorausgang 12 ein Katalysebereich 13 ausgestaltet ist. Der Katalysebereich 13 ist in einer Durchgangsrichtung D vom Katalysatoreingang 11 zum Katalysatorausgang 12 von einer Katalysatorwandung 14 umgeben. In Fig. 3, a starting burner 100a for the fuel cell system 1000 shown in Fig. 1 according to the first embodiment is shown in detail. The starting burner 100a has a catalytic converter 10 with a catalytic converter inlet 11 and a catalytic converter outlet 12, a catalytic converter region 13 being configured between the catalytic converter inlet 11 and the catalytic converter outlet 12. The catalytic region 13 is surrounded by a catalytic converter wall 14 in a passage direction D from the catalytic converter inlet 11 to the catalytic converter outlet 12.

[0044] Der Startbrenner 100a weist ferner einen Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 zum Zuführen eines ersten Betriebsfluids F1, gemäß Fig. 3 in Form von Luft, zu dem Katalysatoreingang 11 auf. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist 20 außerhalb des Katalysators 10 entlang der Katalysatorwandung 14 angeordnet. Genauer gesagt ist der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 unter anderem von einem Bereich am Katalysatorausgang 12 bis zu einem Bereich am Katalysatoreingang 11 entlang der Katalysatorwandung 14 angeordnet und ausgestaltet. The starting burner 100a also has an operating fluid guide section 20 for supplying a first operating fluid F1, according to FIG. 3 in the form of air, to the catalyst inlet 11. The operating fluid guide section 20 is arranged outside the catalytic converter 10 along the catalytic converter wall 14. More precisely, the operating fluid guiding section 20 is arranged and configured, inter alia, from an area at the catalyst outlet 12 to an area at the catalyst inlet 11 along the catalyst wall 14.

[0045] Der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 gibt entlang der Katalysatorwandung 14 eine Leitrichtung R für das Betriebsfluid vor, wobei die Leitrichtung R parallel und entgegengesetzt zur Durchgangsrichtung D verläuft. Die Katalysatorwandung 14 ist in Form eines Hohlzylinders, genauer gesagt in Form eines gestuften Hohlzylinders ausgestaltet. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 ist ringförmig um die Katalysatorwandung 14 herum ausgestaltet. The operating fluid guide section 20 specifies a guide direction R for the operating fluid along the catalyst wall 14, the guide direction R running parallel and opposite to the passage direction D. The catalyst wall 14 is designed in the form of a hollow cylinder, more precisely in the form of a stepped hollow cylinder. The operating fluid guide section 20 is configured in an annular manner around the catalytic converter wall 14.

[0046] Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 abschnittsweise direkt an der Katalysatorwandung 14 angeordnet. Genauer gesagt ist die KataIysatorwandung 14 in der dargestellten Ausführungsform als Trennwand zwischen dem Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 und dem Katalysebereich 13 ausgestaltet. Fig. 3 kann grundsätzlich auch dahingehend verstanden werden, dass ein Außenwandabschnitt der Katalysatorwandung 14 einen Teil des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 bildet. According to the embodiment shown in FIG. 3, the operating fluid guide section 20 is arranged in sections directly on the catalytic converter wall 14. More precisely, in the embodiment shown, the catalytic converter wall 14 is designed as a partition between the operating fluid guide section 20 and the catalytic region 13. In principle, FIG. 3 can also be understood to mean that an outer wall section of the catalytic converter wall 14 forms part of the operating fluid guiding section 20.

[0047] Wie ferner in Fig. 3 dargestellt, ist in einer Betriebsfluid-Strömungsrichtung zwischen einem Endabschnitt des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 und dem Katalysatoreingang 11 ein perforierter Trennabschnitt 60 angeordnet, durch welchen das erste Betriebsfluid F1 vom BetriebsfluidLeitabschnitt 20 in Richtung des Katalysators 10 leitbar ist. Der perforierte Trennabschnitt 60 ist trichterförmig ausgestaltet. Perforiert bedeutet hier, dass der Trennabschnitt 60 mit Ausnehmungen ausgeführt ist, die z.B. regelmäßig in Form von Löchern oder Schlitzen oder anders geartet, As also shown in Fig. 3, a perforated separating section 60 is arranged in an operating fluid flow direction between an end section of the operating fluid guide section 20 and the catalyst inlet 11, through which the first operating fluid F1 can be guided from the operating fluid guide section 20 in the direction of the catalyst 10 is. The perforated separating section 60 is designed in the shape of a funnel. Perforated here means that the separating section 60 is designed with recesses which e.g. regularly in the form of holes or slots or of any other type,

auch in verschiedenen Kombinationen unterschiedlicher Varianten, realisiert sind. also in different combinations of different variants.

[0048] Außerdem ist in Fig. 3 dargestellt, dass der perforierte Trennabschnitt 60 an eine Stirnseite der Katalysatorwandung 14 angrenzt, wobei die Katalysatorwandung 14 in einem Bereich des Katalysatoreingangs 11 einen größeren Querschnitt bzw. einen größeren Querschnittdurchmesser als der Katalysebereich 13 aufweist und sich die Katalysatorwandung 14 von diesem Bereich in Durchgangsrichtung D über einen Teil des Katalysebereichs 13 beabstandet zum Katalysebereich 13 erstreckt. Zwischen einem Innenwandabschnitt der Katalysatorwandung 14 und dem Katalysebereich 13 befindet sich demnach ein Freiraum. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 sowie der perforierte Trennabschnitt 60 sind als monolithischer Bestandteil eines Gehäusekörpers 70 des Startbrenners 100a ausgestaltet. In addition, FIG. 3 shows that the perforated separating section 60 adjoins an end face of the catalyst wall 14, the catalyst wall 14 having a larger cross-section or a larger cross-sectional diameter than the catalyst area 13 in a region of the catalyst inlet 11 and the Catalyst wall 14 extends from this area in the passage direction D over part of the catalytic area 13 at a distance from the catalytic area 13. Accordingly, there is a free space between an inner wall section of the catalytic converter wall 14 and the catalytic converter region 13. The operating fluid guide section 20 and the perforated separating section 60 are designed as a monolithic component of a housing body 70 of the starting burner 100a.

[0049] Der dargestellte Startbrenner 100a weist einen Injektor 50 zum Einspritzen eines zweiten Betriebsfluids F2, vorliegend Methan oder ein methanhaltiges Betriebsfluid, Ethanol oder eine Ethanolmischung in eine Mischkammer 80 des Startbrenners 100a stromaufwärts des Katalysatoreingangs 11 auf. In der Mischkammer 80 kann das erste Betriebsfluid F1 mit dem zweiten Betriebsfluid F2 vermischt werden. Der perforierte Trennabschnitt 60, der die Mischkammer 80 umgibt oder im Wesentlichen umgibt, ist in Form eines Einspritztrichters des zweiten Betriebsfluids F2 bzw. etwas größer als dieser ausgestaltet. Der trichterförmige Trennabschnitt 60 ist koaxial zum Injektor 50 bzw. einer Einspritzdüse des Injektors 50 ausgestaltet. Hierbei sei zu erwähnen, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, an Stelle des ersten Betriebsfluids F1 das zweite Betriebsfluid F2 und an Stelle des zweiten Betriebsfluids F2 das erste Betriebsfluid F1 durch die entsprechenden Leitabschnitte zu führen. The illustrated starting burner 100a has an injector 50 for injecting a second operating fluid F2, in this case methane or a methane-containing operating fluid, ethanol or an ethanol mixture, into a mixing chamber 80 of the starting burner 100a upstream of the catalyst inlet 11. The first operating fluid F1 can be mixed with the second operating fluid F2 in the mixing chamber 80. The perforated separating section 60, which surrounds or substantially surrounds the mixing chamber 80, is designed in the form of an injection funnel for the second operating fluid F2 or somewhat larger than this. The funnel-shaped separating section 60 is designed to be coaxial with the injector 50 or an injection nozzle of the injector 50. It should be mentioned here that within the scope of the present invention it is also possible to guide the second operating fluid F2 instead of the first operating fluid F1 and the first operating fluid F1 instead of the second operating fluid F2 through the corresponding guide sections.

[0050] Die Mischkammer 80 weist einen Umlenkabschnitt 81a zum Umlenken einer Strömungsrichtung des ersten Betriebsfluids F1 von der Leitrichtung R in die Durchgangsrichtung D auf. Der Umlenkabschnitt 81a überlappt sich gemäß Fig. 3 teilweise mit der Mischkammer 80. The mixing chamber 80 has a deflection section 81a for deflecting a flow direction of the first operating fluid F1 from the guiding direction R into the passage direction D. The deflection section 81a partially overlaps with the mixing chamber 80 according to FIG. 3.

[0051] Der Startbrenner 100a gemäß Fig. 3 weist stromaufwärts des Katalysatoreingangs 11 und stromabwärts der Mischkammer 80 ein Heizmittel 40 in Form eines plattenförmigen, elektrischen Heizmittels 40 zum Erwärmen einer Betriebsfluidmischung, die aus dem ersten Betriebsfluid F1 und dem zweiten Betriebsfluid F2 besteht, auf. Das Heizmittel 40 weist, wie der Katalysator 10, einen runden Querschnitt auf und ist direkt am Katalysatoreingang 11 angeordnet. Das Heizmittel 40 ist zum Heizen des Fluidgemisches aktivierbar. Für den Fall, dass das Vorheizen des Fluidgemisches nicht mehr benötigt wird, ist das Heizmittel 40 deaktivierbar. The starting burner 100a according to FIG. 3 has, upstream of the catalyst inlet 11 and downstream of the mixing chamber 80, a heating means 40 in the form of a plate-shaped, electrical heating means 40 for heating an operating fluid mixture consisting of the first operating fluid F1 and the second operating fluid F2 . The heating means 40, like the catalytic converter 10, has a round cross section and is arranged directly at the catalytic converter inlet 11. The heating means 40 can be activated for heating the fluid mixture. In the event that the preheating of the fluid mixture is no longer required, the heating means 40 can be deactivated.

[0052] Das erste Betriebsfluid F1 wird gemäß Fig. 3 durch einen Betriebsfluid-Zuführabschnitt 30 zugeführt, der außerhalb des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 entlang einer Außenwandfläche des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 angeordnet und ausgestaltet ist. The first operating fluid F1 is supplied, as shown in FIG. 3, through an operating fluid supply section 30, which is arranged and configured outside the operating fluid guide section 20 along an outer wall surface of the operating fluid guide section 20.

[0053] In Fig. 4 ist ein Startbrenner 100b gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden anschließend nur Unterscheidungsmerkmale zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben. 4 shows a starting burner 100b according to a second embodiment. The second embodiment corresponds essentially to the first embodiment. In order to avoid repetition, only distinguishing features between the first and the second embodiment are described below.

[0054] Zunächst wurde gemäß der zweiten Ausführungsform auf den perforierten Trennabschnitt 60 verzichtet. Dadurch kann ein Druckverlust verhindert werden, der durch den perforierten Trennabschnitt 60 im Startbrenner 100b bzw. im Brennstoffzellensystem 1000 verursacht werden könnte. Der Umlenkabschnitt 81b dieser Ausführungsform weist einen Kurvenabschnitt bzw. einen sphärischen Abschnitt auf, durch welchen das erste Betriebsfluid F1 besonders reibungsarm in Richtung des Katalysatoreingangs 11 umleitbar und der Startbrenner 100b entsprechend wirkungsvoll betreibbar ist. Der Betriebsfluid-Zuführabschnitt 30 ist beabstandet zum BetriebsfluidLeitabschnitt 20 ausgestaltet. Außerdem ist in Fig. 4 dargestellt, dass innerhalb eines freien Strömungsquerschnitts des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 zwei Fluidführungselemente 15 zur definierten Strömungsbeeinflussung des ersten Betriebsfluids F1 ausgestaltet sind. First of all, according to the second embodiment, the perforated separating section 60 was dispensed with. A pressure loss which could be caused by the perforated separating section 60 in the starting burner 100b or in the fuel cell system 1000 can thereby be prevented. The deflection section 81b of this embodiment has a curve section or a spherical section, through which the first operating fluid F1 can be diverted in the direction of the catalyst inlet 11 with particularly low friction and the starter burner 100b can be operated effectively. The operating fluid supply section 30 is configured at a distance from the operating fluid guide section 20. In addition, FIG. 4 shows that, within a free flow cross section of the operating fluid guide section 20, two fluid guide elements 15 are configured for the defined flow influencing of the first operating fluid F1.

[0055] Durch Figuren 1 bis 4 wird ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluids F1 in einem Brennstoffzellensystem 1000 dargestellt. Bei dem Verfahren wird das Betriebsfluidgemisch von der Mischkammer 80 auf das Heizmittel 40 und von dort in den Katalysator 10 geleitet. Genauer A method for heating an operating fluid F1 in a fuel cell system 1000 is illustrated by FIGS. 1 to 4. In the process, the operating fluid mixture is passed from the mixing chamber 80 to the heating means 40 and from there into the catalytic converter 10. More accurate

gesagt wird das erste Betriebsfluid F1 durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 außerhalb des Katalysators 10 entlang der Katalysatorwandung 14 über die gesamte Länge der Katalysatorwandung 14 in Richtung des Katalysatoreingangs 11 geleitet. Said the first operating fluid F1 is passed through the operating fluid guide section 20 outside the catalytic converter 10 along the catalytic converter wall 14 over the entire length of the catalytic converter wall 14 in the direction of the catalytic converter inlet 11.

[0056] In Fig. 5 ist ein Katalysator 10 mit einem Katalysatoreingang 11, einem Katalysatorausgang 12 und einer Katalysatorwandung 14 dargestellt. Außerdem zeigt Fig. 5 ein Heizmittel 40, das direkt am Katalysatoreingang 11 angeordnet ist. Wie in Fig. 5 weiter zu erkennen ist, sind an der Katalysatorwandung 14 plattenförmige, lineare Fluidführungselemente 15 zur definierten Strömungsbeeinflussung eines ersten Betriebsfluids F1 ausgestaltet. Die Fluidführungselemente 15 sind stoffschlüssig mit der Katalysatorwandung 14 verbunden und stehen von dieser radial hervor. Die Fluidführungselemente 15 erstrecken sich in ihrer Längsrichtung parallel zur Durchgangsrichtung D. Wenn ein solcher Katalysator 10 in einem wie in Fig. 3 oder Fig. 4 dargestellten Startbrenner 100a bzw. 100b verwendet wird, sind die Fluidführungselemente 15 innerhalb eines Strömungsquerschnitts bzw. eines freien Strömungsquerschnitts des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 ausgestaltet. In Fig. 5, a catalyst 10 with a catalyst inlet 11, a catalyst outlet 12 and a catalyst wall 14 is shown. In addition, FIG. 5 shows a heating means 40 which is arranged directly at the catalyst inlet 11. As can also be seen in FIG. 5, plate-shaped, linear fluid guide elements 15 are configured on the catalyst wall 14 for the defined flow influencing of a first operating fluid F1. The fluid guide elements 15 are materially connected to the catalyst wall 14 and protrude radially therefrom. The fluid guide elements 15 extend in their longitudinal direction parallel to the passage direction D. If such a catalyst 10 is used in a starting burner 100a or 100b as shown in FIG. 3 or 4, the fluid guide elements 15 are within a flow cross section or a free flow cross section of the operating fluid guide section 20 configured.

BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST

10 Katalysator 10 catalyst

11 Katalysatoreingang 11 Catalytic converter inlet

12 Katalysatorausgang 12 catalyst outlet

13 Katalysebereich 13 Catalytic area

14 Katalysatorwandung 14 catalyst wall

15 Fluidführungselement 15 fluid guide element

20 Betriebsfluid-Leitabschnitt 30 Betriebsfluid-Zuführabschnitt 40 Heizmittel 20 operating fluid guide section 30 operating fluid supply section 40 heating means

50 Injektor 50 injector

60 perforierter Trennabschnitt 70 Gehäusekörper 60 perforated separation section 70 housing body

80 Mischkammer 80 mixing chamber

81a Umlenkabschnitt 81a deflection section

81b Umlenkabschnitt 81b deflection section

100a Startbrenner 100a starting burner

100b Startbrenner 100b starting burner

200 Nachbrenner 200 afterburner

210 Nachbrennereingang 210 afterburner inlet

220 Nachbrennerausgang 230 Nachbrennerkatalysator 240 Temperatursensor 220 afterburner outlet 230 afterburner catalyst 240 temperature sensor

300 _Reformer 300 _Reformer

310 Reformereingang 310 Reformer entrance

320 Reformerausgang 320 reformer outlet

330 _ Reformerkatalysator 330 _ reformer catalyst

400 Brennstoffzellenstapel 410 Anodenbereich 400 fuel cell stack 410 anode area

420 Kathodenbereich 420 cathode area

500 Wärmetauscher 500 heat exchangers

600 Verdampfer 600 evaporators

700 Heiz- bzw. Hotbox 700 heating or hot box

800 Fluid-Verbindungsabschnitt 1000 Brennstoffzellensystem 800 fluid connection section 1000 fuel cell system

D Durchgangsrichtung D direction of passage

F1 Betriebsfluid F1 operating fluid

F2 zweites Betriebsfluid F2 second operating fluid

R Leitrichtung R direction

Claims (13)

PatentansprücheClaims 1. Startbrenner (100a; 100b) für ein Brennstoffzellensystem (1000), aufweisend einen Katalysator (10) mit einem Katalysatoreingang (11) und einem Katalysatorausgang (12), wobei zwischen dem Katalysatoreingang (11) und dem Katalysatorausgang (12) ein Katalysebereich (13) für eine katalytische Reaktion eines Betriebsfluidgemisches ausgestaltet ist, und eine Mischkammer (80), in welcher das Betriebsfluidgemisch durch Vermischen wenigstens eines ersten Betriebsfluids (F1) mit wenigstens einem zweiten Betriebsfluid (F2) erzeugbar ist, wobei stromaufwärts des Katalysatoreingangs (11) und stromabwärts der Mischkammer (80) ein plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltetes Heizmittel (40) zum Erwärmen des Betriebsfluidgemisches angeordnet ist, 1. Starter burner (100a; 100b) for a fuel cell system (1000), comprising a catalyst (10) with a catalyst inlet (11) and a catalyst outlet (12), a catalyst area (12) between the catalyst inlet (11) and the catalyst outlet (12). 13) is designed for a catalytic reaction of an operating fluid mixture, and a mixing chamber (80) in which the operating fluid mixture can be generated by mixing at least one first operating fluid (F1) with at least one second operating fluid (F2), upstream of the catalyst inlet (11) and a plate-shaped or essentially plate-shaped heating means (40) for heating the operating fluid mixture is arranged downstream of the mixing chamber (80), dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Oberseite des plattenförmigen Heizmittels (40) direkt heizbar ist. characterized in that only one upper side of the plate-shaped heating means (40) can be heated directly. 2. Startbrenner (100a; 100b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmittel (40) ein elektrisches Heizmittel (40) aufweist. 2. starting burner (100a; 100b) according to claim 1, characterized in that the heating means (40) has an electrical heating means (40). 3. Startbrenner (100a; 100b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine dem Katalysatoreingang (11) abgewandte Oberseite des plattenförmigen Heizmittels (40) direkt heizbar ist. 3. starter burner (100a; 100b) according to claim 1 or 2, characterized in that only one of the catalyst inlet (11) facing away from the top of the plate-shaped heating means (40) can be heated directly. 4. Startbrenner (100a; 100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmittel (40) eine Aktivierungseinheit aufweist, durch welche ein Heizbetrieb des Heizmittels (40) aktivierbar und deaktivierbar ist. 4. starting burner (100a; 100b) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heating means (40) has an activation unit by which a heating mode of the heating means (40) can be activated and deactivated. 5. Startbrenner (100a; 100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 5. start burner (100a; 100b) according to one of the preceding claims, characterized in that dass ein Injektor (50), der zum Einbringen des wenigstens einen zweiten Betriebsfluids (F2) in die Mischkammer (80) ausgestaltet ist, stromaufwärts zum Katalysatoreingang (11) in Projektion mittig oder im Wesentlichen mittig zum Heizmittel (40) angeordnet ist. that an injector (50), which is designed for introducing the at least one second operating fluid (F2) into the mixing chamber (80), is arranged upstream of the catalyst inlet (11) in projection in the center or essentially in the center of the heating means (40). 6. Startbrenner (100a; 100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 6. start burner (100a; 100b) according to one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet, characterized, dass der Katalysebereich (13) in einer Durchgangsrichtung (D) vom Katalysatoreingang (11) zum Katalysatorausgang (12) von einer Katalysatorwandung (14) umgeben ist, wobei außerhalb des Katalysators (10) zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung (14) ein Betriebsfluid-Leitabschnitt (20), zum Zuführen des ersten Betriebsfluids (F1) zu dem Katalysatoreingang (11), ausgestaltet ist. that the catalytic converter area (13) is surrounded by a catalytic converter wall (14) in a passage direction (D) from the catalytic converter inlet (11) to the catalytic converter outlet (12), with an operating fluid guide section outside the catalytic converter (10) at least in sections along the catalytic converter wall (14) (20), for supplying the first operating fluid (F1) to the catalyst inlet (11), is configured. 7. Startbrenner (100a; 100b) nach Anspruch 6, 7. start burner (100a; 100b) according to claim 6, dadurch gekennzeichnet, characterized, dass der Betriebsfluid-Leitabschnitt (20) entlang der Katalysatorwandung (14) eine Leitrichtung (R) für das erste Betriebsfluid (F1) vorgibt, wobei die Leitrichtung (R) zumindest abschnittsweise parallel oder im spitzen Winkel und entgegengesetzt zur Durchgangsrichtung (D) verläuft. that the operating fluid guide section (20) along the catalyst wall (14) specifies a guide direction (R) for the first operating fluid (F1), the guide direction (R) running at least in sections parallel or at an acute angle and opposite to the passage direction (D). 8. Startbrenner (100a; 100b) nach Anspruch 6 oder 7, 8. start burner (100a; 100b) according to claim 6 or 7, dadurch gekennzeichnet, characterized, dass die Katalysatorwandung (14) zumindest abschnittsweise in Form eines Hohlzylinders ausgestaltet ist und der Betriebsfluid-Leitabschnitt (20) wenigstens teilweise ringförmig, Zumindest abschnittsweise um die Katalysatorwandung (14) herum, ausgestaltet ist. that the catalyst wall (14) is designed at least in sections in the form of a hollow cylinder and the operating fluid guide section (20) is at least partially ring-shaped, at least in sections around the catalyst wall (14). 9. Startbrenner (100a; 100b) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 9. starting burner (100a; 100b) according to one of claims 7 to 8, characterized in that dass die Mischkammer (80) einen Umlenkabschnitt (81a; 81b), zum Umlenken einer Strömungsrichtung des ersten Betriebsfluids (F1) von der Leitrichtung (R) in die Durchgangsrichtung (D), aufweist. that the mixing chamber (80) has a deflection section (81a; 81b) for deflecting a flow direction of the first operating fluid (F1) from the guiding direction (R) into the passage direction (D). 10. Brennstoffzellensystem (1000) mit einem Startbrenner (100a; 100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Nachbrenner (200) und einen Reformer (300), wobei der Nachbrenner (200) zum Erwärmen des Reformers (300) und der Startbrenner (100a; 100b) zum Erwärmen des Nachbrenners (200) angeordnet und ausgestaltet sind. 10. Fuel cell system (1000) with a starting burner (100a; 100b) according to one of the preceding claims, further comprising an afterburner (200) and a reformer (300), wherein the afterburner (200) for heating the reformer (300) and the starting burner (100a; 100b) are arranged and designed for heating the afterburner (200). 11. Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluidgemisches in einem Brennstoffzellensystem (1000) nach Anspruch 9, wobei das Betriebsfluidgemisch von der Mischkammer (80) auf das Heizmittel (40) und von dort in den Katalysator (10) geleitet wird. 11. The method for heating an operating fluid mixture in a fuel cell system (1000) according to claim 9, wherein the operating fluid mixture is passed from the mixing chamber (80) to the heating means (40) and from there into the catalyst (10). 12. Verfahren nach Anspruch 11, 12. The method according to claim 11, dadurch gekennzeichnet, characterized, dass das Betriebsfluid (F1) durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt (20) außerhalb des Katalysators (10) zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung (14), insbesondere über die gesamte Länge der Katalysatorwandung (14), in Richtung des Katalysatoreingangs (11) geleitet wird. that the operating fluid (F1) is passed through the operating fluid guide section (20) outside the catalytic converter (10) at least in sections along the catalytic converter wall (14), in particular over the entire length of the catalytic converter wall (14), in the direction of the catalytic converter inlet (11). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, 13. The method according to any one of claims 11 to 12, dadurch gekennzeichnet, characterized, dass das Heizmittel (40) mit einem Temperatursensor (240) zum Ermitteln einer Temperatur im Brennstoffzellensystem (1000), insbesondere in einem Nachbrenner (200) des Brennstoffzellensystems (1000), in Kommunikationsverbindung steht, wobei ein Heizbetrieb des Heizmittels (40) abhängig von einer definierten Temperatur, die durch den Temperatursensor (240) im Brennstoffzellensystem (1000) bzw. im Nachbrenner (200) ermittelt wird, aktiviert oder deaktiviert wird. that the heating means (40) is in communication with a temperature sensor (240) for determining a temperature in the fuel cell system (1000), in particular in an afterburner (200) of the fuel cell system (1000), a heating operation of the heating means (40) depending on a defined temperature, which is determined by the temperature sensor (240) in the fuel cell system (1000) or in the afterburner (200), activated or deactivated. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen In addition 3 sheets of drawings
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EP0831055A2 (en) * 1996-09-24 1998-03-25 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Central heating apparatus for a gas generating system
EP0924786A2 (en) * 1997-11-20 1999-06-23 General Motors Corporation Fuel cell system combustor
EP1693916A1 (en) * 2005-02-15 2006-08-23 P 21-Power for the 21st Century GmbH Fuel cell preheater

Patent Citations (3)

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