AT520976B1 - Heat exchanger for a fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) für ein Brennstoffzellensystem (100), insbesondere ein mit einem flüssigen Brennstoff betriebenes SOFC-System, mit mehreren Wärmeübertragungselementen (2), wobei durch den Wärmetauscher (1) thermische Energie zwischen einer Systemabgasleitung (3) und einer Anodenzuführleitung (4) eines Brennstoffzellensystems (100) übertragbar ist, aufweisend einen Verdampfungsbereich (5), einen Überhitzungsbereich (6) und einen Reformierungsbereich (7), welche miteinander strömungsverbunden sind, wobei die Wärmeübertragungselemente (2) zumindest teilweise ein katalytisches Material umfassen, wobei die Wärmeübertragungselemente (2) auf jener Seite, welche von Systemabgas durchströmbar ist, ein katalytisches Material aufweisen. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Wärmetauschers (1) und ein Brennstoffzellensystem (100) mit einem solchen Wärmetauscher (1). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (100), insbesondere eines SOFC-Systems, mit einem solchen Wärmetauscher (1).The invention relates to a heat exchanger (1) for a fuel cell system (100), in particular a SOFC system operated with a liquid fuel, with a plurality of heat transfer elements (2), thermal energy between a system exhaust pipe (3) and a through the heat exchanger (1) Anode supply line (4) of a fuel cell system (100) is transferable, comprising an evaporation area (5), an overheating area (6) and a reforming area (7) which are flow-connected to one another, the heat transfer elements (2) at least partially comprising a catalytic material, wherein the heat transfer elements (2) have a catalytic material on the side through which system exhaust gas can flow. The invention further relates to the use of such a heat exchanger (1) and a fuel cell system (100) with such a heat exchanger (1). The invention further relates to a method for operating a fuel cell system (100), in particular an SOFC system, with such a heat exchanger (1).
Description
WÄRMETAUSCHER FÜR EIN BRENNSTOFFZELLENSYSTEM UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES BRENNSTOFFZELLENSYSTEMS [0001] Die Erfindung betrifft Wärmetauscher für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein mit einem flüssigen Brennstoff betriebenes SOFC-System, mit mehreren Wärmeübertragungselementen, wobei durch den Wärmetauscher thermische Energie zwischen einer Systemabgasleitung und einer Anodenzuführleitung eines Brennstoffzellensystems übertragbar ist, aufweisend einen Verdampfungsbereich, einen Überhitzungsbereich und einen Reformierungsbereich, welche miteinander strömungsverbunden sind, wobei die Wärmeübertragungselemente eines Wärmetauschers der eingangs genannten Art zumindest teilweise ein katalytisches Material umfassen.HEAT EXCHANGER FOR A FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING A FUEL CELL SYSTEM The invention relates to heat exchangers for a fuel cell system, in particular a SOFC system operated with a liquid fuel, with a plurality of heat transfer elements, whereby thermal energy between a fuel supply system and an anode exhaust gas line through the heat exchanger is transferable, comprising an evaporation area, an overheating area and a reforming area, which are flow-connected to one another, the heat transfer elements of a heat exchanger of the type mentioned at least partially comprising a catalytic material.
[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Wärmetauschers.The invention further relates to the use of such a heat exchanger.
[0003] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, insbesondere SOFCSystem, mit einem solchen Wärmetauscher, umfassend einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt.The invention further relates to a fuel cell system, in particular SOFC system, with such a heat exchanger, comprising a fuel cell stack with an anode section and a cathode section.
[0004] Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines SOFC-Systems.The invention further relates to a method for operating a fuel cell system, in particular an SOFC system.
[0005] Wärmetauscher für Brennstoffzellensysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese werden an unterschiedlichen Stellen in einem Brennstoffzellensystem angeordnet, wie beispielsweise in einer Anodenzuführleitung. Über die Anodenzuführleitung wird Brennstoff zu einem Anodenabschnitt des Brennstoffzellensystems geleitet. Bei einer Verwendung eines flüssigen Brennstoffes wie beispielsweise Diesel oder Ethanol muss dieser vorab verdampft und reformiert werden, sodass das für die Reaktion im Brennstoffzellenstapel notwendige Synthesegas oder wasserstoffreiche Gas erzeugt wird. Um die dafür notwendigen Temperaturen erzeugen zu können, ist es bekannt, mehrere Wärmetauscher zu verwenden, durch welche Wärme von Systemabgas auf den Brennstoff übertragen werden kann.[0005] Heat exchangers for fuel cell systems are known from the prior art. These are arranged at different locations in a fuel cell system, such as in an anode supply line. Fuel is conducted via the anode feed line to an anode section of the fuel cell system. If a liquid fuel such as diesel or ethanol is used, it must be evaporated and reformed beforehand so that the synthesis gas or hydrogen-rich gas required for the reaction in the fuel cell stack is generated. In order to be able to generate the temperatures required for this, it is known to use several heat exchangers, by means of which heat from system exhaust gas can be transferred to the fuel.
[0006] Beispielsweise zeigen die DE 102007018264 A1 und die WO 02085777 A2 Wärmetauscher mit einem katalytischen Material.[0006] For example, DE 102007018264 A1 and WO 02085777 A2 show heat exchangers with a catalytic material.
[0007] Insbesondere bei einer Verwendung eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug ist es ein Ziel, die Komponentenanzahl desselben so gering wie möglich zu halten. Folglich wird in aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen versucht, einzelne Komponenten in einer gemeinsamen Komponente zu vereinen.In particular, when using a fuel cell system in a vehicle, it is an aim to keep the number of components of the same as low as possible. Consequently, solutions known from the prior art attempt to combine individual components in a common component.
[0008] Beispielsweise ist es aus der DE°10°2011°088°566°A1 bekannt, einen Reformer eines Brennstoffzellensystems zumindest wärmeübertragend mit einem Heizmantel zu koppeln. Ein derartiger Reformer ist zur Durchführung einer partiellen katalytischen Reaktion ausgebildet, weshalb dieser auch einen Mischraum zur Beimischung von Luft umfasst. Somit wird durch ein solches Brennstoffzellensystem das Ziel, die Komponentenanzahl bei gleichzeitiger Reduzierung einer Komponentengröße und eines effektiven Betriebs des Brennstoffzellensystems zu reduzieren nicht erreicht.For example, it is known from DE ° 10 ° 2011 ° 088 ° 566 ° A1 to couple a reformer of a fuel cell system at least in a heat-transferring manner with a heating jacket. Such a reformer is designed to carry out a partial catalytic reaction, which is why it also includes a mixing space for adding air. Thus, the goal of reducing the number of components while simultaneously reducing a component size and effective operation of the fuel cell system is not achieved by such a fuel cell system.
[0009] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem ein Brennstoffzellensystem mit möglichst wenigen Komponenten effizient betreibbar ist.[0009] This is where the invention comes in. The object of the invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned at the outset, with which a fuel cell system can be operated efficiently with as few components as possible.
[0010] Weiter ist es ein Ziel, eine Verwendung eines solchen Wärmetauschers anzugeben.It is also an aim to specify the use of such a heat exchanger.
[0011] Ferner ist es ein Ziel, ein verbessertes Brennstoffzellensystem anzugeben.[0011] It is also an aim to provide an improved fuel cell system.
[0012] Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem ein Brennstoffzellensystem komponentenarm und effizient betrieben werden kann.Another goal is to provide a method of the type mentioned, with which a fuel cell system can be operated with few components and efficiently.
[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wärmeübertragungsele /15[0013] The object is achieved according to the invention in that the heat transfer element / 15
AT 520 976 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt mente auf jener Seite, welche von Systemabgas durchströmbar ist, ein katalytisches Material aufweisen.AT 520 976 B1 2020-04-15 Austrian patent office elements on the side through which system exhaust gas can flow have a catalytic material.
[0014] Ein damit erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die integrale Ausbildung eines Verdampfers, Überhitzers und Reformers als erfindungsgemäßer Wärmetauscher in Kombination mit dem katalytischen Material nur ein einziges Element notwendig ist, welches die drei genannten Elemente vereint. Darüber hinaus ist es im erfindungsgemäßen Wärmetauscher möglich, flüssigen Brennstoff direkt in diesem zu verarbeiten, ohne dass in der Anodenzuführleitung stromaufwärts davon ein eigener Verdampfer und/oder Wärmetauscher hierfür notwendig ist. Das katalytische Material der Wärmeübertragungselemente erlaubt einen Prozess der Dampfreformierung bei gleichzeitiger Wärmeübertragung von einer warmen auf eine kalte Seite des Wärmetauschers. Ferner ist es durch die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, die Bauraumoptimierung des Wärmetauschers und folglich auch eines Brennstoffzellensystems mit einem solchen Wärmetauscher derart zu optimieren, dass die Flächen für einen Wärmetausch trotzdem noch groß genug sind, um eine Dampfreformierung zu ermöglichen bzw. effizient durchzuführen. Die Dampfreformierung benötigt nämlich einen hohen Wärmeübertrag und folglich eine große Fläche zur Durchführung der chemischen Reaktion. Dies wird durch die Ausbildung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers im Gegensatz zu aus den Stand der Technik bekannten Lösungen ermöglicht.An advantage achieved in this way can be seen in particular in the fact that, through the integral design of an evaporator, superheater and reformer as the heat exchanger according to the invention, in combination with the catalytic material, only a single element is required which combines the three elements mentioned. In addition, it is possible in the heat exchanger according to the invention to process liquid fuel directly in it, without a separate evaporator and / or heat exchanger being necessary for this in the anode feed line upstream thereof. The catalytic material of the heat transfer elements allows a process of steam reforming with simultaneous heat transfer from a warm to a cold side of the heat exchanger. Furthermore, the solution according to the invention makes it possible to optimize the installation space optimization of the heat exchanger and consequently also of a fuel cell system with such a heat exchanger in such a way that the areas for heat exchange are still large enough to enable steam reforming or to be carried out efficiently. Steam reforming requires a high heat transfer and consequently a large area for carrying out the chemical reaction. This is made possible by the design of the heat exchanger according to the invention in contrast to solutions known from the prior art.
[0015] Erfindungsgemäß können alle Bereiche des Wärmetauscher auf einer vom Systemabgas durchströmten Seite katalytisch beschichtet sein oder nur einzelne davon. Günstig ist es, wenn zumindest die Wärmeübertragungselemente des Reformierungsbereiches sowohl auf der Seite, welche vom Brennstoff durchflossen wird, als auch auf der Seite, welche vom Systemabgas durchströmt wird, katalytisch beschichtet ist. Durch das auf der Systemabgasseite der Wärmeübertragungselemente angeordnete katalytische Material ist es zum einem möglich das Systemabgas, welches im Brennstoffzellenstapel noch nicht vollständig verbrannt wurde, im Wärmetauscher vollständig katalytisch nachzuverbrennen und zum anderen wird genügend Wärme erzeugt, wodurch ein Wärmeübergang in weiterer Folge weiter verbessert wird. Durch die mögliche Einsparung des Nachbrenners in einem Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist die Komponentenanzahl weiter reduziert und eine Kompaktheit des Brennstoffzellensystems erhöht. Ein derart ausgebildeter Wärmetauscher umfasst also nicht nur einen Verdampfungsbereich, einen Überhitzungsbereich und einen Reformierungsbereich, sondern auch einen Nachbrennerbereich.According to the invention, all areas of the heat exchanger can be coated catalytically on one side through which the system exhaust gas flows, or only some of them. It is expedient if at least the heat transfer elements of the reforming area are catalytically coated both on the side through which the fuel flows and on the side through which the system exhaust gas flows. The catalytic material arranged on the system exhaust side of the heat transfer elements makes it possible, on the one hand, to completely catalytically burn the system exhaust gas, which has not yet been completely burned in the fuel cell stack, in the heat exchanger, and on the other hand to generate sufficient heat, which further improves heat transfer. Due to the possible saving of the afterburner in a fuel cell system with a heat exchanger according to the invention, the number of components is further reduced and the compactness of the fuel cell system is increased. A heat exchanger designed in this way thus comprises not only an evaporation area, an overheating area and a reforming area, but also an afterburner area.
[0016] Darunter, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher einen Verdampfer, einen Überhitzer sowie einen Reformer umfasst, ist im Rahmen der Erfindung insbesondere zu verstehen, dass diese innerhalb einer gemeinsamen Box angeordnet sind oder eine gemeinsame Hülle umfassen oder durch einen gemeinsamen Mantel nach außen hin abgeschlossen sind. Diese sind in jedem Fall gemeinsam gegenüber einer Umgebung abgeschlossen. Die Wärmeübertragungselemente sind über ein gesamtes Volumen des Wärmetauschers verteilt angeordnet. Darunter, dass der Wärmetauscher in einem Brennstoffzellensystem anordenbar und/oder mit Leitungen desselben strömungsverbindbar ist, ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass dieser zur Anordnung in einem Brennstoffzellensystem sowie zum entsprechenden Wärmetausch ausgebildet ist.The fact that the heat exchanger according to the invention comprises an evaporator, a superheater and a reformer is to be understood in the context of the invention in particular that these are arranged within a common box or comprise a common shell or closed off to the outside by a common jacket are. In any case, these are jointly closed off from one environment. The heat transfer elements are arranged distributed over an entire volume of the heat exchanger. In the context of the invention, the fact that the heat exchanger can be arranged in a fuel cell system and / or can be flow-connected with lines of the same means that it is designed for arrangement in a fuel cell system and for the corresponding heat exchange.
[0017] Vorteilhaft ist es weiter, dass alle im Wärmetauscher durchführbaren Prozesse (Verdampfung, Überhitzung, Reformierung) durch Dampfreformierung (steam reforming) durchführbar sind oder durchgeführt werden. Folglich ist der Wärmetauscher insbesondere frei von einer und/oder ohne Mischkammer ausgebildet. Es ist keine Zuführung von Luft, insbesondere Sauerstoff notwendig. Der Verdampfungsbereich, der Überhitzungsbereich und der Reformierungsbereich des Wärmetauschers sind unmittelbar miteinander fluidisch verbunden. Günstig ist es, wenn jeder der Bereiche mit Ausnahme der Fluidverbindung in sich abgeschlossen ist. Der Wärmetauscher ist vom Brennstoff durchströmbar ausgebildet.It is also advantageous that all processes that can be carried out in the heat exchanger (evaporation, overheating, reforming) can be carried out or are carried out by steam reforming. Consequently, the heat exchanger is in particular free of and / or without a mixing chamber. It is not necessary to add air, especially oxygen. The evaporation area, the overheating area and the reforming area of the heat exchanger are directly fluidly connected to one another. It is favorable if each of the areas with the exception of the fluid connection is self-contained. The fuel can flow through the heat exchanger.
[0018] Unter einem Wärmetauscher wird im Rahmen der Erfindung ein Wärmeübertrager verstanden, welcher grundsätzlich im Gleichstromprinzip, Gegenstromprinzip oder KreuzstromprinIn the context of the invention, a heat exchanger is understood to mean a heat exchanger which is basically based on the cocurrent principle, countercurrent principle or cross-flow principle
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AT 520 976 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt zip betrieben werden kann. Der Wärmetauscher überträgt im Rahmen der Erfindung thermische Energie von einem ersten Fluid, insbesondere Systemabgas, zu einem zweiten Fluid, insbesondere Kraftstoff bzw. Brennstoff, bevorzugt ein Wasser-Brennstoff-Gemisch. Die Fluide können im Rahmen der Erfindung gasförmig oder flüssig oder teilweise gasförmig bzw. teilweise flüssig sein. Bevorzugt ist das zweite Fluid, insbesondere ein wasserhaltige Brennstoff, stromaufwärts des Wärmetauschers flüssig und das Systemabgas gasförmig. Die Anodenzuführleitung bzw. der Brennstoff und die Systemabgasleitung bzw. das Systemabgas sind also wärmeübertragend miteinander gekoppelt.AT 520 976 B1 2020-04-15 Austrian patent office zip can be operated. In the context of the invention, the heat exchanger transfers thermal energy from a first fluid, in particular system exhaust gas, to a second fluid, in particular fuel or fuel, preferably a water-fuel mixture. In the context of the invention, the fluids can be gaseous or liquid or partly gaseous or partly liquid. The second fluid, in particular a water-containing fuel, is preferably liquid upstream of the heat exchanger and the system exhaust gas is gaseous. The anode supply line or the fuel and the system exhaust line or the system exhaust gas are therefore coupled to one another in a heat-transferring manner.
[0019] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmetauscher für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein SOFC-System (SOFC steht für „solid oxide fuel cell“, bzw. Festoxidbrennstoffzelle), zur Verfügung gestellt. Ein derartiges Brennstoffzellensystem wird insbesondere mit flüssigem Brennstoff, besonders bevorzugt mit einem flüssigen Brennstoff-Wasser-Gemisch wie einem Ethanol-Wasser-Gemisch, betrieben. Gleichwohl kann es auch günstig sein, wenn der erfindungsgemäße Wärmetauscher in einer Motoranordnung eines Verbrennungsmotors verwendet bzw. hierfür zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere kann dieser zum Einsatz in einer AGR-Leitung und/oder in einem Abgasstrang bzw. zum Wärmeübertrag zwischen einer AGR-Leitung und einem Abgasstrang zur Verfügung gestellt sein.According to a first aspect of the present invention, a heat exchanger for a fuel cell system, in particular for an SOFC system (SOFC stands for “solid oxide fuel cell” or solid oxide fuel cell), is provided. Such a fuel cell system is operated in particular with liquid fuel, particularly preferably with a liquid fuel-water mixture such as an ethanol-water mixture. Nevertheless, it can also be favorable if the heat exchanger according to the invention is used in a motor arrangement of an internal combustion engine or is made available for this purpose. In particular, this can be provided for use in an EGR line and / or in an exhaust line or for heat transfer between an EGR line and an exhaust line.
[0020] Bei einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher umfassen insbesondere ausschließlich die Wärmeübertragungselemente des Reformierungsbereiches und/oder des Überhitzungsbereiches ein katalytisches Material, sodass eine für einen Reformierungsvorgang notwendige katalytische Reaktion durchführbar ist. Besonders bevorzugt sind die Wärmeübertragungselemente mit einem katalytischen Material beschichtet. Von Vorteil ist es, wenn der Verdampfungsbereich kleiner ausgebildet ist als der Reformierungsbereich, das heißt, der Verdampfungsbereich umfasst auch weniger Wärmeübertragungselemente als der Reformierungsbereich. Bevorzugt ist dessen Volumen auch kleiner als das Volumen des Reformierungsbereiches. Der Verdampfungsbereich ist fluidisch mit dem Überhitzungsbereich verbunden und der Überhitzungsbereich ist fluidisch mit dem Reformierungsbereich verbunden.In the case of a heat exchanger according to the invention, the heat transfer elements of the reforming area and / or of the superheating area in particular comprise a catalytic material, so that a catalytic reaction necessary for a reforming process can be carried out. The heat transfer elements are particularly preferably coated with a catalytic material. It is advantageous if the evaporation area is made smaller than the reforming area, that is to say the evaporation area also comprises fewer heat transfer elements than the reforming area. Its volume is preferably also smaller than the volume of the reforming area. The evaporation area is fluidly connected to the overheating area and the overheating area is fluidly connected to the reforming area.
[0021] Günstig ist es, wenn die Anodenzuführleitung mit dem Verdampfungsbereich strömungsverbunden ist, wobei über die mit einer kalten Seite des Wärmetauschers verbundene Anodenzuführleitung Brennstoff, insbesondere ein Brennstoff-Wasser-Gemisch, zu einem Anodenabschnitt des Brennstoffzellensystems führbar ist. Über einen eine Brennstoffzuführleitung bildenden Teil der Anodenzuführleitung ist flüssiger Brennstoff zum Verdampfungsbereich leitbar, wo dieser in ein Gas umgewandelt wird. Der Brennstoff wird also über die kalte Seite des Wärmetauschers geführt, wobei dieser insbesondere durch eine Wärme von Systemabgas verdampfbar ist. Der Brennstoff strömt in Strömungsrichtung in der Anodenzuführleitung zuerst in den Verdampfungsbereich, anschließend in den Überhitzungsbereich und schließlich in den Reformierungsbereich, bevor dieser stromabwärts des Wärmetauschers in Richtung des Anodenanschnittes leitbar ist.It is expedient if the anode supply line is in fluid communication with the evaporation region, fuel, in particular a fuel / water mixture, being able to be conducted to an anode section of the fuel cell system via the anode supply line connected to a cold side of the heat exchanger. Liquid fuel can be conducted to a part of the anode feed line which forms a fuel feed line and to the evaporation area, where it is converted into a gas. The fuel is therefore conducted over the cold side of the heat exchanger, which can be vaporized in particular by heat from system exhaust gas. The fuel flows in the direction of flow in the anode feed line first into the evaporation area, then into the overheating area and finally into the reforming area before it can be conducted downstream of the heat exchanger in the direction of the anode gate.
[0022] Es ist vorteilhaft, wenn eine Systemabgasleitung zum Zuführen von Systemabgas des Brennstoffzellensystems zum Überhitzungsbereich und/oder zum Reformierungsbereich vorgesehen ist, wobei das insbesondere vollständig verbrannte Systemabgas über die warme Seite des Wärmetauschers führbar ist. Durch warmes bzw. heißes Systemabgas ist insbesondere das katalytische Material des Reformierungsbereiches auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur oder Aktivierungstemperatur bringbar. Durch das katalytische Material sind im Reformierungsbereich des Wärmetauschers chemische Reaktionen zur Umwandlung des Brennstoffes ab etwa 450 °C durchführbar. Die Wärme des Systemabgases wird durch die Wärmeübertragungselemente auf den gasförmigen Brennstoff im Reformierungsbereich übertragen. Da der Reformierungsbereich und/oder der Überhitzungsbereich höhere Temperaturen benötigt als der Verdampfungsbereich ist eine stromabwärtige Strömungsrichtung des Systemabgases insbesondere wie folgt: Reformierungsbereich, Überhitzungsbereich, Verdampfungsbereich. Unter Systemabgas wird im Rahmen der Erfindung insbesondere Anodenabgas sowie Kathodenabgas verstanden. In einem Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wird Anodenabgas stromabwärts eines Brennstoffzellenstapels unter Beimischung vonIt is advantageous if a system exhaust gas line for supplying system exhaust gas of the fuel cell system to the overheating area and / or to the reforming area is provided, wherein the completely exhausted system exhaust gas can be guided over the warm side of the heat exchanger. The catalytic material of the reforming area can in particular be brought to a predetermined operating temperature or activation temperature by means of warm or hot system exhaust gas. The catalytic material enables chemical reactions to convert the fuel from around 450 ° C in the reforming area of the heat exchanger. The heat of the system exhaust gas is transferred through the heat transfer elements to the gaseous fuel in the reforming area. Since the reforming area and / or the overheating area requires higher temperatures than the evaporation area, a downstream flow direction of the system exhaust gas is in particular as follows: reforming area, overheating area, evaporation area. In the context of the invention, system exhaust gas is understood to mean in particular anode exhaust gas and cathode exhaust gas. In a fuel cell system with a heat exchanger according to the invention, anode exhaust gas is downstream of a fuel cell stack with the addition of
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AT 520 976 B1 2020-04-15 österreichisches patentamtAT 520 976 B1 2020-04-15 Austrian patent office
Kathodenabgas (Luft) in einem Nachbrenner insbesondere vollständig verbrannt. Stromabwärts des Nachbrenners wird das Systemabgas dann dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher zugeführt, wobei die Wärme desselben nahezu vollständig für die Prozesse im Wärmetauscher genutzt wird, bevor abgekühltes Systemabgas stromabwärts des Wärmetauschers an die Umgebung abgegeben wird.Cathode exhaust gas (air) in particular burned completely in an afterburner. The system exhaust gas is then fed downstream of the afterburner to the heat exchanger according to the invention, the heat of the same being used almost completely for the processes in the heat exchanger before cooled system exhaust gas is released to the environment downstream of the heat exchanger.
[0023] Grundsätzlich kann es auch günstig sein, wenn über die Systemabgasleitung zum Zuführen von Systemabgas des Brennstoffzellensystems zum Überhitzungsbereich und/oder zum Reformierungsbereich nicht vollständig verbranntes Systemabgas über die warme Seite des Wärmetauschers führbar ist. Das heißt, in einem Brennstoffzellensystem mit dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wird das stromabwärts eines Brennstoffzellenstapels aus Anodenabgas und Kathodenabgas zusammengeführte Systemabgas insbesondere unmittelbar dem Wärmetauscher zugeführt. Es kann also auf einen katalytischen Nachbrenner verzichtet werden. Die Wärmeübertragungselemente weisen also auf jener Seite, welche vom Systemabgas durchströmt wird oder durchströmbar ist, ein katalytisches Material auf oder sind mit einem katalytischen Material beschichtet. Dabei können alle Bereiche des Wärmetauschers auf einer vom Systemabgas durchströmten Seite katalytisch beschichtet sein oder nur einzelne davon. Günstig ist es, wenn zumindest die Wärmeübertragungselemente des Reformierungsbereiches sowohl auf der Seite, welche vom Brennstoff durchflossen wird, als auch auf der Seite, welche vom Systemabgas durchströmt wird, katalytisch beschichtet sind. Durch das auf der Systemabgasseite der Wärmeübertragungselemente angeordnete katalytische Material ist es zum einem möglich das Systemabgas, welches im Brennstoffzellenstapel noch nicht vollständig verbrannt wurde, im Wärmetauscher vollständig katalytisch nachzuverbrennen und zum anderen wird genügend Wärme erzeugt, wodurch ein Wärmeübergang in weiterer Folge weiter verbessert wird. Durch die mögliche Einsparung des Nachbrenners in einem Brennstoffzellensystem mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist die Komponentenanzahl weiter reduziert und eine Kompaktheit des Brennstoffzellensystems erhöht. Ein derart ausgebildeter Wärmetauscher umfasst also nicht nur einen Verdampfungsbereich, einen Überhitzungsbereich und einen Reformierungsbereich, sondern auch einen Nachbrennerbereich.In principle, it can also be advantageous if system exhaust gas which is not completely burned can be passed over the warm side of the heat exchanger via the system exhaust line for supplying system exhaust gas from the fuel cell system to the overheating region and / or to the reforming region. That is to say, in a fuel cell system with the heat exchanger according to the invention, the system exhaust gas which is combined downstream of a fuel cell stack from anode exhaust gas and cathode exhaust gas is in particular fed directly to the heat exchanger. There is therefore no need for a catalytic afterburner. The heat transfer elements therefore have a catalytic material on the side through which the system exhaust gas flows or can be flowed through, or are coated with a catalytic material. All areas of the heat exchanger can be catalytically coated on one side through which the system exhaust gas flows, or only some of them. It is expedient if at least the heat transfer elements of the reforming area are catalytically coated both on the side through which the fuel flows and on the side through which the system exhaust gas flows. The catalytic material arranged on the system exhaust side of the heat transfer elements makes it possible, on the one hand, to completely catalytically burn the system exhaust gas, which has not yet been completely burned in the fuel cell stack, in the heat exchanger, and on the other hand to generate sufficient heat, which further improves heat transfer. Due to the possible saving of the afterburner in a fuel cell system with a heat exchanger according to the invention, the number of components is further reduced and the compactness of the fuel cell system is increased. A heat exchanger designed in this way thus comprises not only an evaporation area, an overheating area and a reforming area, but also an afterburner area.
[0024] Vorteilhaft ist es, wenn der Überhitzungsbereich und der Reformierungsbereich als gemeinsamer Bereich ausgebildet sind. Das soll heißen, dass die Überhitzung und die Reformierung des Brennstoffes in einem Schritt oder zumindest sehr zeitnah nacheinander durchführbar sind. Der Überhitzungsbereich und der Reformierungsbereich sind räumlich nicht voneinander getrennt. Im Gegensatz dazu ist der Verdampfungsbereich derart vom Überhitzungsbereich und/oder Reformierungsbereich getrennt, dass der Brennstoff in Strömungsrichtung zuerst den Verdampfungsbereich passiert und anschließend gasförmig in den Überhitzungsbereich und/oder Reformierungsbereich eintritt. Im Überhitzungsbereich ist der gasförmige Brennstoff auf eine Temperatur von etwa 300 °C bis etwa 400 °C oder mehr durch einen Wärmeübertrag vom Systemabgas erhitzbar und dadurch für eine Reformierung vorkonditionierbar. Durch die Ausbildung des Überhitzungsbereiches und des Reformierungsbereiches als ein gemeinsamer Bereich ist das überhitzte und vorkonditionierte Gas unmittelbar im Reformer verwendbar und reformierbar.[0024] It is advantageous if the overheating area and the reforming area are designed as a common area. This means that the fuel can be overheated and reformed in one step or at least very quickly in succession. The overheating area and the reforming area are not spatially separated. In contrast to this, the evaporation area is separated from the overheating area and / or reforming area in such a way that the fuel first passes the evaporation area in the flow direction and then enters the overheating area and / or reforming area in gaseous form. In the overheating area, the gaseous fuel can be heated to a temperature of approximately 300 ° C. to approximately 400 ° C. or more by heat transfer from the system exhaust gas and can therefore be preconditioned for reforming. By designing the overheating area and the reforming area as a common area, the overheated and preconditioned gas can be used and reformed directly in the reformer.
[0025] Im Rahmen der Erfindung kann der Wärmetauscher beliebig, beispielsweise als Rohrbündelwärmetauscher, ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist dieser jedoch als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Dabei sind also die Wärmeübertragungselemente als Platten oder Plattenbündel ausgebildet, wobei die Platten oder Plattenbündel des Reformierungsbereiches ein katalytisches Material umfassen oder mit einem katalytischen Material beschichtet sind. Ein als Plattenwärmetauscher ausgebildeter Wärmetauscher ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Platten mit einer geringen Dicke von im Bereich von etwa 1 mm bis 2 mm, insbesondere etwa 1,2 mm bis 1,5 mm, besonders bevorzugt etwa 1,3 mm, ausgebildet sind. Durch die dünne Wanddicke sowie eine große Fläche der Platten (im Bereich von etwa 200 mm mal 80 mm) ist ein großer Wärmeübertrag ermöglicht. Der Verdampfungsbereich kann beispielsweise etwa 24 Platten umfassen, wohingegen ein gemeinsamer Bereich für die Überhitzung und Reformierung etwa 30 Platten umfassen kann, wobei diese zumindest teilweise katalytischIn the context of the invention, the heat exchanger can be designed as desired, for example as a tube bundle heat exchanger. However, this is expediently designed as a plate heat exchanger. The heat transfer elements are thus designed as plates or bundles of plates, the plates or bundles of plates of the reforming area comprising a catalytic material or being coated with a catalytic material. A heat exchanger designed as a plate heat exchanger is particularly advantageous if the plates have a small thickness in the range from approximately 1 mm to 2 mm, in particular approximately 1.2 mm to 1.5 mm, particularly preferably approximately 1.3 mm . Due to the thin wall thickness and a large area of the plates (in the range of approximately 200 mm by 80 mm), a large heat transfer is possible. The evaporation area can comprise, for example, approximately 24 plates, whereas a common area for overheating and reforming can comprise approximately 30 plates, these being at least partially catalytic
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AT 520 976 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt beschichtet sind oder ein katalytisches Material umfassen. Grundsätzlich können jedoch auch mehr oder weniger Platten vorgesehen sein. Eine Anzahl der Platten ist abhängig von einem vorgegebenen Bauraum und/oder Anforderungen an einen Druckverlust. Die Platten des plattenförmig ausgebildeten Wärmetauschers sind derart kraftschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden, dass jeweils in aufeinanderfolgenden Zwischenräumen zwischen einzelnen Platten einmal der Brennstoff und danach das Systemabgas fließt oder geführt ist. Die Platten sind mit Vorteil jeweils mit einem Profil bzw. profiliert ausgebildet, sodass eine Fläche für den Wärmeübertrag weiter erhöht ist. Dabei ist es günstig, wenn die Platten, welche im Reformierungsbereich angeordnet sind, mit einem katalytischen Material beschichtet sind. Es ist jeweils eine Seite der Platten katalytisch beschichtet, wobei die beschichtete Seite zweier aufeinander folgender Platten zueinander ausgerichtet ist, sodass der gasförmige und überhitzte Brennstoff zwischen diesen Platten fließt und reformiert wird. Grundsätzlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass nur jeweils jede zweite Platte katalytisch beschichtet ist. Die Platten des Plattenwärmetauschers können auch zumindest teilweise beidseitig beschichtet sein, sodass auch jene Bereiche, in welchen das Systemabgas fließt, zur katalytischen Reformierung ausgebildet sind. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Systemabgas unmittelbar stromabwärts eines Brennstoffzellenstapels dem Wärmetauscher über die Systemabgasleitung zugeführt wird, ohne vorher in einem Nachbrenner vollständig verbrannt zu werden. Ein derartiger Wärmetauscher übernimmt dann die Funktion eines Nachbrenners bzw. enthält auch diese Komponente.AT 520 976 B1 2020-04-15 Austrian patent office are coated or comprise a catalytic material. In principle, however, more or fewer plates can also be provided. A number of the plates depends on a given installation space and / or pressure loss requirements. The plates of the plate-shaped heat exchanger are connected to one another in a force-locking or material-locking manner in such a way that in each case the fuel flows and then the system exhaust gas flows in successive gaps between individual plates. The plates are advantageously each formed with a profile or profiled, so that an area for heat transfer is further increased. It is advantageous if the plates, which are arranged in the reforming area, are coated with a catalytic material. One side of each of the plates is coated catalytically, the coated side of two successive plates being aligned with one another, so that the gaseous and superheated fuel flows between these plates and is reformed. In principle, however, it can also be provided that only every second plate is coated catalytically. The plates of the plate heat exchanger can also be coated at least partially on both sides, so that even those areas in which the system exhaust gas flows are designed for catalytic reforming. This is particularly advantageous if the system exhaust gas is fed directly downstream of a fuel cell stack to the heat exchanger via the system exhaust gas line without being completely burned in an afterburner. Such a heat exchanger then takes on the function of an afterburner or also contains this component.
[0026] Von Vorteil ist es, wenn die katalytische Beschichtung als katalytisches Gewebe oder katalytisch beschichtetes, insbesondere metallisches, Gitter ausgebildet ist. Besonders günstig ist es, wenn die Wärmeübertragungselemente des Reformierungsbereichs mit dem katalytischen Gewebe oder dem katalytisch beschichteten Gitter beschichtet sind. Die katalytische Beschichtung ist dazu ausgebildet, den verdampften und gegebenenfalls überhitzten Brennstoff zu reformieren. Sind der Reformierungsbereich und der Überhitzungsbereich integral ausgebildet, wird der verdampfte Brennstoff annähernd gleichzeitig überhitzt und reformiert. Die Reformierung erfolgt mit Vorteil durch Dampfreformierung ohne Zuführung von Luft oder Dampf. Insbesondere ist bei einer Verwendung eines wasserhaltigen Brennstoffes wie einem EthanolWasser-Gemisch keine eigene Zuführung von (Wasser-)Dampf notwendig. Die für die Dampfreformierung benötigte Menge an Dampf ist bereits durch den verdampften Brennstoff selbst zur Verfügung gestellt. Insbesondere kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die katalytische Beschichtung als katalytisch beschichtetes metallisches Gitter ausgebildet ist. Dieses wird zwischen zwei plattenförmige Wärmeübertragungselemente eingelegt, wonach diese insbesondere kraftschlüssig derart miteinander verbunden werden, dass die jeweils zueinander angeordneten Seiten der Platten mit dem Gitter beschichtet sind. Zwischen diesen beiden Platten wird dann der zu reformierende Brennstoff geführt. Der Vorteil einer Verwendung eines katalytisch beschichteten metallischen Gitters ist, dass dieses eine niedrige thermische Masse aufweist und folglich in einer kurzen Zeit auf die vorbestimmte, zur Aktivierung der katalytischen Reaktionen notwendige Temperatur erwärmbar ist. Ist alternativ oder zusätzlich auch eine katalytische Beschichtung auf jener Seite der Wärmeübertragungselemente vorgesehen, welche vom Systemabgas umströmt wird, ist diese entsprechend wie oben beschrieben ausgebildet.It is advantageous if the catalytic coating is designed as a catalytic fabric or a catalytically coated, in particular metallic, grid. It is particularly expedient if the heat transfer elements of the reforming area are coated with the catalytic fabric or the catalytically coated grid. The catalytic coating is designed to reform the vaporized and possibly overheated fuel. If the reforming area and the overheating area are integrally formed, the vaporized fuel is overheated and reformed approximately simultaneously. The reforming is advantageously carried out by steam reforming without the addition of air or steam. In particular, if a water-containing fuel such as an ethanol-water mixture is used, no separate supply of (water) steam is necessary. The amount of steam required for steam reforming is already provided by the vaporized fuel itself. In particular, it can be provided within the scope of the invention that the catalytic coating is designed as a catalytically coated metallic grid. This is inserted between two plate-shaped heat transfer elements, after which they are connected to one another in particular in a force-locking manner in such a way that the sides of the plates which are arranged in relation to one another are coated with the grid. The fuel to be reformed is then passed between these two plates. The advantage of using a catalytically coated metallic grid is that it has a low thermal mass and consequently can be heated to the predetermined temperature required to activate the catalytic reactions in a short time. If, as an alternative or in addition, a catalytic coating is also provided on that side of the heat transfer elements around which the system exhaust gas flows, this is designed accordingly as described above.
[0027] Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Reformierungsbereich zur Durchführung einer Dampfreformierung ausgebildet und angeordnet ist. Es erfolgt also eine endotherme Reaktion. Die dafür notwendige Energie ist erfindungsgemäß über das Systemabgas, welches wärmeübertragend mit dem Reformierungsbereich gekoppelt ist, bereitgestellt.It is particularly expedient if the reforming area is designed and arranged to carry out steam reforming. So there is an endothermic reaction. According to the invention, the energy required for this is provided via the system exhaust gas, which is coupled to the reforming area for heat transfer.
[0028] Darüber hinaus kann es jedoch auch günstig sein, wenn eine Zuführleitung von Luft zum Verdampfungsbereich oder Überhitzungsbereich vorgesehen ist. Insbesondere ist Luft stromaufwärts des Verdampfungsbereiches mit dem Brennstoff vermischbar. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Brennstoff und die Luft getrennt voneinander dem Verdampfungsbereich des Wärmetauschers zugeführt werden. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Luft stromabwärts des Verdampfungsbereiches dem Überhitzungsbereich zugeführt wird. Unter LuftIn addition, however, it can also be advantageous if a supply line of air to the evaporation area or superheating area is provided. In particular, air upstream of the evaporation area can be mixed with the fuel. Alternatively, it can also be provided that the fuel and the air are fed separately to the evaporation area of the heat exchanger. It may also be advantageous if the air is fed to the superheating area downstream of the evaporation area. In the air
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AT 520 976 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt wird im Rahmen der Erfindung ein sauerstoffhaltiges Fluid, insbesondere ein sauerstoffhaltiges Gas, besonders bevorzugt Umgebungsluft, verstanden. Dadurch ist es möglich, optional neben oder alternativ zur Dampfreformierung eine katalytische partielle Oxidation durchzuführen. Dies ist insbesondere in einer Startphase des Brennstoffzellensystems vorteilhaft, in welcher ein Brennstoffzellenstapel noch kalt ist und erwärmt werden muss. Durch die Zuführung von Luft bei, insbesondere ausschließlich, einer Startphase des Brennstoffzellensystems ist somit der Brennstoffzellenstapel durch katalytische partielle Oxidation aufwärmbar. Hat dieser eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wird die Zuführung der Luft, insbesondere durch ein Ventil wieder ausgeschalten. Darüber hinaus wird durch die Luftzufuhr bei einer Startphase des Brennstoffzellensystems, in welcher der erfindungsgemäße Wärmetauscher anordenbar ist, eine Rußbildung im Wärmetauscher, insbesondere im Überhitzungsbereich verhindert oder zumindest stark reduziert. Es wurde nämlich herausgefunden, dass die Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Fluides zum Verdampfungsvorgang des Wasser-Brennstoff-Gemisches Rußbildung bei einer, insbesondere ausschließlichen, Startphase eines Brennstoffzellensystems verhindert oder zumindest stark reduziert. Da die Rußbildung insbesondere erst bei einer Überhitzung des WasserBrennstoff-Gemisches, beispielsweise ab 200 °C, insbesondere ab 300 °C oder mehr, stattfindet, wird die Luft bevorzugt erst stromabwärts des Verdampfungsbereiches dem Wärmetauscher zugeführt.AT 520 976 B1 2020-04-15 Austrian patent office is understood in the context of the invention to be an oxygen-containing fluid, in particular an oxygen-containing gas, particularly preferably ambient air. This makes it possible, optionally in addition to or as an alternative to steam reforming, to carry out a catalytic partial oxidation. This is particularly advantageous in a starting phase of the fuel cell system, in which a fuel cell stack is still cold and has to be heated. By supplying air during, in particular exclusively, a starting phase of the fuel cell system, the fuel cell stack can thus be warmed up by catalytic partial oxidation. When this has reached a predetermined temperature, the supply of air is switched off again, in particular by means of a valve. In addition, the air supply prevents or at least greatly reduces soot formation in the heat exchanger, in particular in the overheating area, during a starting phase of the fuel cell system in which the heat exchanger according to the invention can be arranged. It has been found that the supply of an oxygen-containing fluid to the evaporation process of the water-fuel mixture prevents or at least greatly reduces soot formation during an, in particular exclusive, starting phase of a fuel cell system. Since the formation of soot occurs in particular only when the water / fuel mixture overheats, for example from 200 ° C., in particular from 300 ° C. or more, the air is preferably only fed to the heat exchanger downstream of the evaporation area.
[0029] Zweckmäßig ist es, wenn eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen ist. Das heißt, der Wärmetauscher umfasst eine elektrische Heizeinrichtung. Grundsätzlich kann die Heizeinrichtung jedoch auch nicht-elektrisch sein. Diese ist insbesondere zum Erwärmen des Brennstoffes bzw. Brennstoff-Wasser-Gemisches ausgebildet, besonders bevorzugt ist die Heizeinrichtung ausschließlich zum Erwärmen, Verdampfen und/oder Reformieren des Brennstoffes bzw. Brennstoff-Wasser-Gemisches bei einer Aufwärmphase des Brennstoffzellensystems ausgebildet und angeordnet. Bei einer Startphase oder Aufwärmphase des Brennstoffzellensystems ist noch kein oder nicht genügend bzw. nicht genügend warmes Systemabgas vorahnden, um die benötigte Wärme auf den Wärmetauscher zu übertragen. Bei einem Aufheizbetrieb kann die elektrische Heizeinrichtung zum Beispiel für einen Zeitraum von etwa 2 min bis 10 min in Betrieb sein. Günstig ist es, wenn die Heizeinrichtung in einem Schnitt durch den Wärmetauscher zwischen dem Verdampfungsbereich und dem Reformierungsbereich und/oder Überhitzungsbereich angeordnet ist. Die elektrische Unterstützung zur Verdampfung und Reformierung kann zwar grundsätzlich in einer externen Komponente durchgeführt werden, jedoch ist eine Integration dieser Funktion aus Platzgründen anzustreben. Sobald das Brennstoffzellensystem eine Betriebstemperatur erreicht hat, wird die Heizeinrichtung wieder ausgeschalten.It is expedient if an electrical heating device is provided. This means that the heat exchanger comprises an electrical heating device. In principle, however, the heating device can also be non-electrical. This is especially designed for heating the fuel or fuel-water mixture, particularly preferably the heating device is designed and arranged exclusively for heating, evaporating and / or reforming the fuel or fuel-water mixture during a warm-up phase of the fuel cell system. During a start-up phase or a warm-up phase of the fuel cell system, there is still no or not enough or not enough warm system exhaust gas to transfer the required heat to the heat exchanger. In the case of a heating operation, the electrical heating device can be in operation for a period of approximately 2 minutes to 10 minutes, for example. It is advantageous if the heating device is arranged in a section through the heat exchanger between the evaporation area and the reforming area and / or overheating area. Electrical support for evaporation and reforming can in principle be carried out in an external component, but integration of this function is desirable for reasons of space. As soon as the fuel cell system has reached an operating temperature, the heating device is switched off again.
[0030] Eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers erfolgt mit Vorteil zum Verdampfen, Überhitzen und Reformieren eines flüssigen Brennstoffes in einem SOFC-System.A heat exchanger according to the invention is advantageously used for evaporating, overheating and reforming a liquid fuel in a SOFC system.
[0031] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem mit einem wie vorstehend im Detail dargestellten Wärmetauscher zur Verfügung gestellt. Das Brennstoffzellensystem weist ferner einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt sowie einen Startbrenner, einen Nachbrenner und zumindest einen weiteren Wärmetauscher auf. Günstig ist es weiter, wenn das Brennstoffzellensystem mehrere Ventile zur Steuerung diverser Leitungen und ein Gebläse zum Fördern der Kathodenzuführluft zum Kathodenabschnitt aufweist. Der zumindest eine weitere Wärmetauscher ist mit einer kalten Seite in einer Kathodenzuführleitung stromabwärts des Gebläses angeordnet, um die Luft, welche dem Kathodenabschnitt zugeführt wird, auf eine dafür entsprechend notwendige Temperatur zu erhöhen. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem wird insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet.According to a further aspect of the present invention, a fuel cell system with a heat exchanger as shown in detail above is provided. The fuel cell system furthermore has a fuel cell stack with an anode section and a cathode section as well as a starting burner, an afterburner and at least one further heat exchanger. It is also expedient if the fuel cell system has a plurality of valves for controlling various lines and a blower for conveying the cathode supply air to the cathode section. The at least one further heat exchanger is arranged with a cold side in a cathode supply line downstream of the fan in order to raise the air which is supplied to the cathode section to a temperature which is correspondingly necessary for this. The fuel cell system according to the invention is used in particular in a motor vehicle.
[0032] Das weitere Ziel wird erreicht, wenn ein Verfahren der eingangs genannten Art folgende Schritte umfasst:The further goal is achieved if a method of the type mentioned at the beginning comprises the following steps:
[0033] - Leiten eines flüssigen Brennstoffes, insbesondere eines flüssigen Brennstoff-WasserGemisches in Richtung eines in einer Anodenzuführleitung angeordneten erfindungsgemäßen Wärmetauschers,Directing a liquid fuel, in particular a liquid fuel-water mixture, in the direction of a heat exchanger according to the invention arranged in an anode supply line,
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- Verdampfen, Überhitzen und Reformieren des Brennstoffes im Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher über, insbesondere vollständig verbranntes, Systemabgas erwärmt wird, wobei Wärme vom in einer Systemabgasleitung geführten Systemabgas auf den Brennstoff übertragen wird, wobei Systemabgas über katalytisches Material aufweisende Wärmeübertragungselemente geführt wird,Evaporation, overheating and reforming of the fuel in the heat exchanger, the heat exchanger being heated via, in particular completely burned, system exhaust gas, heat being transferred from the system exhaust gas carried in a system exhaust gas line to the fuel, system exhaust gas being conducted via heat transfer elements comprising catalytic material,
- Zuführen des verdampften, überhitzten und reformierten Brennstoffs zu einem Anodenabschnitt des Brennstoffzellensystems.- Feeding the vaporized, superheated and reformed fuel to an anode section of the fuel cell system.
[0034] Ein damit erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens der Brennstoff effizient und in einer einzigen Komponente verdampft, überhitzt und vollständig reformiert wird, sodass dieser in weiterer Folge als Synthesegas zum Brennstoffzellenstapel, genauer gesagt zum Anodenabschnitt geleitet werden kann. Als reformierter Brennstoff ist im Rahmen der Erfindung im Brennstoffzellenstapel verwendbares Synthesegas zu verstehen. Durch den Wärmeübertrag vom Systemabgas auf einen Verdampfungsbereich, Überhitzungsbereich und Reformierungsbereich wird die gesamte Abwärme des Systemabgases zum Erwärmen einer einzigen Komponente genutzt. Vorteilhaft wird die Wärme des Systemabgases in folgender Reihenfolge zur Durchführung der im Wärmetauscher stattfindenden Prozesse übertragen: Überhitzen und/oder Reformieren des verdampften Brennstoffes oder verdampften Wasser-Brennstoff-Gemisches und Verdampfen des Brennstoffes oder Wasser-Brennstoff-Gemisches.An advantage achieved in this way can be seen in particular in the fact that the fuel is evaporated efficiently and in a single component, overheated and completely reformed by the steps of the method according to the invention, so that it subsequently becomes synthesis gas for the fuel cell stack, more precisely for the anode section can be directed. In the context of the invention, a reformed fuel is to be understood as synthesis gas that can be used in the fuel cell stack. Due to the heat transfer from the system exhaust gas to an evaporation area, overheating area and reforming area, the entire waste heat of the system exhaust gas is used to heat a single component. The heat of the system exhaust gas is advantageously transferred in the following order to carry out the processes taking place in the heat exchanger: overheating and / or reforming of the vaporized fuel or vaporized water-fuel mixture and vaporization of the fuel or water-fuel mixture.
[0035] Die übrigen mit der Funktionsweise des Wärmetauschers verbundenen Vorteile und Funktionen sind die gleichen wie sie vorstehend ausführlich mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher sowie das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschrieben worden sind.The other advantages and functions associated with the functioning of the heat exchanger are the same as those described in detail above with reference to the heat exchanger according to the invention and the fuel cell system according to the invention.
[0036] Dabei ist es weiter von Vorteil, wenn der Brennstoff im Wärmetauscher dampfreformiert wird, wobei der Wärmetauscher ein katalytisches Material umfasst. Insbesondere ist also keine Luftzufuhr notwendig oder vorgesehen. Besonders bevorzugt werden Wärmeleitelemente, beispielsweise Platten, mit einem katalytischen Material beschichtet.It is further advantageous if the fuel is steam-reformed in the heat exchanger, the heat exchanger comprising a catalytic material. In particular, no air supply is necessary or provided. Thermally conductive elements, for example plates, are particularly preferably coated with a catalytic material.
[0037] Grundsätzlich kann der Wärmetauscher im Gleichstromprinzip oder im Kreuzstromprinzip vom Brennstoff und vom Systemabgas durchströmt werden. Ein besonders effizienter Wärmeübertrag vom Systemabgas auf den Brennstoff wird jedoch erreicht, wenn der Wärmetauscher vom Brennstoff und vom Systemabgas im Gegenstromprinzip durchströmt wird. Der Brennstoff bzw. verdampfte oder überhitzte Brennstoff wird also in dem jeweiligen Bereich des Wärmetauschers entgegengesetzt am Systemabgas vorbeigeströmt, wobei Wärme vom Systemabgas auf den (verdampften und überhitzten) Brennstoff und/oder das katalytische Material des Reformierungsbereiches übertragen wird.Basically, the heat and the system exhaust gas can flow through the heat exchanger in the direct current principle or in the cross flow principle. A particularly efficient heat transfer from the system exhaust gas to the fuel is achieved, however, if the fuel and system exhaust gas flow through the heat exchanger in the counterflow principle. The fuel or vaporized or overheated fuel is therefore flowed past the system exhaust gas in the opposite area of the heat exchanger, heat being transferred from the system exhaust gas to the (vaporized and overheated) fuel and / or the catalytic material of the reforming area.
[0038] Von Vorteil ist es, wenn ein Verdampfungsbereich des Wärmetauschers stromabwärts eines Reformierungsbereiches des Wärmetauschers vom Systemabgas durchströmt wird, wobei der Reformierungsbereich stromaufwärts eines Überhitzungsbereiches des Wärmetauschers vom Systemabgas durchströmt wird. Bei dieser Anordnung der Elemente bzw. Reihenfolge wie diese durchströmt werden, wird Wärme besonders effizient übertragen. Das heißt, die notwendigen und vorbestimmten Temperaturen, welche für die jeweiligen Prozesse (Verdampfung, Überhitzung, Reformierung) erforderlich sind, werden in einer kurzen Zeitdauer erreicht.It is advantageous if the evaporation area of the heat exchanger flows through downstream of a reforming area of the heat exchanger from the system exhaust gas, wherein the reforming area flows through upstream of an overheating area of the heat exchanger from the system exhaust gas. With this arrangement of the elements or the order in which they flow through, heat is transferred particularly efficiently. This means that the necessary and predetermined temperatures which are required for the respective processes (evaporation, overheating, reforming) are reached in a short period of time.
[0039] Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Verdampfungsbereich des Wärmetauschers stromaufwärts eines Überhitzungsbereiches des Wärmetauschers vom Brennstoff durchströmt wird, wobei ein Reformierungsbereich des Wärmetauschers stromabwärts des Überhitzungsbereiches vom Brennstoff durchströmt wird, um die Wärmeübertragung weiter zu optimieren.It is particularly advantageous if the fuel flows through an evaporation region of the heat exchanger upstream of an overheating region of the heat exchanger, wherein the fuel flows through a reforming region of the heat exchanger downstream of the overheating region in order to further optimize the heat transfer.
[0040] Zweckmäßig ist es, wenn Luft über eine Kathodenzuführleitung zu einem Kathodenabschnitt des Brennstoffzellensystems geleitet wird. Unter Luft wird im Rahmen der Erfindung insbesondere Umgebungsluft verstanden, wenngleich Luft auch aus einem größeren Teil von Sauerstoff oder reinem Sauerstoff bestehen kann. Stromabwärts des Brennstoffzellenstapels werden Anodenabgas und Kathodenabgas zum Systemabgas vermischt, durch welches dieIt is expedient if air is passed via a cathode supply line to a cathode section of the fuel cell system. In the context of the invention, air is understood to mean, in particular, ambient air, although air can also consist of a larger part of oxygen or pure oxygen. Downstream of the fuel cell stack, anode exhaust gas and cathode exhaust gas are mixed to form the system exhaust gas, through which the
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AT 520 976 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt notwendige Wärme für den Verdampfungsprozess, Überhitzungsprozess und Reformierungsprozess zur Verfügung gestellt wird.AT 520 976 B1 2020-04-15 Austrian patent office the necessary heat for the evaporation process, overheating process and reforming process is provided.
[0041] Weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:Further advantages, features and effects result from the exemplary embodiments shown below. In the drawings, to which reference is made, show:
[0042] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher;1 shows a heat exchanger according to the invention;
[0043] Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;[0043] FIG. 2 is a block diagram to show a fuel cell system according to the invention in accordance with an embodiment of the invention;
[0044] Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.3 shows a block diagram to illustrate a further fuel cell system according to the invention in accordance with an embodiment according to the invention.
[0045] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher 1. Dieser umfasst mehrere Wärmeübertragungselemente 2, einen Verdampfungsbereich 5, einen Überhitzungsbereich 6 und einen Reformierungsbereich 7. Weiter weist der als Plattenwärmetauscher ausgebildete Wärmetauscher 1 eine kalte Seite 8 und eine warme Seite 9 auf. Der Wärmetauscher 1 ist mit seiner kalten Seite 8 in einer Anodenzuführleitung 4 anordenbar und über eine Systemabgasleitung 3 ist Wärme von Systemabgas auf einen in der Anodenzuführleitung 4 geführten wässrigen Brennstoff übertragbar. Der Wärmetauscher 1 ist als Plattenwärmetauscher ausgebildet und umfasst mehrere plattenförmige Wärmeübertragungselemente 2, welche teilweise ein katalytisches Material umfassen. Sowohl der Verdampfungsbereich 5, als auch der Überhitzungsbereich 6 und der Reformierungsbereich 7 umfassen Wärmeübertragungselement 2, wobei diese Bereiche miteinander strömungsverbunden sind. Der Wärmetauscher 1 ist dazu ausgebildet, ein Brennstoff-Wasser-Gemisch schrittweise zu verdampfen, zu überhitzen und zu reformieren, wobei die dafür notwendige thermische Energie vom Systemabgas übertragen wird. Da der Wärmetauscher 1 durch die integrale Ausbildung der oben angeführten drei Bereiche kompakt ausbildbar ist, wird in weiterer Folge auch eine Größe eines gesamten Brennstoffzellensystems 100 reduziert. Der Wärmetauscher 1 kann grundsätzlich zur Wärmeübertragung im Gleichstromprinzip, Gegenstromprinzip oder Kreuzstromprinzip ausgebildet sein. Dabei ist eine Fließrichtung des Brennstoffes in der Anodenzuführleitung 4 immer dieselbe: in Strömungsrichtung des Brennstoffes zuerst in den Verdampfungsbereich 5, dann in den Überhitzungsbereich 6 und schließlich in den Reformierungsbereich 7. Der in Fig. 1 gezeigte Wärmetauscher 1 wird im Gegenstromprinzip betrieben. Soll dieser im Gleichstromprinzip oder Kreuzstromprinzip betrieben werden, wird folglich eine Führung der Systemabgasleitung 3 bzw. eine Durchströmreihenfolge der Bereiche vom Systemabgas entsprechend angepasst.1 shows a heat exchanger 1 according to the invention. This comprises a plurality of heat transfer elements 2, an evaporation area 5, an overheating area 6 and a reforming area 7. Furthermore, the heat exchanger 1 designed as a plate heat exchanger has a cold side 8 and a warm side 9. The cold side 8 of the heat exchanger 1 can be arranged in an anode supply line 4, and heat from system exhaust gas can be transferred to an aqueous fuel carried in the anode supply line 4 via a system exhaust gas line 3. The heat exchanger 1 is designed as a plate heat exchanger and comprises a plurality of plate-shaped heat transfer elements 2, some of which comprise a catalytic material. Both the evaporation area 5, the overheating area 6 and the reforming area 7 comprise heat transfer element 2, these areas being connected to one another in terms of flow. The heat exchanger 1 is designed to gradually evaporate, overheat and reform a fuel-water mixture, the thermal energy required for this being transmitted by the system exhaust gas. Since the heat exchanger 1 can be made compact due to the integral design of the three areas mentioned above, the size of an entire fuel cell system 100 is subsequently reduced. The heat exchanger 1 can in principle be designed for heat transfer in the cocurrent principle, countercurrent principle or cross-flow principle. The direction of flow of the fuel in the anode supply line 4 is always the same: in the direction of flow of the fuel first into the evaporation area 5, then into the overheating area 6 and finally into the reforming area 7. The heat exchanger 1 shown in FIG. 1 is operated in the counterflow principle. If this is to be operated according to the direct current principle or the cross-flow principle, a routing of the system exhaust gas line 3 or a flow sequence of the areas of the system exhaust gas is accordingly adapted.
[0046] In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems (100) gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Neben dem Wärmetauscher 1 umfasst dieses weiter einen Brennstoffzellenstapel 120 mit einem Anodenabschnitt 110 und einem Kathodenabschnitt 130. Darüber hinaus sind ein Startbrenner 140, ein Nachbrenner 150, ein weiterer Wärmetauscher 160 sowie eine Brennstoffquelle 170 und eine Luftquelle 180 vorgesehen. Die genannten Elemente sind über eine Anodenzuführleitung 4, eine Kathodenzuführleitung 12 und eine Systemabgasleitung 3 miteinander verbunden. Zur Schaltung dieser Leitungen 3, 4, 12 sind verschiedene Ventile 13 vorgesehen. Zum Zuführen von Luft zum Kathodenabschnitt 130 ist ein Kathodengebläse 200 vorgesehen, welches in der Kathodenzuführleitung 12 in Strömungsrichtung der Luft stromabwärts der Luftquelle 180 und stromaufwärts des weiteren Wärmetauschers 160 angeordnet ist. Der weitere Wärmetauscher 160 ist mit dessen kalten Seite in der Kathodenzuführleitung 12 angeordnet und zum Erwärmen der Luft, welche dem Kathodenabschnitt 130 zugeführt wird, ausgebildet. Eine warme Seite des weiteren Wärmetauschers 160 wird stromaufwärts des Wärmetauschers 1 vom Systemabgas durchströmt.2 shows a block diagram to illustrate a fuel cell system (100) according to the invention in accordance with an embodiment according to the invention. In addition to the heat exchanger 1, this further comprises a fuel cell stack 120 with an anode section 110 and a cathode section 130. In addition, a start burner 140, an afterburner 150, a further heat exchanger 160 and a fuel source 170 and an air source 180 are provided. The elements mentioned are connected to one another via an anode supply line 4, a cathode supply line 12 and a system exhaust gas line 3. Various valves 13 are provided for switching these lines 3, 4, 12. To supply air to the cathode section 130, a cathode fan 200 is provided, which is arranged in the cathode supply line 12 in the flow direction of the air downstream of the air source 180 and upstream of the further heat exchanger 160. The further heat exchanger 160 is arranged with its cold side in the cathode supply line 12 and is designed to heat the air which is supplied to the cathode section 130. A warm side of the further heat exchanger 160 is flowed through by the system exhaust gas upstream of the heat exchanger 1.
[0047] Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100, wobei der Wärmetauscher 1 im Gegenstromprinzip durchströmt wird.3 shows a preferred embodiment of the fuel cell system 100, wherein the heat exchanger 1 is flowed through in the counterflow principle.
[0048] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems[0048] In a method according to the invention for operating a fuel cell system
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100 gemäß Fig. 3 wird im regulären Betrieb ein flüssiges Wasser-Brennstoff-Gemisch von der Brennstoffquelle 170 durch die Brennstoffpumpe 210 und ein Ventil 13a in offener Stellung in der Anodenzuführleitung 4 in Richtung des Wärmetauschers 1 geführt. Im Wärmetauscher 1 wird das Wasser-Brennstoff-Gemisch in einem ersten Schritt im Verdampfungsbereich 5 vollständig verdampft, wobei dieses bei einem Austritt aus dem Verdampfungsbereich 5 eine Temperatur von über 100 °C, bevorzugt über 110 °C, insbesondere von etwa 120 °C aufweist. In einem zweiten wird die Temperatur des nun gasförmigen Wasser-Brennstoff-Gemisches Schritt im Überhitzungsbereich 6 auf etwa 200 °C oder 300 °C und in einem dritten Schritt im Reformierungsbereich 7 vollständig reformiert. Im Überhitzungsbereich 6 wird das gasförmige Wasser-Brennstoff-Gemisch also zur Verwendung im Reformierungsbereich vorkonditioniert. Die für diese Prozesse im Wärmetauscher 1 notwendige thermische Energie wird über die Wärmeübertragungselemente 2 mittels des Systemabgases in der Systemabgasleitung 3 übertragen. Das nun als Synthesegas vorliegende Wasser-Brennstoff-Gemisch wird stromabwärts des Wärmetauschers 1 in der Anodenzuführleitung 4 zum Brennstoffzellenstapel 120, genauer gesagt zum Anodenabschnitt 110, geführt.100 in accordance with FIG. 3, a liquid water-fuel mixture is guided from the fuel source 170 through the fuel pump 210 and a valve 13a in the open position in the anode supply line 4 in the direction of the heat exchanger 1 in regular operation. In the heat exchanger 1, the water-fuel mixture is completely evaporated in the evaporation area 5 in a first step, this having a temperature of over 100 ° C., preferably over 110 ° C., in particular about 120 ° C., when it emerges from the evaporation area 5 . In a second step, the temperature of the now gaseous water-fuel mixture step in the overheating area 6 is completely reformed to approximately 200 ° C. or 300 ° C. and in a third step in the reforming area 7. In the overheating area 6, the gaseous water-fuel mixture is thus preconditioned for use in the reforming area. The thermal energy required for these processes in the heat exchanger 1 is transferred via the heat transfer elements 2 by means of the system exhaust gas in the system exhaust gas line 3. The water-fuel mixture now present as synthesis gas is conducted downstream of the heat exchanger 1 in the anode supply line 4 to the fuel cell stack 120, more precisely to the anode section 110.
[0049] Stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 120 werden das Anodenabgas und das Kathodenabgas zum Systemabgas zusammengeführt, wobei das Anodenabgas unter Beimischung des Kathodenabgases in einem katalytischen Nachbrenner 150 verbrannt wird. Stromabwärts des Nachbrenners 150 wird das nun zur Gänze verbrannte Systemabgas in der Systemabgasleitung 3 in Richtung des weiteren Wärmetauschers 160 geführt. Über den weiteren Wärmetauscher 160 wird thermische Energie vom Systemabgas zur Luft übertragen, welche in der Kathodenzuführleitung dem Kathodenabschnitt 130 zugeführt wird. Stromabwärts des weiteren Wärmetauschers 160 ist der Wärmetauscher 1 angeordnet, welchem das Systemabgas zugeführt wird. Der Wärmetauscher 1 wird gemäß Fig. 3 im Gegenstromprinzip durchströmt, weshalb zuerst Wärme auf den Reformierungsbereich 7 übertragen wird. Gemäß Fig. 3 sind der Reformierungsbereich 7 und der Überhitzungsbereich 6 im Wesentlichen als ein gemeinsamer Bereich ausgebildet. Das heißt, die beiden Schritte der Überhitzung und der Reformierung im Wärmetauscher 1 erfolgen im Wesentlichen zeitgleich oder mit einem sehr kurzen zeitlichen Abstand zueinander. Stromabwärts des Reformierungsbereiches 7 bzw. Überhitzungsbereiches 6 wird das Systemabgas dem damit strömungsverbundenen Verdampfungsbereich 5 zugeführt. Die restliche Wärme des Systemabgases wird also zum Verdampfen des Wasser-BrennstoffGemisches genutzt. Das nun ausgekühlte Systemabgas wird stromabwärts des Wärmetauschers 1 in die Umgebung 220 abgeführt.Downstream of the fuel cell stack 120, the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas are combined to form the system exhaust gas, the anode exhaust gas being burned in a catalytic afterburner 150 with admixture of the cathode exhaust gas. Downstream of the afterburner 150, the now completely burned system exhaust gas is conducted in the system exhaust line 3 in the direction of the further heat exchanger 160. Via the further heat exchanger 160, thermal energy is transferred from the system exhaust gas to the air, which is supplied to the cathode section 130 in the cathode supply line. The heat exchanger 1, to which the system exhaust gas is fed, is arranged downstream of the further heat exchanger 160. The heat exchanger 1 is flowed through according to FIG. 3 in the counterflow principle, which is why heat is first transferred to the reforming area 7. 3, the reforming area 7 and the overheating area 6 are essentially designed as a common area. This means that the two steps of overheating and reforming in the heat exchanger 1 take place essentially simultaneously or with a very short time interval from one another. Downstream of the reforming area 7 or overheating area 6, the system exhaust gas is fed to the evaporation area 5 connected to the flow. The remaining heat from the system exhaust gas is used to evaporate the water-fuel mixture. The now cooled system exhaust gas is discharged downstream of the heat exchanger 1 into the environment 220.
[0050] Vor dem oben beschriebenen regulären Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 muss dieses und/oder die darin angeordneten Elemente in der Regel auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt werden. Hierfür umfasst das Brennstoffzellensystem 100 einen Startbrenner 140. Dieser ist einer Teilleitung 14 des Brennstoffzellensystems 100 angeordnet. Über zwei Teilabschnitte 14a, 14b der Teilleitung 14 werden dem Startbrenner 140 Brennstoff von der Brennstoffquelle 170 und Luft von der Luftquelle 180 zugeführt. Der erste Teilabschnitt 14a trennt sich stromabwärts der Brennstoffquelle 170 von der Anodenzuführleitung 4 ab, wobei im ersten Teilabschnitt ein Ventil 13b angeordnet ist. Der zweite Teilabschnitt 14b trennt sich stromabwärts der Luftquelle 180 von der Kathodenzuführleitung 12 ab, wobei der erste Teilabschnitt 14a und der zweite Teilabschnitt 14b stromaufwärts des Startbrenners 140 zusammengeführt werden. Im Startbrenner 140 wird der Brennstoff folglich unter Zuführung von Luft zu einem heißen Gas verbrannt. Das Gas wird stromabwärts des Startbrenners 140 bei einer Aufwärmphase des Brennstoffzellensystems 100 in Strömungsrichtung zuerst dem weiteren Wärmetauscher 160 und dann dem Wärmetauscher 1 zugeführt, wobei die Wärme des Gases auf diese übertragen wird. Sobald das Brennstoffzellensystem 100 bzw. die einzelnen Elemente desselben die vorbestimmte Betriebstemperatur erreicht haben, erfolgt der Wärmeübertag auf die Wärmetauscher 1, 160 wie oben beschrieben über das Systemabgas.Before the regular operation of the fuel cell system 100 described above, this and / or the elements arranged therein must generally be heated to a predetermined temperature. For this purpose, the fuel cell system 100 comprises a start burner 140. This is arranged in a partial line 14 of the fuel cell system 100. Fuel from the fuel source 170 and air from the air source 180 are fed to the starting burner 140 via two subsections 14a, 14b of the sub-line 14. The first section 14a separates from the anode supply line 4 downstream of the fuel source 170, a valve 13b being arranged in the first section. The second section 14b separates from the cathode supply line 12 downstream of the air source 180, the first section 14a and the second section 14b being brought together upstream of the starting burner 140. In the start burner 140, the fuel is consequently burned while supplying air to a hot gas. The gas is fed downstream of the start burner 140 during a warm-up phase of the fuel cell system 100 in the flow direction first to the further heat exchanger 160 and then to the heat exchanger 1, the heat of the gas being transferred to the latter. As soon as the fuel cell system 100 or the individual elements thereof have reached the predetermined operating temperature, the heat transfer to the heat exchangers 1, 160 takes place via the system exhaust gas, as described above.
[0051] Ferner ist es günstig, wenn eine Zuführleitung 10 von Luft zum Verdampfungsbereich 5 oder Überhitzungsbereich 6 vorgesehen ist. Gemäß Fig. 2 und 3 ist über die Zuführleitung 10 Luft oder ein sauerstoffhaltiges Fluid zum Verdampfungsbereich 5 zuführbar, um bei einemFurthermore, it is advantageous if a supply line 10 of air to the evaporation area 5 or overheating area 6 is provided. According to FIGS. 2 and 3, air or an oxygen-containing fluid can be supplied to the evaporation region 5 via the supply line 10 in order to be able to
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Aufheizbetrieb des Brennstoffzellensystems 100 den Brennstoffzellenstapel 120 über eine katalytische partielle Oxidation aufzuwärmen. Sobald das Brennstoffzellensystem 100 eine Betriebstemperatur erreicht hat, kann die Luftzufuhr über ein nicht dargestelltes Ventil eingestellt werden.Heating operation of the fuel cell system 100 to heat the fuel cell stack 120 via a catalytic partial oxidation. As soon as the fuel cell system 100 has reached an operating temperature, the air supply can be adjusted via a valve, not shown.
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