AT521650B1

AT521650B1 - Fuel cell system and method of operating the same

Info

Publication number: AT521650B1
Application number: ATA50717/2018A
Authority: AT
Inventors: Ing Thomas Krauss Dipl; Bernd Reiter Bsc; Ing Jörg Mathé Dipl; Planitzer Stefan; Dipl Ing Michael (Fh) Reissig; Vincent Lawlor Dr; Dominic Leipold Bsc; Eng Julian Makinson B; Seewald Jeanette
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2020-09-15
Also published as: CN112514123A; BR112021000687A2; DE112019004208A5; AT521650A1; WO2020037347A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (100), aufweisend zumindest einen Brennstoffzellenstapel (1) mit einem Anodenabschnitt (2) und einem Kathodenabschnitt (3), einen Anodenzuführabschnitt (5) zum Zuführen von reformiertem Anodenzuführgas von einem Reformer (4) zu dem Anodenabschnitt (2), den Reformer (4) zum Reformieren von Reformerzuführgas, einen Reformerzuführabschnitt (14) zum Zuführen des Reformerzuführgases zu dem Reformer (4), einen Anodenrückführabschnitt (6) zum Rückführen von Anodenabgas zur Wiederverwendung im Anodenabschnitt (2), einen Wärmetauscher (8) mit einem ersten Fluidleitabschnitt (9) zum Leiten des Anodenabgases und einem zweiten Fluidleitabschnitt (10) zum Leiten des Reformerzuführgases, wobei der erste Fluidleitabschnitt (9) und der zweite Fluidleitabschnitt (10) innerhalb des Wärmetauschers (8) zumindest abschnittsweise für eine Wärmeübertragung zwischen dem Anodenabgas und dem Reformerzuführgas miteinander in wärmeübertragender Verbindung stehen, und einen Gebläseabschnitt (24) stromabwärts des ersten Fluidleitabschnitts (9) und stromaufwärts des zweiten Fluidleitabschnitts (10) mit einem darin angeordneten Rückführgebläse (11) zum Führen des Anodenabgases von dem ersten Fluidleitabschnitt (9) über den Gebläseabschnitt (24) zum zweiten Fluidleitabschnitt (10), einen Kühlfluidleitabschnitt (25) zum Zuführen eines Kühlfluids in den Gebläseabschnitt (24) stromaufwärts des Rückführgebläses (11) zum Kühlen des Anodenabgases im Gebläseabschnitt (24) stromaufwärts des Rückführgebläses (11), eine Brennstoffquelle (13), die stromaufwärts des Wärmetauschers (8) angeordnet ist, und einen in den Wärmetauscher (8) integrierten Verdampfer (12) zum Verdampfen von Brennstoff von der Brennstoffquelle (13). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Brennstoffzellensystems (100) sowie ein Kraftfahrzeug (1000) mit dem Brennstoffzellensystem (100).The present invention relates to a fuel cell system (100) having at least one fuel cell stack (1) with an anode section (2) and a cathode section (3), an anode feed section (5) for feeding reformed anode feed gas from a reformer (4) to the anode section ( 2), the reformer (4) for reforming reformer feed gas, a reformer feed section (14) for feeding the reformer feed gas to the reformer (4), an anode return section (6) for returning anode exhaust gas for reuse in the anode section (2), a heat exchanger (8 ) with a first fluid conducting section (9) for conducting the anode exhaust gas and a second fluid conducting section (10) for conducting the reformer feed gas, the first fluid conducting section (9) and the second fluid conducting section (10) within the heat exchanger (8) at least in sections for heat transfer between the anode exhaust gas and the reformer feed gas with one another in heat-transferring connection ung stand, and a fan section (24) downstream of the first fluid guide section (9) and upstream of the second fluid guide section (10) with a return fan (11) arranged therein for guiding the anode exhaust gas from the first fluid guide section (9) via the fan section (24) to second fluid guide section (10), a cooling fluid guide section (25) for supplying a cooling fluid into the fan section (24) upstream of the recirculation fan (11) for cooling the anode exhaust gas in the fan section (24) upstream of the recirculation fan (11), a fuel source (13) which is arranged upstream of the heat exchanger (8), and an evaporator (12) integrated into the heat exchanger (8) for evaporating fuel from the fuel source (13). The invention also relates to a method for operating the fuel cell system (100) and a motor vehicle (1000) with the fuel cell system (100).

Description

description

BRENNSTOFFZELLENSYSTEM UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN DESSELBEN FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein SOFCSystem für den mobilen Einsatz. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem. The present invention relates to a fuel cell system, in particular an SOFC system for mobile use. The invention also relates to a method for operating a fuel cell system and a motor vehicle with such a fuel cell system.

[0002] Gattungsgemäße Brennstoffzellensysteme weisen einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt zur elektrischen Stromerzeugung auf. Bei gattungsgemäßen Brennstoffzellensystemen ist eine Anodenabgasrückführung zur Wiederverwendung von Anodenabgas im Anodenabschnitt bekannt. Hierzu wird in einem Rückführkreislauf des Brennstoffzellensystems ein Rückführgebläse angeordnet, mittels welchem Anodenabgas von einem Anodenausgang zurück in Richtung eines Anodeneingangs des Anodenabschnitts gefördert werden kann. [0002] Generic fuel cell systems have a fuel cell stack with an anode section and a cathode section for generating electrical power. In fuel cell systems of the generic type, an anode exhaust gas recirculation system for reusing anode exhaust gas in the anode section is known. For this purpose, a return fan is arranged in a return circuit of the fuel cell system, by means of which anode exhaust gas can be conveyed from an anode outlet back in the direction of an anode inlet of the anode section.

[0003] Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2017/037197 A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Anodenabgasrückführung bekannt. Gemäß dem dort gezeigten Brennstoffzellensystem wird Anodenabgas aus dem Anodenausgang über ein Rückführgebläse oder eine Pumpe zurück in Richtung des Anodeneingangs des Anodenabschnitts gefördert. Anodenabgas hat bei derartigen Brennstoffzellensystemen eine Temperatur von ca. 500°C. Das stromabwärts des Anodenabschnitts angeordnete Rückführgebläse oder eine entsprechende Pumpe müssen deshalb hochwertige, entsprechend hitzebeständige Komponenten aufweisen. Die verwendeten Rückführgebläse oder Pumpen sind deshalb relativ teuer. From the international patent application WO 2017/037197 A1 a fuel cell system with an anode exhaust gas recirculation is known. According to the fuel cell system shown there, anode exhaust gas is conveyed back from the anode outlet via a return fan or a pump in the direction of the anode inlet of the anode section. In such fuel cell systems, anode exhaust gas has a temperature of approx. 500 ° C. The return fan or a corresponding pump arranged downstream of the anode section must therefore have high-quality, correspondingly heat-resistant components. The return fans or pumps used are therefore relatively expensive.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen, wobei ein Rückführgebläse mit einem möglichst geringen Wärmeschutz und deshalb entsprechend kostengünstig verwendet werden kann. [0004] The object of the present invention is to at least partially take into account the problems described above. In particular, it is the object of the present invention to create a fuel cell system and a method for operating the same, it being possible to use a return fan with the lowest possible thermal protection and therefore correspondingly inexpensive.

[0005] Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, das Verfahren gemäß Anspruch 6 sowie das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 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 Brennstoffzellensystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 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 fuel cell system according to claim 1, the method according to claim 6 and the motor vehicle according to claim 9. 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 fuel cell system naturally also apply in connection with the method according to the invention, the motor vehicle 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 Brennstoffzellensystem bereitgestellt, aufweisend zumindest einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt, einen Anodenzuführabschnitt zum Zuführen von reformiertem Anodenzuführgas von einem Reformer zu dem Anodenabschnitt, den Reformer zum Reformieren von Reformerzuführgas, einen Reformerzuführabschnitt zum Zuführen des Reformerzuführgases zu dem Reformer, und einen Anodenrückführabschnitt zum Rückführen von Anodenabgas zur Wiederverwendung im Anodenabschnitt. Das Brennstoffzellensystem weist ferner einen Wärmetauscher mit einem ersten Fluidleitabschnitt zum Leiten des Anodenabgases und einem zweiten Fluidleitabschnitt zum Leiten des Reformerzuführgases auf, wobei der erste Fluidleitabschnitt und der zweite Fluidleitabschnitt innerhalb des Wärmetauschers zumindest abschnittsweise für eine Wärmeübertragung zwischen dem Anodenabgas und dem Reformerzuführgas miteinander in wärmeübertragender Verbindung stehen. Das Brennstoffzellensystem weist ferner einen Gebläseabschnitt stromabwärts des ersten Fluidleitabschnitts und stromaufwärts des zweiten Fluidleitabschnitts mit einem darin angeordneten Rückführgebläse zum Führen des Anodenabgases von dem ersten Fluidleitabschnitt über den Gebläseabschnitt zum zweiten Fluidleitabschnitt auf. AuBerdem weist das Brennstoffzellensystem einen Kühlfluidleitabschnitt zum Zuführen eines Kühl-According to a first aspect of the present invention, a fuel cell system is provided, comprising at least one fuel cell stack with an anode section and a cathode section, an anode feed section for supplying reformed anode feed gas from a reformer to the anode section, the reformer for reforming reformer feed gas, a reformer feed section for Supplying the reformer feed gas to the reformer, and an anode return section for returning anode exhaust gas for reuse in the anode section. The fuel cell system furthermore has a heat exchanger with a first fluid conducting section for conducting the anode exhaust gas and a second fluid conducting section for conducting the reformer feed gas, the first fluid conducting section and the second fluid conducting section within the heat exchanger, at least in sections, in heat-transferring connection with one another for heat transfer between the anode exhaust gas and the reformer feed gas stand. The fuel cell system also has a fan section downstream of the first fluid guide section and upstream of the second fluid guide section with a return fan arranged therein for guiding the anode exhaust gas from the first fluid guide section via the fan section to the second fluid guide section. In addition, the fuel cell system has a cooling fluid guide section for supplying a cooling

fluids in den Gebläseabschnitt stromaufwärts des Rückführgebläses zum Kühlen des Anodenabgases im Gebläseabschnitt stromaufwärts des Rückführgebläses auf. Darüber hinaus ist stromaufwärts des Wärmetauschers eine Brennstoffquelle angeordnet, wobei in den Wärmetauscher ein Verdampfer zum Verdampfen von Brennstoff von der Brennstoffquelle integriert ist. fluids in the fan section upstream of the recirculation fan for cooling the anode exhaust gas in the fan section upstream of the recirculation fan. In addition, a fuel source is arranged upstream of the heat exchanger, an evaporator for evaporating fuel from the fuel source being integrated into the heat exchanger.

[0007] Das Brennstoffzellensystem kann einen, zwei, drei oder mehr Brennstoffzellenstapel umfassen, welche beliebig zueinander und zu anderen Elementen des Brennstoffzellensystems angeordnet sein können. Unter Brennstoffzellenstapel sind im Rahmen der Erfindung Stacks zu verstehen. The fuel cell system can comprise one, two, three or more fuel cell stacks, which can be arranged in relation to one another and to other elements of the fuel cell system. In the context of the invention, fuel cell stacks are to be understood as stacks.

[0008] Durch den Kühlfluidleitabschnitt kann dem Anodenabgas im Gebläseabschnitt stromaufwärts des Rückführgebläses Kühlfluid beigemengt werden. Dadurch kann das Anodenabgas stromaufwärts des Rückführgebläses gekühlt werden. Nachdem das abgekühlte Anodenabgas bzw. das entsprechend temperierte Anodenabgas-Kühlfluid-Gemisch über das Rückführgebläse weiter durch den zweiten Fluidleitabschnitt gefördert wurde, kann durch den Wärmetauscher das Anodenabgas ergänzend bereits im ersten Fluidleitabschnitt gekühlt werden. Der erste Fluidleitabschnitt entspricht demnach einer heißen Seite des Wärmetauschers und der zweite Fluidleitabschnitt einer kalten Seite des Wärmetauschers. Durch dieses zweistufige Kühlverfahren ist es möglich, die Temperatur des Anodenabgases am Rückführgebläse von bisher ca. 500°C auf bis zu 300°C zu reduzieren. Im vorgeschlagenen Brennstoffzellensystem kann deshalb ein Rückführgebläse mit entsprechend günstigeren Komponenten hinsichtlich des erforderlichen Hitzeschutzes verwendet werden. [0008] By means of the cooling fluid guide section, cooling fluid can be added to the anode exhaust gas in the fan section upstream of the recirculation fan. This allows the anode exhaust gas to be cooled upstream of the recirculation fan. After the cooled anode exhaust gas or the correspondingly tempered anode exhaust gas / cooling fluid mixture has been conveyed further through the second fluid conduction section via the return fan, the anode exhaust gas can also be cooled in the first fluid conduction section by the heat exchanger. The first fluid conducting section accordingly corresponds to a hot side of the heat exchanger and the second fluid conducting section corresponds to a cold side of the heat exchanger. This two-stage cooling process makes it possible to reduce the temperature of the anode exhaust gas at the recirculation fan from previously approx. 500 ° C to up to 300 ° C. In the proposed fuel cell system, a return fan with correspondingly cheaper components can therefore be used with regard to the required heat protection.

[0009] Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Brennstoffzellensystems wird dadurch erreicht, dass das Anodenabgas bereits im ersten Fluidleitabschnitt gekühlt wird. Dadurch kann die Gefahr einer Selbstentzündung reduziert werden, die beim Zusammentreffen von heißem Anodenabgas mit dem Kühlfluid, das beispielsweise in Form von Umgebungsluft bereitgestellt wird, auftreten könnte. Another advantage of the present fuel cell system is achieved in that the anode exhaust gas is already cooled in the first fluid conducting section. This makes it possible to reduce the risk of self-ignition which could occur when hot anode exhaust gas and the cooling fluid, which is provided, for example, in the form of ambient air, meet.

[0010] Für die Verdampfung des Brennstoffs von der Brennstoffquelle im Verdampfer wird Energie benötigt. D.h., für die Verdampfung des Brennstoffs muss dem Verdampfer Wärmeenergie zugeführt werden. Diese erforderliche Wärmeenergie wird vorliegend zumindest teilweise der Umgebung des Verdampfers, insbesondere dem Wärmetauscher, entzogen. Mit anderen Worten wird dem Anodenabgas überschüssige Wärmeenergie entzogen und dem im Wärmetauscher integrierten Verdampfer zum Verdampfen des Brennstoffs zugeführt. Im Rahmen dieses Vorgangs werden das Anodenabgas gekühlt und der Verdampfer bzw. der Brennstoff im Verdampfer erhitzt. Folglich kann durch die endotherme Reaktion beim Verdampfen des Brennstoffs die Enthalpie zum Heizen des Brennstoffs genutzt werden, um die Auslasstemperatur des Fluidgemisches aus dem zweiten Fluidleitabschnitt zu reduzieren. Entsprechend kann, wie vorstehend erwähnt, mittels der Enthalpie das Anodenabgas gekühlt werden, das durch den ersten Fluidleitabschnitt des Wärmetauschers geführt wird. Dadurch können eine weitere Vorkühlung des Anodenabgases und mithin eine noch niedrigere Temperatur des Anodenabgases am Rückführgebläse erzielt werden. Folglich kann ein noch kostengünstigeres Rückführgebläse mit einem entsprechend niedrigen Hitzeschutz verwendet werden. Energy is required to evaporate the fuel from the fuel source in the evaporator. This means that thermal energy must be supplied to the evaporator for the evaporation of the fuel. In the present case, this required thermal energy is at least partially withdrawn from the surroundings of the evaporator, in particular the heat exchanger. In other words, excess thermal energy is withdrawn from the anode exhaust gas and fed to the evaporator integrated in the heat exchanger for evaporating the fuel. During this process, the anode exhaust gas is cooled and the evaporator or the fuel in the evaporator is heated. Consequently, as a result of the endothermic reaction during the evaporation of the fuel, the enthalpy can be used for heating the fuel in order to reduce the outlet temperature of the fluid mixture from the second fluid-conducting section. Correspondingly, as mentioned above, the anode exhaust gas which is guided through the first fluid conducting section of the heat exchanger can be cooled by means of the enthalpy. As a result, a further pre-cooling of the anode exhaust gas and thus an even lower temperature of the anode exhaust gas can be achieved at the recirculation fan. As a result, an even more cost-effective recirculation fan with a correspondingly low heat protection can be used.

[0011] Durch die erfindungsgemäße Systemanordnung können auf effiziente Weise der Brennstoff erhitzt bzw. verdampft und das Anodenabgas gekühlt werden. Diese Effizienz resultiert in der Möglichkeit einer besonders kompakten Bauweise dieser Bauteilgruppe. The system arrangement according to the invention, the fuel can be heated or vaporized and the anode exhaust gas can be cooled in an efficient manner. This efficiency results in the possibility of a particularly compact design of this component group.

[0012] Es scheint, dass sich die Temperatur des Anodenabgases mit dem erfindungsgemäßen Aufbau am Eingang des Rückführgebläses auf bis zu 150°C reduzieren lässt. Damit konnten am Fluidausgang des Rückführgebläses derart niedrige Temperaturen erreicht werden, dass das Anodenabgas-Kühlfluid-Gemisch in diesem Bereich gerade nicht mehr kondensiert. Auch dies führt zu einem verbesserten Betrieb des Brennstoffzellensystems. It appears that the temperature of the anode exhaust gas can be reduced to up to 150 ° C with the structure according to the invention at the inlet of the recirculation fan. In this way, such low temperatures could be reached at the fluid outlet of the recirculation fan that the anode exhaust gas / cooling fluid mixture just no longer condenses in this area. This also leads to an improved operation of the fuel cell system.

[0013] Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Systemaufbau dadurch, dass während des Betriebs des Brennstoffzellensystems kein Brennstoff durch das Rückführgebläse gefördert werden muss. Würde Brennstoff durch das Rückführgebläse gefördert werden, befände Another advantage of the system structure according to the invention results from the fact that no fuel has to be conveyed through the return fan during operation of the fuel cell system. If fuel were to be conveyed through the recirculation fan, would be

sich ein Sauerstoff-zu-Kohlenstoff- Verhältnis (O/C-Verhältnis) stromaufwärts des Rückführgebläses nicht im gewünschten Verhältnis. Dies könnte zu einer Kohlenstoffablagerung im Anodenzuführabschnitt führen. Vorliegend findet die Verdampfung im Wärmetauscher stromabwärts des Rückführgebläses statt. Dort befindet sich bereits die gewünschte Menge an Luft bzw. Sauerstoff, sodass auch das gewünschte O/C-Verhältnis vorliegt. an oxygen-to-carbon ratio (O / C ratio) upstream of the recirculation fan is not in the desired ratio. This could lead to carbon build-up in the anode feed section. In the present case, the evaporation takes place in the heat exchanger downstream of the recirculation fan. The desired amount of air or oxygen is already there, so that the desired O / C ratio is also present.

[0014] Der Verdampfer ist zum Beimengen des darin verdampften Brennstoffs zum Anodenabgas-Kühlfluid-Gemisch konfiguriert. Diese Fluidkomponenten weist auch das Reformerzuführgas auf, also Anodenabgas, Kühlfluid, insbesondere in Form von Umgebungsluft, und verdampften Brennstoff. The evaporator is configured to add the fuel evaporated therein to the anode exhaust gas-cooling fluid mixture. The reformer feed gas also has these fluid components, that is to say anode exhaust gas, cooling fluid, in particular in the form of ambient air, and vaporized fuel.

[0015] Darunter, dass der Verdampfer in den Wärmetauscher integriert ist kann verstanden werden, dass der Wärmetauscher integral oder als eine Bauteileinheit mit dem Verdampfer ausgestaltet ist. Der Verdampfer muss dabei nicht als internes bzw. vom Wärmetauscher vollständig umschlossenes Bauteil des Wärmetauschers ausgestaltet sein. Die Brennstoffquelle ist vorzugsweise in Form eines separaten Brennstofftanks ausgestaltet. D.h., die Brennstoffquelle ist bevorzugt nicht als Teil einer Brennstoffrezirkulationsleitung sondern als separate Brennstoffquelle bereitgestellt. Der Brennstofftank ist insbesondere als Brennstofftank für reinen oder überwiegend reinen kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigbrennstoff ausgestaltet. Zwischen der Brennstoffquelle und dem Verdampfer bzw. stromaufwärts des Verdampfers und stromabwärts der Brennstoffquelle ist vorzugsweise eine Pumpe oder eine Dosiereinrichtung zum Zuführen des Brennstoffs zum Verdampfer angeordnet. The fact that the evaporator is integrated into the heat exchanger can be understood to mean that the heat exchanger is designed integrally or as a component unit with the evaporator. The evaporator does not have to be designed as an internal component of the heat exchanger or one that is completely enclosed by the heat exchanger. The fuel source is preferably designed in the form of a separate fuel tank. That is, the fuel source is preferably not provided as part of a fuel recirculation line but as a separate fuel source. The fuel tank is designed in particular as a fuel tank for pure or predominantly pure hydrocarbon-containing liquid fuel. A pump or a metering device for supplying the fuel to the evaporator is preferably arranged between the fuel source and the evaporator or upstream of the evaporator and downstream of the fuel source.

[0016] Wie vorstehend erwähnt, kann als Kühlfluid Umgebungsluft oder ein anderes kühles, sauerstoffhaltiges Fluid verwendet werden. Der Kühlfluidleitabschnitt kann mithin als Luftleitabschnitt zum Zuführen von Luft, insbesondere Umgebungsluft, oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas in den Gebläseabschnitt stromaufwärts des Rückführgebläses verstanden werden. As mentioned above, ambient air or another cool, oxygen-containing fluid can be used as the cooling fluid. The cooling fluid guide section can therefore be understood as an air guide section for supplying air, in particular ambient air, or another oxygen-containing gas into the fan section upstream of the return fan.

[0017] Der erste Fluidleitabschnitt und der zweite Fluidleitabschnitt sind für die Wärmeübertragung mit Bezug auf eine Strömungsrichtung durch die Fluidleitabschnitte parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Dadurch können der Wärmetransport vom heißen Anodenabgas im ersten Fluidleitabschnitt in Richtung des kälteren Anodenabgas-Kühlfluid-Gemisches und anders herum auf möglichst langer Strecke im Wärmetauscher durchgeführt und eine entsprechend wirkungsvolle Kühlwirkung für das Anodenabgas im ersten Fluidleitabschnitt erzielt werden. [0017] The first fluid conducting section and the second fluid conducting section are arranged parallel or essentially parallel to one another for the heat transfer with respect to a flow direction through the fluid conducting sections. As a result, the heat can be transported from the hot anode exhaust gas in the first fluid conduction section in the direction of the colder anode exhaust gas / cooling fluid mixture and vice versa over the longest possible distance in the heat exchanger and a correspondingly effective cooling effect for the anode exhaust gas in the first fluid conduction section can be achieved.

[0018] Der zweite Fluidleitabschnitt ist vorzugsweise direkt stromabwärts des Rückführgebläses und direkt stromaufwärts des Reformers angeordnet. Unter dem Rückführgebläse ist eine Gasrezirkulationseinheit zum Rückführen bzw. zur Unterstützung der Rückführung des Anodenabgases zur Wiederverwendung im Anodenabschnitt zu verstehen. Entsprechend kann das Rückführgebläse auch als Rückführpumpe ausgestaltet sein. Der Gebläseabschnitt kann in diesem Fall auch als Pumpabschnitt verstanden werden. The second fluid conducting section is preferably arranged directly downstream of the recirculation fan and directly upstream of the reformer. The return fan is understood to mean a gas recirculation unit for returning or supporting the return of the anode exhaust gas for reuse in the anode section. Correspondingly, the return fan can also be designed as a return pump. In this case, the fan section can also be understood as a pump section.

[0019] Für die Wärmeübertragung zwischen dem Anodenabgas und dem Reformerzuführgas stehen der erste Fluidleitabschnitt und der zweite Fluidleitabschnitt innerhalb des Wärmetauschers zumindest abschnittsweise direkt oder indirekt miteinander in wärmeübertragender Verbindung. Eine direkte wärmeübertragende Verbindung kann dadurch realisiert sein, dass eine erste Leitungsabschnittswandung des ersten Fluidleitabschnitts direkt an einer zweiten Leitungsabschnittswandung des zweiten Fluidleitabschnitts anliegt. Bei einer indirekten wärmeübertragenden Verbindung können zwischen den Leitungsabschnittswandungen noch ein Luftspalt und/oder ein fester, wärmeleitender Materialabschnitt ausgestaltet sein. For the heat transfer between the anode exhaust gas and the reformer feed gas, the first fluid conducting section and the second fluid conducting section are at least in sections directly or indirectly in heat transferring connection with one another within the heat exchanger. A direct heat-transferring connection can be implemented in that a first line section wall of the first fluid-conducting section rests directly on a second line-section wall of the second fluid-conducting section. In the case of an indirect heat-transferring connection, an air gap and / or a solid, heat-conducting material section can also be configured between the line section walls.

[0020] Zum Zuführen des Kühlfluids in den Gebläseabschnitt stromaufwärts des Rückführgebläses ist vorzugsweise ein Zusammenführabschnitt stromaufwärts des Rückführgebläses für ein einfaches Zusammenführen des Anodenabgases mit dem Kühlfluid angeordnet. For feeding the cooling fluid into the fan section upstream of the recirculation fan, a merging section is preferably arranged upstream of the recirculation fan for simple merging of the anode exhaust gas with the cooling fluid.

[0021] Der zweite Fluidleitabschnitt ist zum wenigstens teilweisen Leiten des Reformerzuführgases ausgestaltet. Das Reformerzuführgas wird insbesondere in einem hinteren Abschnitt des zweiten Fluidleitabschnitts geleitet, wobei sich der hintere Abschnitt des zweiten Fluidleitab-The second fluid conducting section is designed for at least partially conducting the reformer feed gas. The reformer feed gas is passed in particular in a rear section of the second fluid duct section, the rear section of the second fluid duct section

schnitts stromabwärts eines vorderen Abschnitts des zweiten Fluidleitabschnitts befindet. Der vordere Abschnitt des zweiten Fluidleitabschnitts ist insbesondere zum Leiten des AnodenabgasKühlfluid-Gemisches ausgestaltet. section downstream of a front section of the second fluid guide section is located. The front section of the second fluid guide section is designed in particular to guide the anode exhaust gas / cooling fluid mixture.

[0022] Der Wärmetauscher ist vorzugsweise als ein plattenförmiger Wärmetauscher ausgestaltet. Diese Bauform hat sich als eine besonders platzsparende und gut in das vorliegende System integrierbare Variante eines Wärmetauschers herausgestellt. [0022] The heat exchanger is preferably designed as a plate-shaped heat exchanger. This design has proven to be a particularly space-saving variant of a heat exchanger that can be easily integrated into the present system.

[0023] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Brennstoffzellensystem stromaufwärts des Kühlfluidleitabschnitts ein Kathodengasgebläse zum Zuführen des Kühlfluids in Form von Kathodenzuführgas in den Kühlfluidleitabschnitt, angeordnet ist. Unter dem Kathodenzuführgas ist vorzugsweise Luft, insbesondere Umgebungsluft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Fluid, zu verstehen, welche bzw. welches durch das Kathodengasgebläse während des Betriebs des Brennstoffzellensystems in Richtung des Kathodenabschnitts gefördert wird. Demnach kann das Kathodengasgebläse mit einer Doppelfunktion betrieben werden. Einerseits fördert es das Kathodenzuführgas in Richtung des Kathodenabschnitts des Brennstoffzellenstapels, andererseits fördert es das Kühlfluid, insbesondere Umgebungsluft, in Form des Kathodenzuführgases in den Kühlfluidleitabschnitt zum Kühlen des Anodenabgases. Für das Brennstoffzellensystem kann damit ein besonders platzsparender Systemaufbau umgesetzt werden. According to a further embodiment of the present invention, it is possible that in a fuel cell system upstream of the Kühlfluidleitabschnitts a cathode gas fan for supplying the cooling fluid in the form of cathode supply gas is arranged in the Kühlfluidleitabschnitts. The cathode supply gas is preferably to be understood as air, in particular ambient air or another oxygen-containing fluid, which is conveyed in the direction of the cathode section by the cathode gas fan during operation of the fuel cell system. Accordingly, the cathode gas fan can be operated with a dual function. On the one hand it conveys the cathode feed gas in the direction of the cathode section of the fuel cell stack, on the other hand it conveys the cooling fluid, in particular ambient air, in the form of the cathode feed gas into the cooling fluid feed section to cool the anode exhaust gas. A particularly space-saving system structure can thus be implemented for the fuel cell system.

[0024] Darüber hinaus ist es bei einem Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass der zweite Fluidleitabschnitt einen ersten Fluideingang zum Einbringen des rückgeführten Anodenabgases und/oder des Kühlfluids in den zweiten Fluidleitabschnitt, einen zweiten Fluideingang zum Einbringen von verdampftem Brennstoff in den zweiten Fluidleitabschnitt, und einen Fluidausgang zum Ausgeben eines Fluidgemisches in Form des Reformerzuführgases aus dem rückgeführten Anodenabgas, dem Kühlfluid und/oder dem verdampften Brennstoff, aufweist, wobei innerhalb des zweiten Fluidleitabschnitts eine poröse Trennschicht ausgestaltet ist, durch welche verdampfter Brennstoff zum Vermengen mit dem rückgeführten Anodenabgas und/oder dem Kühlfluid strömbar ist. Dadurch kann sich der verdampfte Brennstoff durch einfache strukturelle Maßnahmen innerhalb des zweiten Fluidleitabschnitts während des Betriebs des Brennstoffzellensystems besonders gleichmäßig mit dem Anodenabgas-KühlfluidGemisch vermengen. In addition, it is possible in a fuel cell system according to the present invention that the second fluid duct section has a first fluid inlet for introducing the recirculated anode exhaust gas and / or the cooling fluid into the second fluid duct section, a second fluid inlet for introducing evaporated fuel into the second fluid duct section , and a fluid outlet for outputting a fluid mixture in the form of the reformer feed gas from the recirculated anode exhaust gas, the cooling fluid and / or the evaporated fuel, a porous separating layer being configured within the second fluid conducting section through which evaporated fuel can be mixed with the recirculated anode exhaust gas and / or the cooling fluid can flow. As a result, the evaporated fuel can mix particularly evenly with the anode exhaust gas / cooling fluid mixture within the second fluid conducting section during operation of the fuel cell system by means of simple structural measures.

[0025] Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der erste Fluidleitabschnitt und der zweite Fluidleitabschnitt innerhalb des Wärmetauschers zum zueinander gegenläufigen Führen des Anodenabgases und des Reformerzuführgases zumindest abschnittsweise zueinander gegenläufig ausgestaltet sind. Durch die gegenläufige Anordnung kann das Fluidleitungssystem besonders platzsparend im Brennstoffzellensystem bereitgestellt werden. Außerdem können durch die gegenläufige Anordnung fluiddynamische Vorteile erzielt werden. Der erste Fluidleitabschnitt und der zweite Fluidleitabschnitt sind derart gegenläufig angeordnet, dass das Anodenabgas im ersten Fluidleitabschnitt und das AnodenabgasKühlfluid-Gemisch und/oder das Reformerzuführgas bzw. Reformerzuführfluid im zweiten Fluidleitabschnitt im Betrieb des Brennstoffzellensystems in entgegengesetzte oder zumindest schräg zueinander verlaufende Richtungen innerhalb des Wärmetauschers strömen. According to a further embodiment of the present invention, it is possible that the first fluid guide section and the second fluid guide section within the heat exchanger for guiding the anode exhaust gas and the reformer supply gas in opposite directions are at least partially configured in opposite directions. Due to the opposing arrangement, the fluid line system can be provided in a particularly space-saving manner in the fuel cell system. In addition, fluid dynamic advantages can be achieved through the opposing arrangement. The first fluid conducting section and the second fluid conducting section are arranged in opposite directions in such a way that the anode exhaust gas in the first fluid conducting section and the anode exhaust gas cooling fluid mixture and / or the reformer supply gas or reformer supply fluid in the second fluid conducting segment flow in opposite or at least oblique directions within the heat exchanger during operation of the fuel cell system .

[0026] Zudem ist es von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem im Anodenrückführabschnitt ein Gabelabschnitt zum Abzweigen eines Teils des Anodenabgases in Richtung des ersten Fluidleitabschnitts und eines anderen Teils des Anodenabgases in Richtung eines Nachbrenners des Brennstoffzellensystems angeordnet ist. Unter Verwendung des Gabelabschnitts kann das Anodenabgas auf einfache Weise sowohl für die in Rede stehende Rückführung zur Wiederverwendung im Anodenabschnitt, als auch für eine Verbrennung im Nachbrenner und damit für eine Temperierung des Brennstoffzellensystems bzw. ausgewählter Komponenten desselben genutzt werden. Unter dem Gabelabschnitt kann ein geeignetes 3- WegeVentil verstanden werden. Alternativ kann vorteilhaft auch ein T-Stück vorgesehen sein, durch welches sich das Anodenabgas entsprechend einem durch das Anodenrezirkulationsgebläse verursachten Unterdruck aufteilt. Durch die Anordnung des Gabelabschnitts stromaufwärts des In addition, it is advantageous if, in a fuel cell system according to the invention, a fork section for branching off part of the anode exhaust gas in the direction of the first fluid duct and another part of the anode exhaust gas in the direction of an afterburner of the fuel cell system is arranged in the anode return section. Using the fork section, the anode exhaust gas can be used in a simple manner both for the recirculation in question for reuse in the anode section and for combustion in the afterburner and thus for temperature control of the fuel cell system or selected components thereof. The fork section can be understood as a suitable 3-way valve. Alternatively, a T-piece can advantageously also be provided, through which the anode exhaust gas is divided according to a negative pressure caused by the anode recirculation fan. By arranging the fork section upstream of the

ersten Fluidleitabschnitts wird nur der Teil des Anodenabgases am Wärmetauscher gekühlt. Der Teil, der in Richtung des Nachbrenners geleitet wird, bleibt auf dem ursprünglichen hohen Temperaturniveau. Dadurch wird ein besonders vorteilhaftes Temperaturmanagement erzielt. Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems können durch den Gabelabschnitt ca. 35% des Anodenabgases in Richtung des ersten Fluidleitabschnitts und ca. 65% des Anodenabgases in Richtung des Nachbrenners geleitet werden. Eine Aufteilung ist jedoch grundsätzlich vom verwendetem Brennstoff und/oder einem Betriebspunkt abhängig, weshalb diese auch anders sein kann, beispielsweise auch 50 % zu 50 % oder 70 % zu 30 % oder 40 % zu 60 % oder beliebig festlegbar anders. Der Gabelabschnitt ist vorzugsweise direkt stromabwärts des Anodenabschnitts und direkt stromaufwärts des ersten Fluidleitabschnitts des Wärmetauschers angeordnet. In the first fluid conducting section, only the part of the anode exhaust gas is cooled on the heat exchanger. The part that is directed towards the afterburner remains at the original high temperature level. A particularly advantageous temperature management is achieved in this way. During operation of the fuel cell system, approximately 35% of the anode exhaust gas can be conducted through the fork section in the direction of the first fluid conduction section and approximately 65% of the anode exhaust gas can be conducted in the direction of the afterburner. A breakdown is, however, basically dependent on the fuel used and / or an operating point, which is why it can also be different, for example also 50% to 50% or 70% to 30% or 40% to 60% or any other determinable. The fork section is preferably arranged directly downstream of the anode section and directly upstream of the first fluid conducting section of the heat exchanger.

[0027] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystems bereitgestellt, wobei mittels des Rückführgebläses bzw. einer entsprechenden Pumpe gleichzeitig das Anodenabgas durch den ersten Fluidleitabschnitt gesaugt und anschließend über das Rückführgebläse durch den zweiten Fluidleitabschnitt, und das Kühlfluid über das Rückführgebläse durch den zweiten Fluidleitabschnitt, in Richtung des Reformers gefördert werden. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschrieben worden sind. Insbesondere können im Rahmen des Verfahrens die vorstehend beschriebenen erweiterten Kühlfunktionen zum Kühlen des Leitungsabschnitts stromaufwärts des Rückführgebläses genutzt werden. Bei dem vorliegenden Verfahren wird durch den im Wärmetauscher integrierten Verdampfer Brennstoff verdampft, während mittels des Rückführgebläses Anodenabgas durch den zweiten Fluidleitabschnitt in Richtung des Reformers gefördert wird. According to a further aspect of the present invention, a method for operating a fuel cell system as described above is provided, wherein the anode exhaust gas is simultaneously sucked through the first fluid duct section by means of the return fan or a corresponding pump and then via the return fan through the second fluid duct section, and the cooling fluid can be conveyed via the return fan through the second fluid guide section in the direction of the reformer. A method according to the invention thus brings the same advantages as have been described in detail with reference to the fuel cell system according to the invention. In particular, within the scope of the method, the above-described extended cooling functions can be used to cool the line section upstream of the return fan. In the present method, fuel is evaporated by the evaporator integrated in the heat exchanger, while the anode exhaust gas is conveyed through the second fluid conduction section in the direction of the reformer by means of the recirculation fan.

[0028] Bei einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung kann das Kühlfluid durch das Kathodengasgebläse in Form von Umgebungsluft aus der Umgebung des Brennstoffzellensystems in den Kühlfluidleitabschnitt gefördert werden. Umgebungsluft ist leicht verfügbar und weist den gewünschten Sauerstoffgehalt für die erforderlichen Arbeitsprozesse im Brennstoffzellensystem auf. Unter Verwendung von Umgebungsluft kann das Verfahren besonders leicht und kostengünstig umgesetzt werden. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass besonders gute Betriebsergebnisse erzielt werden können, wenn Umgebungsluft in einem Temperaturbereich zwischen 40°C und 80°C, insbesondere mit ca. 60°C, zugeführt wird. Die Umgebungsluft, die in der Regel niedriger als 40°C ist, kann durch die Komprimierung derselben mittels des Kathodengasgebläses effizient auf die gewünschte Temperatur erhöht werden. In a further embodiment of the present invention, the cooling fluid can be conveyed by the cathode gas fan in the form of ambient air from the surroundings of the fuel cell system into the cooling fluid guide section. Ambient air is readily available and has the desired oxygen content for the work processes required in the fuel cell system. The method can be implemented particularly easily and inexpensively using ambient air. Tests within the scope of the present invention have shown that particularly good operating results can be achieved if ambient air is supplied in a temperature range between 40 ° C and 80 ° C, in particular at about 60 ° C. The ambient air, which is generally less than 40 ° C., can be efficiently increased to the desired temperature by compressing it by means of the cathode gas blower.

[0029] Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren dem Verdampfer aus der Brennstoffquelle Brennstoff zugeführt wird, der überwiegend, insbesondere mehr als 80%, kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aufweist. D.h., das vorliegende Brennstoffzellensystem wird vorzugsweise mit reinem oder im Wesentlichen reinem Brennstoff, und nicht etwa mit einem Brennstoff-Wasser-Gemisch, wie dies bei anderen, gattungsfremden Brennstoffzellensystemen umgesetzt wird, betrieben. Die Zufuhr von reinem Brennstoff bzw. von im Wesentlichen reinem Brennstoff kann im Vergleich zu einer Brennstoffgemischzufuhr relativ einfach realisiert werden. Unter überwiegend kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff ist Brennstoff zu verstehen, der mehr als 50% kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aufweist. In addition, it is possible that in a method according to the invention, the evaporator from the fuel source is supplied with fuel which predominantly, in particular more than 80%, has hydrocarbon-containing fuel. That is, the present fuel cell system is preferably operated with pure or essentially pure fuel, and not with a fuel-water mixture, as is implemented in other, non-generic fuel cell systems. The supply of pure fuel or of essentially pure fuel can be implemented relatively easily compared to a fuel mixture supply. Under predominantly hydrocarbon-containing fuel is to be understood fuel that has more than 50% hydrocarbon-containing fuel.

[0030] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem wie vorstehend im Detail erläuterten Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung elektrischer Energie und wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs unter zumindest teilweiser Verwendung der elektrischen Energie, die durch das Brennstoffzellensystem bereitgestellt wird, geschaffen. Das Brennstoffzellensystem ist dabei ferner zum Durchführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug die Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich beschrieben wurden. Das Kraftfahrzeug kann in Form eines Landfahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Schienenfahrzeugs, eines Luftfahrzeugs und/oder einer anderen mobilen Einheit, wie beispielsweise eines Roboters, ausgestaltet sein. According to a further aspect of the present invention, a motor vehicle with a fuel cell system as explained in detail above for providing electrical energy and at least one electric motor for driving the motor vehicle with at least partial use of the electrical energy provided by the fuel cell system is created. The fuel cell system is also configured and designed to carry out a method as described above. A motor vehicle according to the invention thus also has the advantages as described in detail above. The motor vehicle can be configured in the form of a land vehicle, a watercraft, a rail vehicle, an aircraft and / or another mobile unit such as a robot.

[0031] 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:

[0032] Figur 1 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Teils eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, [0032] FIG. 1 is a block diagram to illustrate part of a fuel cell system according to the invention,

[0033] Figur 2 einen Teilabschnitt eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Figure 2 shows a section of a heat exchanger according to the invention,

[0034] Figur 3 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, und FIG. 3 shows a block diagram to illustrate a fuel cell system according to the invention, and FIG

[0035] Figur 4 ein Kraftfahrzeug mit einem darin verbauten Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung. FIG. 4 shows a motor vehicle with a fuel cell system according to the present invention installed therein.

[0036] Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 4 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 4.

[0037] In Fig. 1 sind schematisch die erfindungswesentlichen Bestandteile eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das gezeigte Brennstoffzellensystem 100 weist einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel 1 mit einem Anodenabschnitt 2 und einem Kathodenabschnitt 3, einen Anodenzuführabschnitt 5 zum Zuführen von reformiertem Anodenzuführgas von einem Reformer 4 zu dem Anodenabschnitt 2, den Reformer 4 zum Reformieren von Reformerzuführgas, einen Reformerzuführabschnitt 14 zum Zuführen des Reformerzuführgases zu dem Reformer 4, und einen Anodenrückführabschnitt 6 zum Rückführen von Anodenabgas zur Wiederverwendung im Anodenabschnitt 2, auf. In Fig. 1, the essential components of the invention of a fuel cell system 100 according to a preferred embodiment are shown schematically. The fuel cell system 100 shown has one or more fuel cell stacks 1 with an anode section 2 and a cathode section 3, an anode feed section 5 for feeding reformed anode feed gas from a reformer 4 to the anode section 2, the reformer 4 for reforming reformer feed gas, a reformer feed section 14 for feeding the Reformer supply gas to the reformer 4, and an anode return section 6 for returning anode exhaust gas for reuse in the anode section 2.

[0038] Das Brennstoffzellensystem weist ferner einen Wärmetauscher 8 mit einem ersten Fluidleitabschnitt 9 zum Leiten des Anodenabgases und einem zweiten Fluidleitabschnitt 10 zum Leiten des Reformerzuführgases auf, wobei der erste Fluidleitabschnitt 9 und der zweite Fluidleitabschnitt 10 innerhalb des Wärmetauschers 8 zumindest abschnittsweise für eine Wärmeübertragung zwischen dem Anodenabgas und dem Reformerzuführgas miteinander in wärmeübertragender Verbindung stehen. Der erste Fluidleitabschnitt 9 entspricht einer heißen Seite des Wärmetauschers 8 und der zweite Fluidleitabschnitt 10 entspricht einer kalten Seite des Wärmetauschers 8. The fuel cell system also has a heat exchanger 8 with a first fluid conducting section 9 for conducting the anode exhaust gas and a second fluid conducting section 10 for conducting the reformer feed gas, the first fluid conducting section 9 and the second fluid conducting section 10 within the heat exchanger 8 at least in sections for heat transfer between the anode exhaust gas and the reformer feed gas are in heat-transferring connection with one another. The first fluid conducting section 9 corresponds to a hot side of the heat exchanger 8 and the second fluid conducting section 10 corresponds to a cold side of the heat exchanger 8.

[0039] Außerdem weist das Brennstoffzellensystem 100 einen Gebläseabschnitt 24 stromabwärts des ersten Fluidleitabschnitts 9 und stromaufwärts des zweiten Fluidleitabschnitts 10 mit einem darin angeordneten Rückführgebläse 11 zum Führen des Anodenabgases von dem ersten Fluidleitabschnitt 9 über den Gebläseabschnitt 24 zum zweiten Fluidleitabschnitt 10, und einen Kühlfluidleitabschnitt 25 zum Zuführen eines Kühlfluids in den Gebläseabschnitt 24 stromaufwärts des Rückführgebläses 11 zum Kühlen des Anodenabgases im Gebläseabschnitt 24 stromaufwärts des Rückführgebläses 11, auf. In addition, the fuel cell system 100 has a fan section 24 downstream of the first fluid guide section 9 and upstream of the second fluid guide section 10 with a return fan 11 arranged therein for guiding the anode exhaust gas from the first fluid guide section 9 via the fan section 24 to the second fluid guide section 10, and a cooling fluid guide section 25 for supplying a cooling fluid into the fan section 24 upstream of the recirculation fan 11 for cooling the anode off-gas in the fan section 24 upstream of the recirculation fan 11.

[0040] Stromaufwärts des Kühlfluidleitabschnitts 25 ist ein Kathodengasgebläse 7 zum Zuführen des Kühlfluids in Form von Kathodenzuführgas bzw. Umgebungsluft in den Kühlfluidleitabschnitt 25 angeordnet. Stromaufwärts des Wärmetauschers 8 ist eine Brennstoffquelle 13 in Form eines Brennstofftanks angeordnet. Außerdem ist in den dargestellten Wärmetauscher 8 ein Verdampfer 12 zum Verdampfen von Brennstoff von der Brennstoffquelle 13 integriert. A cathode gas fan 7 for feeding the cooling fluid in the form of cathode feed gas or ambient air into the cooling fluid guide section 25 is arranged upstream of the cooling fluid guide section 25. A fuel source 13 in the form of a fuel tank is arranged upstream of the heat exchanger 8. In addition, an evaporator 12 for evaporating fuel from the fuel source 13 is integrated in the heat exchanger 8 shown.

[0041] Im Anodenrückführabschnitt 6 ist ein Gabelabschnitt 16 zum Abzweigen eines Teils des Anodenabgases in Richtung des ersten Fluidleitabschnitts 9 und eines anderen Teils des Anodenabgases in Richtung eines Nachbrenners 17 des Brennstoffzellensystems 100 angeordnet. Stromaufwärts des Kathodengasgebläses 7 ist ein Zusammenführabschnitt 15 zum Zusammenführen des Anodenabgases mit dem Kühlfluid im Gebläseabschnitt 24 ausgestaltet. In the anode return section 6, a fork section 16 is arranged for branching off part of the anode exhaust gas in the direction of the first fluid conducting section 9 and another part of the anode exhaust gas in the direction of an afterburner 17 of the fuel cell system 100. A merging section 15 for merging the anode exhaust gas with the cooling fluid in the blower section 24 is configured upstream of the cathode gas blower 7.

[0042] Mit Bezug auf Fig. 2 wird anschließend eine bevorzugte Ausführungsform eines Teilabschnitts des Wärmetauschers 8 beschrieben. In dem dargestellten Teilabschnitt des Wärmetauschers 8 weist der zweite Fluidleitabschnitt 10 einen ersten Fluideingang 18 zum Einbringen des rückgeführten Anodenabgases und/oder des Kühlfluids in den zweiten Fluidleitabschnitt 10, einen zweiten Fluideingang 19 zum Einbringen von verdampftem Brennstoff in den zweiten Fluidleitab-With reference to Fig. 2, a preferred embodiment of a section of the heat exchanger 8 will then be described. In the illustrated subsection of the heat exchanger 8, the second fluid conducting section 10 has a first fluid inlet 18 for introducing the recirculated anode exhaust gas and / or the cooling fluid into the second fluid conducting section 10, a second fluid inlet 19 for introducing evaporated fuel into the second fluid conducting outlet.

schnitt 10, und einen Fluidausgang 20 zum Ausgeben eines Fluidgemisches in Form des Reformerzuführgases aus dem rückgeführten Anodenabgas, dem Kühlfluid und/oder dem verdampften Brennstoff, auf. Innerhalb des zweiten Fluidleitabschnitts 10 ist eine poröse Trennschicht 21 ausgestaltet, durch welche verdampfter Brennstoff zum Vermengen mit dem rückgeführten Anodenabgas und/oder dem Kühlfluid strömbar ist. Der erste Fluidleitabschnitt 9 weist einen Anodenabgaseingang 22 und einen Anodenabgasausgang 23 auf. Wie in Fig. 1 und insbesondere in Fig. 2 zu erkennen, sind der erste Fluidleitabschnitt 9 und der zweite Fluidleitabschnitt 10 innerhalb des Wärmetauschers 8 zum zueinander gegenläufigen Führen des Anodenabgases und des Reformerzuführgases zumindest abschnittsweise zueinander gegenläufig ausgestaltet. section 10, and a fluid outlet 20 for discharging a fluid mixture in the form of the reformer feed gas from the recirculated anode exhaust gas, the cooling fluid and / or the vaporized fuel. A porous separating layer 21 is configured within the second fluid conducting section 10, through which evaporated fuel can flow for mixing with the recirculated anode exhaust gas and / or the cooling fluid. The first fluid conducting section 9 has an anode exhaust gas inlet 22 and an anode exhaust gas outlet 23. As can be seen in FIG. 1 and in particular in FIG. 2, the first fluid guide section 9 and the second fluid guide section 10 within the heat exchanger 8 are designed to guide the anode exhaust gas and the reformer supply gas in opposite directions, at least in sections.

[0043] Der in Fig. 2 dargestellte Wärmetauscher 8 ist in Form eines Gegenströmers, insbesondere in Form eines Gegenströmer-Plattenwärmetauschers ausgestaltet. Durch diese Bauform lässt sich eine wirksame Wärmeübertragung zwischen dem ersten Fluidleitabschnitt 9 und dem zweiten Fluidleitabschnitt 10 erreichen. Alternativ zur dargestellten Variante wäre auch ein Gleichströmer denkbar. In diesem Fall könnten der Anodengaseingang 22 und der Anodengasausgang 23 vertauscht angeordnet sein. Darüber hinaus wäre es möglich, dass der Wärmetauscher 8 in Form eines Kreuzströmers ausgestaltet ist. Bei einem Kreuzströmer verliefen die in Rede stehenden Fluidströme senkrecht zueinander und wären, im Vergleich zum Parallelströmer, jeweils in Strömungsrichtung nicht quervermischt. Zudem wäre eine Ausgestaltungsvariante des Wärmetauschers 8 in Form eines Kreuzgegenströmers möglich. Dies könnte durch eine Kombination mehrerer Plattenelemente übereinander realisiert werden. Hierfür wäre eine entsprechende Auftrennung der jeweiligen Fluidströme erforderlich. Der erhöhte strukturelle Aufwand könnte hierbei durch einen besonders effektiven Wärmetausch gerechtfertigt werden. The heat exchanger 8 shown in Fig. 2 is designed in the form of a countercurrent, in particular in the form of a countercurrent plate heat exchanger. This design makes it possible to achieve an effective heat transfer between the first fluid-conducting section 9 and the second fluid-conducting section 10. As an alternative to the variant shown, a direct current would also be conceivable. In this case, the anode gas inlet 22 and the anode gas outlet 23 could be arranged interchanged. In addition, it would be possible for the heat exchanger 8 to be designed in the form of a cross flow. In the case of a cross-flow, the fluid flows in question run perpendicular to one another and, compared to the parallel flow, would not be cross-mixed in the direction of flow. In addition, a design variant of the heat exchanger 8 in the form of a cross countercurrent would be possible. This could be achieved by combining several plate elements on top of one another. This would require a corresponding separation of the respective fluid flows. The increased structural effort could be justified by a particularly effective heat exchange.

[0044] Mit Bezug auf Fig. 1 soll anschließend ein Verfahren zum Betreiben des dargestellten Brennstoffzellensystems 100 erläutert werden. Während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 wird Anodenabgas vom Anodenabschnitt 2 durch den Anodenrückführabschnitt 6 und den darin angeordneten Gabelabschnitt 16 zum ersten Fluidleitabschnitt 9 des Wärmetauschers 8 geleitet. Dies wird zumindest teilweise mittels des Rückführgebläses 11 durchgeführt. Mittels des Rückführgebläses 11 wird das Anodenabgas durch den Gebläseabschnitt 24 auch weiter über den Zusammenführabschnitt 15 zum zweiten Fluidleitabschnitt 10 des Wärmetauschers 8 geleitet. Gleichzeitig wird durch das Kathodengasgebläse 7 und über den Zusammenführabschnitt 15 sowie das Rückführgebläse 11 Kühlfluid in Form von Umgebungsluft durch den zweiten Fluidleitabschnitt 10 in Richtung des Reformers 4 gefördert. Durch das Kühlfluid wird der Eingangsbereich am Rückführgebläse 11 bereits erstmalig gekühlt. Eine weitere Kühlung am und im Rückführgebläse 11 findet dadurch statt, dass das Kühlfluid im Bereich des zweiten Fluidleitabschnitts 10 auch das Anodenabgas im ersten Fluidleitabschnitt 9 kühlt, wodurch das Anodenabgas bereits vorgekühlt am Zusammenführabschnitt 15 ankommt. With reference to FIG. 1, a method for operating the fuel cell system 100 shown will then be explained. During operation of the fuel cell system 100, anode exhaust gas is conducted from the anode section 2 through the anode return section 6 and the fork section 16 arranged therein to the first fluid guide section 9 of the heat exchanger 8. This is carried out at least partially by means of the return fan 11. By means of the return fan 11, the anode exhaust gas is also passed further through the fan section 24 via the merging section 15 to the second fluid-conducting section 10 of the heat exchanger 8. At the same time, cooling fluid in the form of ambient air is conveyed through the second fluid guide section 10 in the direction of the reformer 4 through the cathode gas fan 7 and via the merging section 15 and the return fan 11. The inlet area on the return fan 11 is cooled for the first time by the cooling fluid. Further cooling on and in the return fan 11 takes place in that the cooling fluid in the area of the second fluid guide section 10 also cools the anode exhaust gas in the first fluid guide section 9, whereby the anode exhaust gas arrives at the merging section 15 already pre-cooled.

[0045] Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 wird außerdem reiner oder im Wesentlichen reiner Brennstoff in Form eines kohlenwasserstoffhaltigen Fluids wie Ethanol oder Diesel in den Verdampfer 12 des Wärmetauschers 8 geführt. Da die Verdampfung des Brennstoffs endotherm stattfindet, kann der entsprechende Temperaturentzug im zweiten Fluidleitabschnitt 10 zum weiteren Kühlen des ersten Fluidleitabschnitts 9 bzw. des Anodenabgases darin genutzt werden. Dadurch kann die Anodenabgastemperatur am Rückführgebläse 11 auf bis zu ca. 150°C verringert werden. Das im zweiten Fluidleitabschnitt 10 erzeugte Reformerzuführgas weist entsprechend das Anodenabgas, das Kühlfluid in Form von Umgebungsluft sowie den verdampften Brennstoff auf. Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 100 wird das im Reformer 4 reformierte Reformerzuführgas über den Anodenzuführabschnitt 6 weiter zum Anodenabschnitt 2 geführt, sodass es dort wiederverwendet werden kann. During the operation of the fuel cell system 100, pure or essentially pure fuel in the form of a hydrocarbon-containing fluid such as ethanol or diesel is also fed into the evaporator 12 of the heat exchanger 8. Since the evaporation of the fuel takes place endothermically, the corresponding temperature extraction in the second fluid conducting section 10 can be used for further cooling of the first fluid conducting section 9 or the anode exhaust gas therein. As a result, the anode exhaust gas temperature at the recirculation fan 11 can be reduced to about 150 ° C. The reformer feed gas generated in the second fluid conducting section 10 accordingly has the anode exhaust gas, the cooling fluid in the form of ambient air and the evaporated fuel. During the operation of the fuel cell system 100, the reformer feed gas reformed in the reformer 4 is passed on via the anode feed section 6 to the anode section 2, so that it can be reused there.

[0046] Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellten Funktionsbauteile des Brennstoffzellensystems 100 in einer Gesamtansicht. Das dargestellte Brennstoffzellensystem 100 ist in Form eines SOFCSystems ausgestaltet. In Fig. 3 kann insbesondere die Integration der in Fig. 1 dargestellten Funktionsbauteile in ein Gesamtsystem erkannt werden. Das in Fig. 3 dargestellte Brennstoffzellensystem 100 weist zwei Brennstoffzellenstapel 1 mit jeweils einem Anodenabschnitt 2 und einem Kathodenabschnitt 3 auf. Stromabwärts des Reformers 4 ist ein weiterer Wärmetauscher 26 zum FIG. 3 shows the functional components of the fuel cell system 100 shown in FIG. 1 in an overall view. The illustrated fuel cell system 100 is designed in the form of an SOFC system. In FIG. 3, in particular, the integration of the functional components illustrated in FIG. 1 into an overall system can be recognized. The fuel cell system 100 shown in FIG. 3 has two fuel cell stacks 1, each with an anode section 2 and a cathode section 3. Downstream of the reformer 4 is another heat exchanger 26 for

Erhitzen des reformierten Anodenzuführgases angeordnet. D.h., der Anodenzuführabschnitt 5 bzw. ein Fluidausgang des Reformers 4 steht mit einer kalten Seite des weiteren Wärmetauschers 26 in Fluidverbindung. Die kalte Seite des weiteren Wärmetauschers 26 bzw. der entsprechende Fluidausgang des weiteren Wärmetauschers 26 steht mit den Anodenabschnitten 2 der Brennstoffzellenstapel 1 in Fluidverbindung. Heating the reformed anode feed gas arranged. That is, the anode feed section 5 or a fluid outlet of the reformer 4 is in fluid connection with a cold side of the further heat exchanger 26. The cold side of the further heat exchanger 26 or the corresponding fluid outlet of the further heat exchanger 26 is in fluid connection with the anode sections 2 of the fuel cell stacks 1.

[0047] Stromabwärts des Nachbrenners 17 ist noch ein Wärmetauscher 27 zur Verwendung des erhitzten Fluids aus dem Nachbrenner 17 zum Erhitzen von Kathodenzuführgas angeordnet. D.h., ein Fluidausgang des Nachbrenners 17 steht mit einer heißen Seite des Wärmetauschers 27 in Fluidverbindung. Stromabwärts des Wärmetauschers 27 ist der weitere Wärmetauscher 26 angeordnet. Genauer gesagt stehen ein Fluidausgang des Wärmetauschers 27 und eine heiße Seite des weiteren Wärmetauschers 26 über einen entsprechenden Fluideingang des weiteren Wärmetauschers 26 in Fluidverbindung. Die heiße Seite des weiteren Wärmetauschers 26 bzw. der entsprechende Fluidausgang des weiteren Wärmetauschers 26 steht mit den Kathodenabschnitten 2 der Brennstoffzellenstapel 1 in Fluidverbindung. Downstream of the afterburner 17 is a heat exchanger 27 for using the heated fluid from the afterburner 17 for heating cathode feed gas is arranged. That is, a fluid outlet of the afterburner 17 is in fluid connection with a hot side of the heat exchanger 27. The further heat exchanger 26 is arranged downstream of the heat exchanger 27. More precisely, a fluid outlet of the heat exchanger 27 and a hot side of the further heat exchanger 26 are in fluid connection via a corresponding fluid inlet of the further heat exchanger 26. The hot side of the further heat exchanger 26 or the corresponding fluid outlet of the further heat exchanger 26 is in fluid connection with the cathode sections 2 of the fuel cell stacks 1.

[0048] Stromaufwärts des Kathodengasgebläses 7 ist in einem weiteren Kühlfluidleitabschnitt, der zumindest teilweise parallel zum Kühlfluidleitabschnitt 25 verläuft, eine ergänzende Kühleinheit 28 zum Kühlen von Umgebungsluft angeordnet. Uber die Kühleinheit kann die gekühlte Umgebungsluft oder ein anderes gekühltes sauerstoffhaltiges Fluid direkt dem stromabwärts der Kühleinheit 28 angeordneten Rückführgebläse 11 zugeführt werden. Hierzu ist stromabwärts der Kühleinheit 28 und stromaufwärts des Rückführgebläses 11 in dem weiteren Kühlfluidleitabschnitt ein Kühlfluidgebläse angeordnet. Mittels der Kühleinheit 28 und die darüber zugeführte Umgebungsluft kann das Rückführgebläse 11 bei Bedarf besonders wirksam gekühlt werden. Upstream of the cathode gas blower 7, a supplementary cooling unit 28 for cooling ambient air is arranged in a further cooling fluid guide section which runs at least partially parallel to the cooling fluid guide section 25. The cooled ambient air or another cooled oxygen-containing fluid can be fed directly to the return fan 11 arranged downstream of the cooling unit 28 via the cooling unit. For this purpose, a cooling fluid fan is arranged downstream of the cooling unit 28 and upstream of the return fan 11 in the further cooling fluid guide section. By means of the cooling unit 28 and the ambient air supplied via it, the return fan 11 can be cooled particularly effectively if required.

[0049] Darüber hinaus kann in Fig. 3 erkannt werden, dass die Brennstoffquelle 13 stromaufwärts des Nachbrenners 17 angeordnet ist und mit diesem zum Zuführen von Brennstoff entsprechend in Fluidverbindung steht. Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann der Brennstoff von der Brennstoffquelle 13 über einen Startbrenner 29 dem Nachbrenner 17 zugeführt werden. In addition, it can be seen in FIG. 3 that the fuel source 13 is arranged upstream of the afterburner 17 and is correspondingly in fluid connection therewith for supplying fuel. According to the embodiment shown, the fuel can be fed from the fuel source 13 to the afterburner 17 via a start burner 29.

[0050] Neben der in Fig. 3 dargestellten getrennten Anordnung des Reformers 4 und des Nachbrenners 17 ist noch eine gekoppelte Bauweise dieser beiden Komponenten möglich. Insbesondere kann es von Vorteil sein, wenn der Reformer 4 mit dem Nachbrenner 17 thermisch gekoppelt ist. Hierzu könnten der Reformer 4 und der Nachbrenner 17 nebeneinander, insbesondere in direktem, mechanischen Kontakt miteinander angeordnet sein. Besonders bevorzugt könnte der Nachbrenner 17 ringförmig um den Reformer 4 herum angeordnet sein. In addition to the separate arrangement of the reformer 4 and the afterburner 17 shown in FIG. 3, a coupled construction of these two components is also possible. In particular, it can be advantageous if the reformer 4 is thermally coupled to the afterburner 17. For this purpose, the reformer 4 and the afterburner 17 could be arranged next to one another, in particular in direct mechanical contact with one another. The afterburner 17 could particularly preferably be arranged in a ring around the reformer 4.

[0051] Durch das dargestellte und erläuterte Rückführen des Anodenabgases wird Wasser, das sich in dampfförmigen Anteilen im Anodenabgas befindet, zum Reformer 4 geführt. D.h., durch die Anodenabgasrückführung kann dem Reformer 4 Wasser zugeführt werden. Hierdurch kann eine separate Wasserzufuhr zum Reformer 4 entsprechend reduziert oder auf eine solche zumindest zeitweise vollständig verzichtet werden. Through the illustrated and explained recirculation of the anode exhaust gas, water that is present in vaporous proportions in the anode exhaust gas is fed to the reformer 4. That is, water can be fed to the reformer 4 through the anode exhaust gas recirculation. As a result, a separate water supply to the reformer 4 can be correspondingly reduced or at least temporarily completely dispensed with.

[0052] In Fig. 4 ist ein Kraftfahrzeug 1000 mit einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem 100 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 100 erzeugt die im Kraftfahrzeug 1000 erforderliche elektrische Energie. Das Kraftfahrzeug 1000 weist ferner einen Elektromotor 200 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 1000 unter zumindest teilweiser Verwendung der durch das Brennstoffzellensystem 100 erzeugten elektrischen Energie auf. Das Brennstoffzellensystem 100 des Kraftfahrzeugs 100 ist zum Durchführen des mit Bezug auf Fig. 1 erläuterten Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug 1000 kann nicht nur als rein elektrisches Kraftfahrzeug 1000, sondern auch als elektrisches Hybridfahrzeug mit Brennkraftmaschine bereitgestellt werden. In Fig. 4, a motor vehicle 1000 is shown with a fuel cell system 100 as described above. The fuel cell system 100 generates the electrical energy required in the motor vehicle 1000. The motor vehicle 1000 furthermore has an electric motor 200 for driving the motor vehicle 1000 with at least partial use of the electrical energy generated by the fuel cell system 100. The fuel cell system 100 of the motor vehicle 100 is configured and designed to carry out the method explained with reference to FIG. 1. The motor vehicle 1000 can be provided not only as a purely electric motor vehicle 1000, but also as an electric hybrid vehicle with an internal combustion engine.

[0053] Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden. In addition to the illustrated embodiments, the invention permits further design principles. That is to say, the invention should not be viewed as being restricted to the exemplary embodiments explained with reference to the figures.

Österreichisches Austrian

BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 100 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 100

Brennstoffzellenstapel Anodenabschnitt Kathodenabschnitt Reformer Anodenzuführabschnitt Anodenrückführabschnitt Kathodengasgebläse Wärmetauscher Fuel cell stack Anode section Cathode section Reformer Anode feed section Anode return section Cathode gas fan Heat exchanger

erster Fluidleitabschnitt zweiter Fluidleitabschnitt Rückführgebläse Verdampfer Brennstoffquelle Reformerzuführabschnitt Zusammenführabschnitt Gabelabschnitt Nachbrenner first fluid guide section second fluid guide section return fan evaporator fuel source reformer feed section merging section fork section afterburner

erster Fluideingang zweiter Fluideingang Fluidausgang first fluid inlet second fluid inlet fluid outlet

poröse Trennschicht Anodenabgaseingang Anodenabgasausgang Gebläseabschnitt Kühlfluidleitabschnitt Wärmetauscher Wärmetauscher Kühleinheit porous separating layer anode exhaust gas inlet anode exhaust gas outlet fan section cooling fluid guide section heat exchanger heat exchanger cooling unit

Startbrenner Brennstoffzellensystem Start burner fuel cell system

AT 521 650 B1 2020-09-15 AT 521 650 B1 2020-09-15

Claims

1. Fuel cell system (100), comprising:

- At least one fuel cell stack (1) with an anode section (2) and a cathode section (3),

- An anode feed section (5) for feeding reformed anode feed gas from a reformer (4) to the anode section (2),

- the reformer (4) for reforming reformer feed gas,

- A reformer feed section (14) for feeding the reformer feed gas to the reformer (4),

- An anode return section (6) for returning anode exhaust gas for reuse in the anode section (2),

- A heat exchanger (8) with a first fluid conducting section (9) for conducting the anode exhaust gas and a second fluid conducting section (10) for conducting the reformer feed gas, the first fluid conducting section (9) and the second fluid conducting section (10) within the heat exchanger (8) at least in sections for a heat transfer between the anode exhaust gas and the reformer feed gas are in heat-transferring connection with one another, and

- A blower section (24) downstream of the first fluid guide section (9) and upstream of the second fluid guide section (10) with a return fan (11) arranged therein for guiding the anode exhaust gas from the first fluid guide section (9) via the fan section (24) to the second fluid guide section ( 10),

- A cooling fluid guide section (25) for supplying a cooling fluid into the fan section (24) upstream of the return fan (11) for cooling the anode exhaust gas in the fan section (24) upstream of the return fan (11),

- A fuel source (13) which is arranged upstream of the heat exchanger (8), and

- An evaporator (12) integrated into the heat exchanger (8) for evaporating fuel from the fuel source (13).

2. The fuel cell system (100) according to claim 1, characterized in that a cathode gas fan (7) for supplying the cooling fluid in the form of cathode supply gas is arranged upstream of the cooling fluid duct section (25).

3. Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims,

characterized in that

the second fluid conducting section (10) has a first fluid inlet (18) for introducing the recirculated anode exhaust gas and / or the cooling fluid into the second fluid conducting section (10), a second fluid inlet (19) for introducing evaporated fuel into the second fluid conducting section (10), and has a fluid outlet (20) for outputting a fluid mixture in the form of the reformer feed gas from the recirculated anode exhaust gas, the cooling fluid and / or the evaporated fuel, a porous separating layer (21) being configured within the second fluid guide section (10) through which evaporated fuel for Mixing with the recirculated anode exhaust gas and / or the cooling fluid can flow.

4. The fuel cell system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first fluid guide section (9) and the second fluid guide section (10) within the heat exchanger (8) for guiding the anode exhaust gas and the reformer supply gas in opposite directions are at least partially configured in opposite directions .

5. Fuel cell system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in the anode return section (6) a fork section (16) for branching off part of the anode exhaust gas in the direction of the first fluid guide section (9) and another part of the anode exhaust gas in the direction of an afterburner (17) of the fuel cell system (100) is arranged.

6. The method for operating a fuel cell system according to one of the preceding claims, wherein the anode exhaust gas is simultaneously sucked through the first fluid duct section (9) by means of the return fan (11) and then via the return fan (11) through the second fluid duct section (10) and the cooling fluid be conveyed via the return fan (11) through the second fluid guide section (10) in the direction of the reformer (4).

7. The method according to claim 6, characterized in that the cooling fluid is conveyed through the cathode gas fan (7) in the form of ambient air from the surroundings of the fuel cell system (100) into the cooling fluid guide section (25).

8. The method according to any one of claims 6 to 7, characterized in that the evaporator (12) from the fuel source (13) is supplied with fuel which predominantly, in particular more than 80%, has hydrocarbon-containing fuel.

9. Motor vehicle (1000) with a fuel cell system (100) according to one of claims 1 to 5 for providing electrical energy and at least one electric motor (200) for driving the motor vehicle (1000) with at least partial use of the electrical energy generated by the fuel cell system ( 100) is provided, wherein the fuel cell system (100) is configured and designed to carry out a method according to one of claims 6 to 8.

For this purpose 2 sheets of drawings