-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
-
Ein
derartiges Brennstoffzellensystem ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 002 337
A1 bekannt und umfasst eine Brennstoffzehle zur Stromerzeugung
aus Oxidatorgas und Brenngas sowie einen Reformer zur Brenngaserzeugung
aus Oxidatorgas und Kraftstoff. Des Weiteren ist eine Anodenabgasleitung
zum Abführen
von Anodenabgas aus der Brennstoffzelle vorgesehen, die eingangsseitig
an die Brennstoffzelle angeschlossen ist. Eine Reformeroxidatorleitung
zur Versorgung des Reformers mit Oxidatorgas ist an den Reformer
angeschlossen. Außerdem
ist eine Rezirkulationsleitung zum Rückführen von Anodenabgas zum Reformer
vorgesehen, die eingangsseitig an die Anodenabgasleitung und ausgangsseitig
an den Reformer angeschlossen ist. Zum Antreiben des Anodenabgases
ist eine Fördereinrichtung
vorgesehen, die beim bekannten Brennstoffzellensystem in die Rezirkulationsleitung
eingebunden ist. Beim bekannten Brennstoffzellensystem ist außerdem ein
Rezirkulationswärmeübertrager vorgesehen,
der einerseits stromauf der Fördereinrichtung
in die Rezirkulationsleitung und andererseits in eine an die Brennstoffzelle
angeschlossene Brennstoffzellenoxidatorleitung zur Versorgung der
Brennstoffzelle mit Oxidatorgas eingebunden ist. Mit Hilfe dieses
Rezirkulationswärmeübertragers
kann das rezirkulierte Anodenabgas gekühlt werden. Hierdurch ist es
beim bekannten Brennstoffzellensystem möglich, die Fördereinrichtung
als Niedertemperaturgaspumpe auszugestalten, die als solche vergleichsweise
preiswert realisierbar ist.
-
-
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art, eine verbesserte
Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere durch eine vergleichsweise preiswerte
Realisierbarkeit auszeichnet.
-
Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
Die
Erfindung beruht bei einer ersten Lösung auf dem allgemeinen Gedanken,
eine für
hohe Temperaturen geeignete Fördereinrichtung,
nämlich
einen Heißgasförderer zu
verwenden, der so ausgestaltet ist, dass er zum Antreiben von ungekühltem Anodenabgas
geeignet ist. Durch die Verwendung eines derartigen Heißgasförderers
kann eine zusätzliche
Kühlung des
Anodenabgases entfallen. Insbesondere kann somit auf einen Rezirkulationswärmeübertrager
verzichtet werden. Die damit einhergehende Kostenersparnis kann
die Mehrkosten eines Heißgasförderers
gegenüber
einem Niedertemperaturgasförderer überkompensieren.
Gleichzeitig hebt das dem Reformer im wesentlichen ungekühlt zugeführte Anodenabgas
die Prozesstemperatur im Reformer an, was die Verdampfung des in
der Regel flüssigen
Kraftstoffs und die Gemischbildung im Reformer verbessert. Die Verwendung
des Heißgasförderers
kann somit zu einer Steigerung des Wirkungsgrads des gesamten Brennstoffzellenprozesses
führen.
-
Geeignete
Heißgasförderer finden
sich z.B. bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen. Dort kommen Frischgasladeeinrichtungen
zum Einsatz, die sich auch frischgasseitig auf relativ hohe Temperaturen
aufheizen können.
Dementsprechend kann der Heißgasförderer des
Brennstoffzellensystems bei einer bevorzugten Ausführungsform
durch einen Verdichter einer solchen Frischgasladeeinrichtung gebildet
oder zumindest nach Art eines derartigen Verdichters ausgestaltet
sein. Auf diese Weise kann auf zuverlässige Konstruktionen zurückgegriffen
werden, die in Abhängigkeit
der zu fördernden
Volumenströme
entweder direkt anwendbar sind oder noch hinsichtlich des im Brennstoffzellensystem
zu fördernden
Volumenstrom modifiziert werden müssen. Beispielsweise kann es
sich bei einer derartigen Frischgasladeeinrichtung um einen Abgasturbolader
handeln, dessen Verdichter als Heißgasförderer verwendet wird und der
im Brennstoffzellensystem mit oder ohne Turbine zur Anwendung kommt.
-
Alternativ
kann der Heißgasförderer auch durch
eine Saugstrahlpumpe gebildet sein, an deren Saugseite die Rezirkulationsleitung
angeschlossen ist und die in Durchströmungsrichtung in die Reformeroxidationsleitung
eingebunden ist. Eine derartige Saugstrahlpumpe kann durch die Verwendung
entsprechender Materialien vergleichsweise preiswert mit der benötigten Hitzebeständigkeit
ausgestattet werden, wodurch die Fördereinrichtung besonders preiswert
realisierbar ist.
-
Entsprechend
einer zweiten Lösung
beruht die vorliegende Erfindung auf dem allgemeinen Gedanken, das
Anodenabgas stromauf der Fördereinrichtung
durch Zumischung zu dem dem Reformer zugeführten Oxidatorgas abzukühlen. Die
Fördereinrichtung
fördert
dann ein Gemisch aus Oxidatorgas und Anodenabgas, dessen Temperatur
gegenüber der
Temperatur des ungekühlten
Anodenabgases beträchtlich
reduziert ist. Je nach Mischungsverhältnis ist es somit auch bei
dieser Ausführungsform möglich, auf
einen Rezirkulationswärmeübertrager zu
verzichten, wobei gleichzeitig die Fördereinrichtung nur auf vergleichsweise
niedrige Gastemperaturen ausgelegt werden muss, so dass z.B. ein
preiswerter Niedertemperaturgasförderer
einsetzbar ist.
-
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Es
zeigen, jeweils schematisch,
-
1 bis 8 jeweils
eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Brennstoffzellensystems
bei unterschiedlichen Ausführungsformen.
-
Entsprechend
den 1 bis 8 umfasst ein Brennstoffzellensystem 1,
das bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, zumindest
eine Brennstoffzelle 2 und einen Reformer 3. Die
Brennstoffzelle 2 dient zur Erzeugung von Strom, den sie
in bekannter Weise aus einem Oxidatorgas und einem Brenngas erzeugt.
Die Brennstoffzelle 2 kann beispielsweise als Festkörper-Brennstoffzelle
(SOFC) und vorzugsweise als Hochtemperatur-Brennstoffzelle ausgebildet
sein. Für
die Stromerzeugung wird die Brennstoffzelle 2 kathodenseitig
mit dem Oxidatorgas versorgt, das beispielsweise durch Luft oder durch
reinen Sauerstoff gebildet ist. Außerdem wird die Brennstoffzelle 2 im
Betrieb anodenseitig mit dem Brenngas versorgt, das wasserstoffhaltig
ist. Dementsprechend weist die Brennstoffzelle 2 hier einen Anodeneingang 4,
einen Anodenausgang 5, einen Kathodeneingang 6,
einen Kathodenausgang 7 und zumindest einen elektrischen
Anschluss oder Stromanschluss 8 auf. Über den wenigstens einen Stromanschluss 8 ist
zumindest ein elektrischer Verbraucher 9 an die Brennstoffzelle 2 bzw.
an das Brennstoffzellensystem 1 angeschlossen bzw. anschließbar.
-
Bei
einem in einem Kraftfahrzeug angeordneten Brennstoffzellensystem 1 handelt
es sich bei den elektrischen Verbrauchern 9 vorzugsweise
um solche, die für
den normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs nicht erforderlich sind.
Vielmehr dienen diese Verbraucher dem Fahrzeugführer zur Komfortsteigerung,
wenn das Fahrzeug ruht, also wenn eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs
ausgeschaltet ist. Das Brennstoffzellensystem 1 stellt
im Fahrzeug demnach eine motorunabhängige Stromversorgung bereit.
Verbraucher 9 können
beispielsweise sein, eine Klimaanlage, ein Fernsehgerät, ein Kühlschrank,
eine Kochstelle, eine Mikrowellenherd und das Brennstoffzellensystem 1 selbst.
Insbesondere kann das Brennstoffzellensystem 1 im Fahrzeugbetrieb
eine Lichtmaschine ersetzen, so dass sämtliche elektrische Verbraucher
des Fahrzeugs dann mit der Brennstoffzelle 2 verbundene
Verbraucher 9 sind.
-
Der.
Reformer 3 dient zur Erzeugung des wasserstoffhaltigen
Brenngases, das er in bekannter Weise aus Oxidatorgas, vor zugsweise
Luft oder Sauerstoff, und aus Kraftstoff, vorzugsweise Kohlenwasserstoffe,
generiert. Bevorzugt, wird als Kraftstoff zur Versorgung des Reformers 3 derjenige
Kraftstoff verwendet, der in dem mit dem Brennstoffzellensystem 1 ausgestatteten
Fahrzeug zur Versorgung einer Brennkraftmaschine ohnehin zur Verfügung steht, also
zum Beispiel Benzin, Diesel, Erdgas.
-
Der
Reformer 3 umfasst einen Gemischbildungsabschnitt 10 und
unmittelbar daran angrenzend einen Katalysatorabschnitt 11.
Im Gemischbildungsabschnitt 10 erfolgt die Bildung eines
Gemischs aus Oxidatorgas und Kraftstoff. Gleichzeitig kann der Gemischbildungsabschnitt 10 auch
als Verdampfer arbeiten, wenn ein flüssiger Kraftstoff verwendet
wird. Am Gemischbildungsabschnitt 10 sind ein Kraftstoffeingang 12 und
ein Oxidatoreingang 13 des Reformers 3 angeordnet.
Bei den Ausführungsformen
der 1, 3 und 4 weist
der Reformer 3 außerdem
einen Rezirkulationseingang 14 auf.
-
Der
Katalysatorabschnitt 11 dient zur Umsetzung des vom Gemischbildungsabschnitt 10 bereitgestellten
Gemischs in wasserstoffhaltiges Brenngas. Hierzu umfasst der Katalysatorabschnitt 11 einen
Katalysator 15 aus einem zur Herstellung eines derartigen
Brenngases geeigneten Katalysatormaterial, das z.B. auf ein geeignetes
Substrat, beispielsweise aus Keramik oder Metall aufgebracht ist.
Am Katalysatorabschnitt 11 ist ein Brenngasausgang 16 des
Reformers 3 ausgebildet, der über eine Brenngasleitung 17 mit
dem Anodeneingang 4 verbunden ist.
-
Zur
Versorgung der Brennstoffzelle 2 und des Reformers 3 mit
Oxidatorgas ist zumindest eine Oxidatorversorgungseinrichtung 18 vorgesehen,
die beispielsweise eine Brennstoffzellenoxidatorleitung 19,
die an den Kathodeneingang 6 angeschlossen ist, und eine
Reformeroxidatorleitung 20 aufweist, die an den Oxidatoreingang 13 angeschlossen
ist. Die beiden Oxidatorleitungen 19, 20 zweigen
beispielsweise bei 21 von einer gemeinsamen Oxidatorversorgungsleitung 22 ab,
in der eine Pumpeinrichtung 23 zum Antreiben des Oxidatorgases
zur Brennstoffzelle 2 bzw. zum Reformer 3 angeordnet
ist. Die Abzweigstelle 21 kann durch eine Ventilanordnung
gebildet sein, die den Durchfluss durch die eine und/oder durch
die andere Oxidatorleitung 19, 20 steuert bzw.
regelt. Alternativ können
auch zwei separate Oxidatorversorgungseinrichtungen 18 vorgesehen
sein, die Reformer 3 und Brennstoffzelle 2 getrennt
mit Oxidatorgas versorgen.
-
Zur
Versorgung des Reformers 3 mit Kraftstoff ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 24 vorgesehen,
die eine an den Kraftstoffeingang 12 angeschlossene Kraftstoffversorgungsleitung 25 sowie eine
darin angeordnete Pumpeinrichtung 26 aufweist.
-
An
den Kathodenausgang 7 ist eine Kathodenabgasleitung 27 zum
Abführen
von Kathodenabgas angeschlossen. An den Anodenausgang 5 ist eine
Anodenabgasleitung 28 zum Abführen von Anodenabgas angeschlossen.
Bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen ist das Brennstoffzellensystem 1 au ßerdem mit
einem Restgasbrenner 29 ausgestattet, in dem eine Verbrennungsreaktion stattfindet,
um im Anodenabgas vorhandenes restliches Brenngas mit im Kathodenabgas
vorhandenem Oxidatorgas zu verbrennen. Der Restgasbrenner 29 weist
eingangsseitig einen Kathodenabgaseingang 30 sowie einen
Anodenabgaseingang 31 auf. Ausgangsseitig besitzt der Restgasbrenner 29 einen Brennerabgasausgang 32.
Die Kathodenabgasleitung 27 ist an den Kathodenabgaseingang 30 angeschlossen,
während
die Anodenabgasleitung 28 an den Anodenabgaseingang 31 angeschlossen
ist. An den Brennerabgasausgang 32 ist eine Brennerabgasleitung 33 angeschlossen.
Zur Ausnutzung der im Brennerabgas enthaltenen Wärme kann das Brennstoffzellensystem 1 außerdem mit
einem Wärmeübertrager 34 ausgestattet
sein, der im folgenden auch als Hauptwärmeübertrager 34 bezeichnet
wird. Der Hauptwärmeübertrager 34 ist
einerseits in die Brennerabgasleitung 33 stromab des Restgasbrenners 29 und
andererseits in die Brennstoffzellenoxidatorleitung 19 eingebunden.
Der Hauptwärmeübertrager 34 ermöglicht somit
eine wärmeübertragende
Kopplung zwischen dem Brennerabgas und dem der Brennstoffzelle 2 zugeführten Oxidatorgas.
-
Des
Weiteren kann das Brennstoffzellensystem 1 optional mit
einem weiteren Wärmeübertrager 35 ausgestattet
sein, der im folgenden auch als Zusatzwärmeübertrager 35 bezeichnet
wird. Der Zusatzwärmeübertrager 35 ist
einerseits in die Brennerabgasleitung 33 stromab des Hauptwärmeübertragers 34 und
andererseits in einen Abwärmepfad 36 eingebunden.
Der Abwärmepfad 36 dient
ebenfalls zur Nutzung von im Brennerabgas enthaltener Wärme. Beispielsweise
ist der Abwärmepfad 36 durch eine
Kühlmittelleitung
eines Kühlmittelkreises
der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gebildet. Das Brennstoffzellensystem 1 kann
dann beispielsweise als Zuheizer für die Brennkraftmaschine genutzt
werden. Alternativ kann der Abwärmepfad 36 durch
eine Warmluftleitung einer Innenraumheizeinrichtung des Fahrzeugs
gebildet sein. Das Brennstoffzellensystem 1 lässt sich
dann als Standheizung für
das Fahrzeug verwenden, wenn ein Gebläse der Innenraumheizeinrichtung
einen der Verbraucher 9 bildet.
-
Das
Brennstoffzellensystem 1 ist außerdem mit einer Rezirkulationsleitung 37 ausgestattet,
die eingangsseitig über
eine Anschlussstelle 38 an die Anodenabgasleitung 28 angeschlossen
ist. Ausgangsseitig ist die Rezirkulationsleitung 37 bei
den Ausführungsformen
der 1, 3 und 4 über den
Rezirkulationseingang 14 an den Reformer 3 und bei
den Ausführungsformen
der 2 und 5 bis 8 über eine
Anschlussstelle 39 an die Reformeroxidatorleitung 20 angeschlossen.
Die Rezirkulationsleitung 37 ermöglicht somit eine direkte oder
indirekte Rückführung von
Anodenabgas in den Reformer 3.
-
Das
Brennstoffzellensystem 1 weist außerdem eine Fördereinrichtung 40 auf,
die zum Antreiben des Anodenabgases dient.
-
Bei
den Ausführungsformen
der 1 bis 6 weist die Fördereinrichtung 40 einen
Heißgasförderer 41 auf,
der so ausgestaltet ist, dass er sich zum Antreiben von ungekühltem Anodenabgas
eignet. Bei den Ausführungsformen
der 1 bis 3 und 6 ist die
Fördereinrichtung 40 durch
einen Abgasturbo lader 42 gebildet, der in üblicher
Weise einen Verdichter 43 und eine damit antriebsgekoppelte
Turbine 44 aufweist. Der Verdichter 43 des Abgasturboladers 42 bildet
den Heißgasförderer 41 der Fördereinrichtung 40.
Die Turbine 44 ist in die Brennerabgasleitung 33 eingebunden.
Bei den in den 1, 2 und 6 gezeigten
Ausführungsformen
ist die Turbine 44 stromauf des Hauptwärmeübertragers 34 in die
Brennerabgasleitung 33 eingebunden. Bei der in 3 gezeigten
Ausführungsform ist
die Turbine 44 stromab des Hauptwärmeübertragers 34 in die
Brennerabgasleitung 33 eingebunden. Die in 2 gezeigte
Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
Ausführungsform dadurch,
dass bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
die Rezirkulationsleitung 37 ausgangsseitig über den
Rezirkulationseingang 14 an den Reformer 3 angeschlossen
ist, während
sie bei der Ausführungsform
gemäß 2 über die
Anschlussstelle 39 an die Reformeroxidatorleitung 20 angeschlossen
ist. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform
erfolgt somit innerhalb der Reformeroxidatorleitung 20 stromab
der Anschlussstelle 39 eine Gemischbildung zwischen Oxidatorgas
und Anodenabgas.
-
Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die Rezirkulationsleitung 37 analog
zur Ausführungsform
gemäß 1 an
den Reformer 3 angeschlossen. Ebenso ist es analog zur
Ausführungsform
gemäß 2 möglich, auch
hier die Rezirkulationsleitung 37 an die Reformeroxidatorleitung 20 anzuschließen.
-
Bei
den Ausführungsformen
der 1 bis 4 ist der Heißgasförderer in
die Rezirkulationsleitung 37 eingebunden, während er
bei der Ausführungsform
gemäß 6 in
die Reformeroxdiatorleitung 20 stromab der Anschlussstelle 39 eingebunden ist.
Bei dieser Ausführung
wird dem Verdichter 43 saugseitig ein Gemisch aus Oxidatorgas
und Anodenabgas zugeführt,
das jedenfalls kälter
ist als das ungekühlte
Anodenabgas. Die Ausführungsform
gemäß 6 entspricht
dabei weitgehend einer Abwandlung der Ausführung gemäß 1. Analoge Abwandlungen
sind auch zu den Ausführungen
der 2 bis 4 möglich, um den Verdichter 43 durch Zumischung
zum Reformeroxidatorgas mit gekühltem
Anodenabgas zu beaufschlagen.
-
Zur
Realisierung des Abgasturboladers 42 ist es insbesondere
möglich,
auf eine als Abgasturbolader ausgestaltete Frischgasladeeinrichtung
einer Brennkraftmaschine zurückzugreifen.
Hierdurch ist es möglich,
bestehende und in der Praxis bewährte Abgasturbolader
zum Antreiben des Anodenabgases zu verwenden. In Abhängigkeit
des im jeweiligen konkreten Brennstoffzellensystem 1 zu
fördernden Volumenstroms
von Anodenabgas ist es grundsätzlich
möglich,
einen tatsächlich
existierenden Turbolader, der an sich zur Aufladung einer Brennkraftmaschine
dient, im Brennstoffzellensystem 1 zu verwenden. Alternativ
kann eine funktionsfähige
Konstruktion vergleichsweise einfach an den zu fördernden Volumenstrom adaptiert
werden. Im einfachsten Fall kann der jeweilige Abgasturbolader 42 mit
seiner Turbine verwendet werden. Auf diese Weise können beispielsweise
die in den 1 bis 3 und 6 gezeigten
Ausführungsformen
realisiert werden.
-
Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform umfasst die Fördereinrichtung 40 einen
Elektroantrieb 45 zum Antreiben des Heißgasförderers 41. Zur Realisierung
des Heißgasförderers 41 kann
grundsätzlich
wieder auf an sich bekannte Frischgasladeeinrichtungen von Brennkraftmaschinen
zurückgegriffen
werden. Beispielsweise kann der Heißgasförderer 43 wieder durch
einen Verdichter eines Abgasturboladers gebildet werden, der hier
ohne seine Turbine zum Einsatz kommt. Die Turbine ist dabei durch den
Elektroantrieb 45 ersetzt. Alternativ sind für aufgeladene
Brennkraftmaschinen auch Frischgasladeeinrichtungen mit einem. elektrisch
oder mechanisch angetriebenen Lader 46 bekannt, wobei dann
besagter Lader 46 als Heißgasförderer 41 verwendet
werden kann.
-
Auch
bei der in 4 gezeigten Ausführungsform
ist die Rezirkulationsleitung 37 über den Rezirkulationseingang 14 an
den Reformer 3 angeschlossen. Alternativ ist auch hier
denkbar, die Rezirkulationsleitung 37 ausgangsseitig an
die Reformeroxidatorleitung 20 anzuschließen.
-
Die
in den Ausführungsformen
der 1 bis 4 und 6 verwendeten
Heißgasförderer 41 können somit
grundsätzlich
nach Art eines Verdichters 43 ausgestaltet werden, wie
er an sich aus Frischgasladeeinrichtungen von Brennkraftmaschinen
bekannt ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Ausfüh rungsformen
beschränkt,
sondern soll grundsätzlich
jeglichen geeigneten Heißgasförderer 41 erfassen.
-
Bei
der in 5 gezeigten Ausführungsform ist der Heißgasförderer 41 durch
eine Saugstrahlpumpe 47 gebildet. Die Saugstrahlpumpe 47 weist ein
Venturi-Rohr 48 auf, das einen Einlass 49, einen Auslass 50 und
einen seitlichen Sauganschluss 51 der Saugstrahlpumpe 47 definiert.
Die Saugstrahlpumpe 47 ist in die Reformeroxidatorleitung 20 eingebunden.
Hierzu ist die Reformeroxidatorleitung 20 an den Einlass 49 und
den Auslass 50 angeschlossen. Die Rezirkulationsleitung 47 ist
ausgangsseitig an den Sauganschluss 51 angeschlossen. Die Saugstrahlpumpe 47 lässt sich
besonders einfach durch Verwendung entsprechender Materialien mit der
erforderlichen Heißgasbeständigkeit
versehen und lässt
sich dadurch besonders preiswert realisieren. Bei der Ausführungsform
gemäß 5 ist
die Rezirkulationsleitung 37 über die Fördereinrichtung 40 an
die Reformeroxidatorleitung 20 angeschlossen.
-
Bei
den Ausführungsformen
der 6 bis 8 ist die Fördereinrichtung 40 in
die Reformeroxidatorleitung 20 eingebunden. Des Weiteren
ist bei diesen Ausführungsformen
die Rezirkulationsleitung 37 stromauf der Fördereinrichtung 40 über die
Anschlussstelle 39 an die Reformeroxidatorleitung 20 angeschlossen.
Bei diesen Ausführungsformen kommt
es in der Reformeroxidatorleitung 20 stromab der Anschlussstelle 39 zu
einer Durchmischung zwischen Anodenabgas und dem Reformer 3 zugeführten Oxidatorgas.
Hierdurch kommt es zu einer Abkühlung
des Anodenabgases bis das Gemisch die Saugsei te der Fördereinrichtung 40 erreicht.
Dementsprechend ist es bei dieser Ausführungsform grundsätzlich möglich, die
Fördereinrichtung 40 für vergleichsweise
niedrige Temperaturen auszulegen, so dass sie insgesamt vergleichsweise
preiswert ausgestaltet werden kann. Die in 8 gezeigte Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 7 gezeigten
Ausführungsform
dadurch, dass gemäß 8 optional
ein Rezirkulationswärmeübertrager 52 vorgesehen
sein kann, der einerseits in die Rezirkulationseinheit 37 und
andererseits in die Brennstoffzellenoxidatorleitung 19 eingebunden
ist. Der Rezirkulationswärmeübertrager 52 realisiert
dadurch eine wärmeübertragende
Kopplung zwischen dem rückgeführten Anodenabgas
und dem der Brennstoffzelle 2 zugeführten Oxidatorgas, wodurch
das Anodenabgas signifikant abgekühlt werden kann. Im gezeigten
Beispiel ist der Rezirkulationswärmeübertrager 52 stromauf
des Hauptwärmeübertragers 34 in die
Brennstoffzellenoxidatorleitung 19 eingebunden.
-
Alternativ
ist auch eine Ausführungsform möglich, bei
welcher der Rezirkulationswärmeübertrager 52 stromauf
der Anschlussstelle 39 in die Reformeroxidatorleitung 20 eingebunden
ist.
-
Bei
den hier gezeigten Ausführungsformen ist
das Brennstoffzellensystem 1 außerdem mit einer thermisch
isolierenden Isolationsbox 53 ausgestattet, die hier durch
eine unterbrochene Linie angedeutet ist. Innerhalb dieser Isolationsbox 53 sind
die besonders heißen
Komponenten des Brennstoffzellensystems 1 angeordnet. In
jedem Fall sind im Inneren der Isolationsbox 53 die Brennstoffzelle 2 und – soweit vorhanden – der Restgasbrenner 29 und
der Hauptwärmeübertrager 34 angeordnet.
Bei den Ausführungsformen
der 1 bis 6 ist außerdem die Fördereinrichtung 40 zumindest
teilweise innerhalb der Isolationsbox 53 angeordnet. Beispielsweise kann
der Elektroantrieb 45 gemäß 4 außerhalb der
Isolationsbox 53 angeordnet sein. Ebenso kann bei diesen
Ausführungsformen
der Reformer 3 innerhalb der Isolationsbox 53 angeordnet
sein. Im Unterschied dazu ist bei den Ausführungsformen der 7 und 8 die
Fördereinrichtung 40 außerhalb der
Isolationsbox 53 angeordnet. Hierdurch benötigt die
Fördereinrichtung 40 nur
eine vergleichsweise geringe Hitzebeständigkeit, wodurch sie sich
vergleichsweise preiswert realisieren lässt. Ebenso kann bei diesen
Ausführungsformen
der Reformer 3 bevorzugt außerhalb der Isolationsbox 53 angeordnet
sein. Bei allen Ausführungsformen
sind vorzugsweise der Zusatzwärmeübertrager 35 und
der jeweilige Verbraucher 9 außerhalb der Isolationsbox 53 angeordnet.
Das Brennstoffzellensystem 1 kann außerdem eine Sensorik 54 aufweisen,
die im vorliegenden Fall durch mehrere Temperatursensoren 55 gebildet
ist, die an geeigneten Messstellen angeordnet sind. Beispielsweise
befindet sich ein Temperatursensor 54 zwischen dem Gemischbildungsabschnitt 10 und
dem Katalysatorabschnitt 11 des Reformers 11.
Ein weiterer Temperatursensor 55 ist am Brenngasausgang 16 angeordnet.
Ein Temperatursensor 55 kann außerdem am Brennerabgasausgang 32 oder
am Eingang des Hauptwärmeübertragers 34 angeordnet
sein. Ferner kann auch am Anodenausgang 5 ein weiterer
Temperatursensor 55 angeordnet sein.