DE102006042108A1 - Fuel cell system and method for influencing the heat and temperature balance of a fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel (10) und einer Einrichtung zum Zuführen eines Mediums zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes des Brennstoffzellenstapels. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Medium ein senkrecht zu dessen Strömungsrichtung variables Temperatur- und/oder Volumenstromprofil vermittelbar ist/sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes eines Brennstoffzellenstapels.The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack (10) and a device for supplying a medium for influencing the heat and temperature budget of the fuel cell stack. According to the invention it is provided that the medium is a perpendicular to its flow direction variable temperature and / or volumetric flow profile can be mediated / are. The invention further relates to a method for influencing the heat and temperature balance of a fuel cell stack.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel und einer Einrichtung zum Zuführen eines Mediums zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes des Brennstoffzellenstapels.The The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack and a feeding device a medium for influencing the heat and temperature balance of the Fuel cell stack.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes eines Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellensystem.The The invention further relates to a method for influencing the Warmth- and temperature balance of a fuel cell stack in one Fuel cell system.

Ein Brennstoffzellenstapel ist eine zentrale Komponente eines Brennstoffzellensystems. Dem Brennstoffzellenstapel werden ein wasserstoffreiches Gas und Luft als Oxidationsmittel zugeführt. Unter zumindest teilweiser Umsetzung der Substanzen werden elektrische Energie und Wärme erzeugt. Der Wärmehaushalt eines Brennstoffzellenstapels spielt für die Funktionsfähigkeit des Systems eine wichtige Rolle. Insbesondere bei SOFC-Brennstoffzellen ("Solid Oxide Fuel Cell") liegen Temperaturen im Bereich des Brennstoffzellenstapels bei von 800°C oder darüber vor, die mittels eines den Brennstoffzellenstapel um- oder durchströmenden Mediums stabilisiert werden müssen. Zu diesem Zweck wird dem Kühlmedium vor dem Eintritt in den Brennstoffzellenstapel eine Temperatur vermittelt, die eine gewisse Differenz zur angestrebten Betriebstemperatur aufweist. In Abhängigkeit der im Brennstoffzellenstapel erzeugten Verlustleistung wird der Volumenstrom des Kühlmediums eingestellt. Dies kann durch die Regelung der Drehzahl eines Kathodenluftgebläses erfolgen.One Fuel cell stack is a key component of a fuel cell system. The fuel cell stack is a hydrogen-rich gas and Air supplied as an oxidizing agent. Under at least partial implementation of the substances are electrical Energy and heat generated. The heat balance a fuel cell stack plays for its functioning of the system plays an important role. Especially in SOFC fuel cells ("Solid Oxide Fuel Cell ") are temperatures in the area of the fuel cell stack at from 800 ° C or above, by means of a fuel cell stack or flowing medium need to be stabilized. For this purpose, the cooling medium gives a temperature before entering the fuel cell stack, which has a certain difference to the desired operating temperature. Dependent on the power loss generated in the fuel cell stack is the Volume flow of the cooling medium set. This can be done by controlling the speed of a cathode air blower.

Problematisch an diesen herkömmlichen Systemen ist, dass keine Temperaturinhomogenitäten im Brennstoffzellenstapel berücksichtigt werden können. Es kann nur die integral über den Brennstoffzellenstapel ermittelte Temperatur für die Regelung berücksichtigt werden. Lokale Überhitzungen bzw. lokale unerwünschte Abkühlungen des Brennstoffzellenstapels können somit nicht immer vermieden werden, was sich negativ auf die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels und des Gesamtsystems auswirkt.Problematic on these conventional systems is that no temperature inhomogeneities in the fuel cell stack considered can be. It can only be the integral over taken into account the fuel cell stack determined temperature for the control become. Local overheating or local unwanted coolings of the fuel cell stack can thus not always be avoided, which adversely affects the performance of the Fuel cell stack and the overall system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes eines Brennstoffzellenstapels zur Verfügung zu stellen, in deren Rahmen die Temperaturinhomo genität im Brennstoffzellenstapel berücksichtigt werden können.Of the Invention is based on the object, a fuel cell system and a method for influencing the heat and temperature budget of a fuel cell stack to disposal to provide, in the context of the Temperaturinhomo genität in the fuel cell stack considered can be.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is achieved by the features of the independent claims.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Brennstoffzellensystem dadurch auf, dass dem Medium ein senkrecht zu dessen Strömungsrichtung variables Temperatur- und/oder Volumenstromprofil vermittelbar ist/sind. Hierdurch ist es möglich, Temperaturinhomogenitäten im Brennstoffzellenstapel zu berücksichtigen, indem heißere Bereiche stärker gekühlt werden als kühlere Bereiche.The Invention builds on the generic fuel cell system in that the medium is a variable perpendicular to its flow direction Temperature and / or volumetric flow profile can be mediated / are. hereby Is it possible, Temperature inhomogeneities to consider in the fuel cell stack, by hotter Areas stronger chilled be cooler Areas.

In diesem Zusammenhang ist es insbesondere von Vorteil, dass das Temperatur- und/oder Volumenstromprofil einstellbar ist/sind. Auch ohne diese Einstellbarkeit kann bei Kenntnis eines zu erwartenden Temperaturprofils im Brennstoffzellenstapel ein nützlicher Temperaturausgleich erfolgen. Durch die Einstellbarkeit kann zusätzlich flexibel auf die tatsächlichen Temperaturverhältnisse im Brennstoffzellenstapel reagiert werden. Diese können beispielsweise durch Temperatursensoren oder die Analyse der einzelnen Zellenspannungen über deren Temperaturabhängigkeit ermittelt werden.In In this context, it is particularly advantageous that the temperature and / or volume flow profile is adjustable / are. Even without this Adjustability can be given knowledge of an expected temperature profile a useful one in the fuel cell stack Temperature compensation done. Due to the adjustability can be additionally flexible on the actual temperature conditions be reacted in the fuel cell stack. These can be, for example by temperature sensors or the analysis of the individual cell voltages over their temperature dependence be determined.

Die Erzeugung des variablen Temperatur- und/oder Volumenstromprofils kann so realisiert sein, dass mehrere Medien führungen vorgesehen sind, die geeignet sind, Medien mit jeweils unterschiedlichen Temperaturen und/oder Volumenströmen zu führen. Beispielsweise führt ein äußeres Rohr wärmere Luft als ein inneres Rohr, so dass die aus den beiden Rohren ausströmende Luft ein nach außen hin ansteigendes Temperaturprofil aufweist.The Generation of the variable temperature and / or volumetric flow profile can be realized so that several media guides are provided, the are suitable media with different temperatures and / or volume flows respectively. For example, leads an outer tube warmer Air as an inner tube, so that the air flowing out of the two tubes an outward has rising temperature profile.

Dies kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass zur Vermittlung eines variablen Temperaturprofils den Medienführungen jeweils Medien mit unterschiedlichen Temperaturen zuführbar sind.This can be realized in particular by the fact that for mediation a variable temperature profile the media guides each media with different Temperatures fed are.

Weiterhin ist nützlicherweise vorgesehen, dass zur Vermittlung eines variablen Volumenstromprofils Medienführungen mit unterschiedlichen Strömungswiderständen vorgesehen sind.Farther is useful provided that for conveying a variable volume flow profile media guides provided with different flow resistance are.

In diesem Zusammenhang kann nützlich sein, dass die Medienführungen mit unterschiedlichen Strömungswiderständen durch Kanäle im Brennstoffzellenstapel mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten realisiert sind. Die unterschiedlichen Medienführungen, die den erfindungsgemäßen Effekt bewirken, müssen dem Brennstoffzellenstapel somit nicht vorgelagert sein. Vielmehr kann auch vorgesehen sein, das variable Volumenstromprofil durch die Variabilität von Strömungsquerschnitten im Brennstoffzellenstapel zu erzeugen.In this relationship can be useful that the media guides with different flow resistance through channels in the fuel cell stack with different flow cross sections are realized. The different media guides, the effect of the invention cause, must The fuel cell stack thus not be upstream. Much more can also be provided, the variable volume flow profile through the variability of flow cross sections to produce in the fuel cell stack.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Medium die dem Brennstoffzellenstapel zuzuführende Kathodenzuluft ist. Grundsätzlich kann jegliches Kühlmedium dazu dienen, den Brennstoffzellensta pel mit variablem Profil zu um- oder durchströmen. Insbesondere kann eine separate Kühlluftanlage hierfür eingerichtet sein. Es ist aber auch möglich, die Kathodenzuluft, die in dem Brennstoffzellenstapel als Prozessluft benötigt wird, zusätzlich zum Zwecke der Kühlung zu verwenden. In diesem Fall kann eine separate Kühleinrichtung entfallen.According to a preferred embodiment of the invention it can be provided that the medium, the Ka to be supplied to the fuel cell stack is thodenzuluft. In principle, any cooling medium can serve to circumnavigate or flow through the fuel cell stack with a variable profile. In particular, a separate cooling air system can be set up for this purpose. However, it is also possible to use the cathode feed, which is required in the fuel cell stack as process air, in addition to the purpose of cooling. In this case, a separate cooling device can be omitted.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass einem dem Brennstoffzellenstapel zuzuführenden Medium ein senkrecht zu dessen Strömungsrichtung variables Temperatur- und/oder Volumenstromprofil vermittelt wird/werden. Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems auch im Rahmen eines Verfahrens umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen besonders vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The Invention builds on the generic method thereby, that a medium to be supplied to the fuel cell stack is a vertical one to the flow direction variable temperature and / or volumetric flow profile is / are taught. In this way, the advantages and special features of the fuel cell system according to the invention also implemented as part of a procedure. This also applies to the following particularly advantageous embodiments the method according to the invention.

Dieses ist in besonders nützlicher Weise dadurch weitergebildet, dass das Temperatur- und/oder Volumenstromprofil in Abhängigkeit des Temperaturprofils des Brennstoffzellenstapels eingestellt wird/werden.This is particularly useful Way further developed in that the temperature and / or volumetric flow profile dependent on the temperature profile of the fuel cell stack is / are set.

Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Temperaturprofil des dem Brennstoffzellenstapel zuzuführenden Mediums zu dem Temperaturprofil des Brennstoffzellenstapels komplementär ist.Farther is advantageously provided that the temperature profile of to be supplied to the fuel cell stack Medium is complementary to the temperature profile of the fuel cell stack.

Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das Volumenstromprofil des dem Brennstoffzellenstapel zuzuführenden Mediums zu dem Temperaturprofil des Brennstoffzellenstapels komplementär ist, in dem Sinne, dass Bereichen des Brennstoffzellensta pels mit niedrigeren Temperaturen ein geringerer Volumenstrom zugeführt wird als Bereichen mit höheren Temperaturen.Also can be provided that the volume flow profile of the fuel cell stack to be supplied Complementary to the temperature profile of the fuel cell stack, in the Meaning that areas of the Brennstoffzellensta pels with lower Temperatures a lower volume flow is supplied as areas with higher Temperatures.

Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass als Medium die dem Brennstoffzellenstapel zuzuführende Kathodenzuluft verwendet wird.The Invention is advantageously developed by the fact that as the medium used to supply the fuel cell stack cathode feed becomes.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand besonders bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The Invention will now be described with reference to the accompanying drawings particularly preferred embodiments exemplified.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems; 1 a schematic representation of a fuel cell system;

2 eine Veranschaulichung eines Brennstoffzellenstapels, der von Luft mit variablem Temperaturprofil angeströmt wird und 2 an illustration of a fuel cell stack, which is impinged by air with variable temperature profile and

3 eine Veranschaulichung der apparativen Auslegung zur Erzeugung eines Luftstroms mit variablem Temperaturprofil. 3 an illustration of the apparatus design for generating an air flow with a variable temperature profile.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems. Das Brennstoffzellensystem umfasst einen Reformer 44, dem über eine Brennstoffzuführung 32 und ein Gebläse 34 Brennstoff beziehungsweise Luft zugeführt werden. Neben der dargestellten Brennstoffzuführung beziehungsweise dem dargestellten Gebläse 34 können weitere Brennstoffzuführungen und Gebläse vorgesehen sein, die eine variable Gestaltung des Reformierungsprozesses erlauben. Im vorliegenden Beispiel wird durch den Reformer 30 eine katalytische Reformierung durchgeführt, die allein auf der Grundlage von Luft als Oxidationsmittel arbeitet. Die vorliegende Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Ebenfalls können andere Oxidationsmittel zum Einsatz kommen, beispielsweise Wasser. In dem Reformer 44 wird ein wasserstoffreiches Reformat 36 erzeugt, das der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt wird. Der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 10 wird über ein Kathodenluftgebläse 28 Kathodenzuluft zugeführt. Ausgangsseitig verlassen Kathodenabluft 38 und Anodenabgas 40 den Brennstoffzellenstapel 10. Das als Anodenabgas 40 den Brennstoffzellenstapel verlassenden abgereicherte Reformat wird einem Nachbrenner 12 zugeführt, in den durch ein Nachbrennerluftgebläse 42 weiterhin Luft als Oxidationsmittel eingebracht wird. Dem Nachbrenner 12 kann ebenfalls noch eine Brennstoffzuführung zugeordnet sein. In dem Nachbrenner 12 findet eine Oxidationsreaktion statt, so dass letztlich vorzugsweise vollständig oxidiertes Abgas den Nachbrenner 12 verlässt. Das Abgas 14 tritt durch einen Wärmetauscher 16 hindurch. Dem Wärmetauscher 16 ist in Strömungsrichtung der von dem Kathodenluftgebläse 28 erforderten Kathodenzuluft ein Volumenstromteiler 30 vorgelagert. Dieser Volumenstromteiler erzeugt einen ersten Kathodenzuluftanteil 18, der durch den Wärmetauscher 16 hindurch tritt und einen zweiten Kathodenluftanteil 20, der den Wärmetauscher 16 umgeht. Vor dem Eintritt der Kathodenzuluft in den Brennstoffzellenstapel 10 werden die Kathodenluftanteile 18, 20 gemischt. Es sind zwei Temperatursensoren 22, 24 vorgese hen, wobei ein erster Temperatursensor 22 die Temperatur der Kathodenzuluft misst, das heißt die Temperatur der miteinander vermischten Kathodenluftanteile 18, 20. Ein weiterer Temperatursensor 24 misst die Temperatur der Kathodenabluft 38. Die von den Temperatursensoren 22, 24 gelieferten Signale werden einem Steuergerät 26 zugeführt, das die Drehzahl des Kathodenluftgebläses 28 und die Einstellung des Volumenstromteilers 30 beeinflusst. Das Steuergerät kann andere Aufgaben übernehmen, beispielsweise die vollständige Steuerung des Brennstoffzellensystems. 1 shows a schematic representation of a fuel cell system. The fuel cell system includes a reformer 44 , via a fuel supply 32 and a fan 34 Fuel or air are supplied. In addition to the illustrated fuel supply or the blower shown 34 For example, further fuel feeds and blowers can be provided, which allow a variable design of the reforming process. In the present example, by the reformer 30 carried out a catalytic reforming, which works solely on the basis of air as the oxidant. However, the present invention is not limited thereto. Likewise, other oxidizing agents can be used, for example water. In the reformer 44 becomes a hydrogen-rich reformate 36 generated, the anode side of a fuel cell stack 10 is supplied. The cathode side of the fuel cell stack 10 is via a cathode air blower 28 Supplied to the cathode. On the output side leave cathode exhaust air 38 and anode exhaust 40 the fuel cell stack 10 , The as anode exhaust gas 40 The depleted reformate leaving the fuel cell stack becomes an afterburner 12 fed into the by an afterburner air blower 42 air is still introduced as an oxidizing agent. The afterburner 12 can also be associated with a fuel supply. In the afterburner 12 takes place an oxidation reaction, so that ultimately preferably fully oxidized exhaust the afterburner 12 leaves. The exhaust 14 passes through a heat exchanger 16 therethrough. The heat exchanger 16 is in the flow direction of the cathode air blower 28 Cathode feed required a volumetric flow divider 30 upstream. This volume flow divider generates a first cathode feed air fraction 18 passing through the heat exchanger 16 passes through and a second portion of cathode air 20 that the heat exchanger 16 bypasses. Before entering the cathode feed into the fuel cell stack 10 become the cathode air fractions 18 . 20 mixed. There are two temperature sensors 22 . 24 vorgese hen, wherein a first temperature sensor 22 measures the temperature of the cathode feed, that is, the temperature of the mixed together Kathodenluftanteile 18 . 20 , Another temperature sensor 24 measures the temperature of the cathode exhaust air 38 , The from the temperature sensors 22 . 24 supplied signals are a control unit 26 supplied, which is the speed of the cathode air blower 28 and the setting of the volume flow divider 30 affected. The controller may perform other tasks, such as complete control of the fuel cell system.

Durch die so vorliegende Anordnung können zwei Regelkreise realisiert werden. Der eine Regelkreis beruht auf der von der Temperatursensor 22 gemessene Kathodenzulufttemperatur, wobei als Stellgröße die Einstellung des Volumenstromteilers dient. Ein weiterer Regelkreis kann auf der Grundlage der von der Temperatursensor 24 gemessene Kathodenablufttemperatur arbeiten, wobei hier als Stellgröße die Drehzahl des Kathodenluftgebläses 28 verwendet wird. Ebenfalls ist möglich, den die Drehzahl des Kathodenluftgebläses 28 verwendenden Regelkreis auf der Grundlage der Temperaturdifferenz zwischen den Temperatursensoren 22, 24 für die Kathodenzuluft und die Kathodenabluft zu betreiben. In jedem Fall stehen im Vergleich zu herkömmlichen Systemen des Standes der Technik, bei denen gewöhnlich eine Regelung der Kathodenluftmenge auf der Grundlage der Kathodenablufttemperatur erfolgt, zusätzliche Möglichkeiten zur Verfügung, um den Betrieb des Brennstoffzellensystems zu beeinflussen, insbesondere im Hinblick auf den Wärme- und Temperaturhaushalt des Brennstoffzellenstapels 10.By means of the present arrangement, two control loops can be realized. The one control circuit is based on that of the temperature sensor 22 measured cathode inlet temperature, wherein the manipulated variable is the setting of the volume flow divider. Another control loop can be based on that of the temperature sensor 24 Measured cathode exhaust temperature work, in which case as a manipulated variable, the speed of the cathode air blower 28 is used. It is also possible that the speed of the cathode air blower 28 using the control loop based on the temperature difference between the temperature sensors 22 . 24 to operate for the cathode supply and the cathode exhaust air. In any event, in comparison to conventional prior art systems which typically control the amount of cathode air based on the cathode exhaust temperature, additional options are available to affect the operation of the fuel cell system, particularly with regard to heat and temperature management of the fuel cell stack 10 ,

Mit dem in 1 realisierten System wird eine Homogenisierung des Temperaturprofils im Brennstoffzellenstapel erreicht, die alternativ oder zusätzlich zu den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nützlich eingesetzt werden kann.With the in 1 In the system implemented, a homogenization of the temperature profile in the fuel cell stack is achieved, which can be used as an alternative or in addition to the embodiments of the invention described below.

2 zeigt eine Veranschaulichung eines Brennstoffzellenstapels, der von Luft mit variablem Temperaturprofil angeströmt wird. Im vorliegenden Beispiel hat der Brennstoffzellenstapel 10 ein Temperaturprofil von beispielsweise 950°C im Zentrum, während in den Außenbereichen nur 850°C vorliegen. Komplementär hierzu hat die anströmende Luft in ihrem zentralen Bereich eine niedrigere Temperatur von 700°C als im Außenbereich, wo beispielsweise 800°C herrschen. Im Ergebnis wird die Temperatur des Brennstoffzellenstapels auf diese Weise homogenisiert, was daran erkennbar ist, dass die aus dem Brennstoffzellenstapel austretende Luft eine vergleichsweise homogene Temperaturverteilung von beispielsweise ca. 850°C haben wird. 2 shows an illustration of a fuel cell stack, which is impinged by air with variable temperature profile. In the present example, the fuel cell stack has 10 a temperature profile of for example 950 ° C in the center, while in the outer areas only 850 ° C are present. Complementary to this, the inflowing air has a lower temperature of 700 ° C. in its central region than in the outer region, where, for example, 800 ° C. prevail. As a result, the temperature of the fuel cell stack is homogenized in this way, which is recognizable by the fact that the air emerging from the fuel cell stack will have a comparatively homogeneous temperature distribution of, for example, approximately 850 ° C.

3 zeigt eine Veranschaulichung der apparativen Auslegung zur Erzeugung eines Luftstroms mit variablem Temperaturprofil. Hier ist zusätzlich zu der Darstellung gemäß 2 gezeigt, wie ein Luftstrom mit variablem Temperaturprofil erzeugt werden kann. Beispielsweise kann ein Rohr 100 mit kühlerer Luft innerhalb eines Rohrs 102 mit wärmerer Luft angeordnet sein. Die aus dem Rohrsystem austretende Luft hat dann das erwünschte Temperaturprofil. Mit Bezug auf das Brennstoffzellensystem gemäß 1 können die Luftströme mit verschiedenen Temperaturen beispielsweise durch die verschiedenen Kathodenluftanteile gebildet sein. 3 shows an illustration of the apparatus design for generating a flow of air with a variable temperature profile. Here is in addition to the illustration according to 2 shown how a variable temperature profile airflow can be generated. For example, a pipe 100 with cooler air inside a pipe 102 be arranged with warmer air. The air leaving the pipe system then has the desired temperature profile. With reference to the fuel cell system according to 1 For example, the air streams may be formed at different temperatures, for example, by the different cathode air fractions.

Es ist weiterhin möglich, die Wärmeübertragungsflächen zwischen den ineinander angeordneten Rohren (100, 102) zu variieren, so dass sich auch komplexere Temperaturgradienten darstellen lassen.It is also possible, the heat transfer surfaces between the nested tubes ( 100 . 102 ), so that even more complex temperature gradients can be represented.

Die Rohr-in-Rohr-Konstruktion kann auch zur Darstellung verschiedener Volumenströme an verschiedenen radialen Positionen dienen. Ebenfalls kann die Beeinflussung des Volumenstroms in den Brennstoffzellenstapel 10 verlagert werden, indem hier Luftführungen mit unterschiedlichen Querschnitten realisiert sind.The tube-in-tube design can also serve to represent different volume flows at different radial positions. Likewise, influencing the volume flow into the fuel cell stack 10 be displaced by here air ducts are realized with different cross-sections.

Auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung gelingt es somit, das Temperaturprofil im Brennstoffzellenstapel zu homogenisieren, wodurch ein leistungsstärkerer Brennstoffzellenstapel zur Verfügung gestellt wird. Als weiterer positiver Effekt sinken die aufgrund von Temperaturinhomogenitäten auftretenden thermomechanischen Beanspruchungen des Brennstoffzellenstapels.On The basis of the present invention thus achieves the temperature profile Homogenize in the fuel cell stack, creating a more powerful fuel cell stack to disposal is provided. As a further positive effect, the decline due of temperature inhomogeneities occurring thermo-mechanical stresses of the fuel cell stack.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the claims disclosed features of the invention can both individually and also in any combination for the realization of the invention be essential.

1010
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1212
Nachbrennerafterburner
1414
Abgasführung/AbgasFlue / exhaust
1616
Wärmetauscherheat exchangers
1818
KathodenzuluftanteilKathodenzuluftanteil
2020
zweiter Kathodenluftanteilsecond Cathode air proportion
2222
Temperatursensortemperature sensor
2424
Temperatursensortemperature sensor
2626
Steuergerätcontrol unit
2828
KathodenluftgebläseCathode air blower
3030
VolumenstromteilerFlow divider
3232
Brennstoffzuführungfuel supply
3434
Gebläsefan
3636
Reformatreformate
3838
Kathodenabluftcathode exhaust
4040
Anodenabgasanode exhaust gas
4242
NachbrennerluftgebläseNachbrennerluftgebläse
4444
Reformerreformer
100100
Rohrpipe
102102
Rohrpipe

Claims (12)

Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel (10) und einer Einrichtung zum Zuführen eines Mediums zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes des Brennstoffzellenstapels, dadurch gekennzeichnet, dass dem Medium ein senkrecht zu dessen Strömungsrichtung variables Temperatur- und/oder Volumenstromprofil vermittelbar ist/sind.Fuel cell system with a fuel cell stack ( 10 ) and a device for supplying a medium for influencing the heat and temperature budget of the fuel cell stack, characterized in that the medium mediate a perpendicular to the flow direction variable temperature and / or volumetric flow profile cash is / are. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperatur- und/oder Volumenstromprofil einstellbar ist/sind.Fuel cell system according to claim 1, characterized in that that the temperature and / or volume flow profile is / are adjustable. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Medienführungen vorgesehen sind, die geeignet sind, Medien mit jeweils unterschiedlichen Temperaturen und/oder Volumenströmen zu führen.Fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a plurality of media guides are provided, the are suitable media with different temperatures and / or volume flows respectively. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermittlung eines variablen Temperaturprofils den Medienführungen jeweils Medien mit unterschiedlichen Temperaturen zuführbar sind.Fuel cell system according to claim 3, characterized in that that for conveying a variable temperature profile, the media guides each media with different temperatures can be fed. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermittlung eines variablen Volumenstromprofils Medienführungen mit unterschiedlichen Strömungswiderständen vorgesehen sind.Fuel cell system according to claim 3, characterized in that that for conveying a variable volume flow profile media guides provided with different flow resistance are. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienführungen mit unterschiedlichen Strömungswiderständen durch Kanäle im Brennstoffzellenstapel mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten realisiert sind.Fuel cell system according to claim 5, characterized in that that the media guides with different flow resistance through channels in the fuel cell stack with different flow cross sections are realized. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium die dem Brennstoffzellenstapel zuzuführende Kathodenzuluft ist.Fuel cell system according to one of the preceding Claims, characterized in that the medium is the fuel cell stack supplied Kathodenzuluft is. Verfahren zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes eines Brennstoffzellenstapels (10) in einem Brennstoffzellensystem, dadurch gekennzeichnet, dass einem dem Brennstoffzellenstapel (10) zuzuführenden Medium ein senkrecht zu dessen Strömungsrichtung variables Temperatur- und/oder Volumenstromprofil vermittelt wird/werden.Method for influencing the heat and temperature balance of a fuel cell stack ( 10 ) in a fuel cell system, characterized in that a fuel cell stack ( 10 ) to be supplied medium is conveyed perpendicular to its flow direction variable temperature and / or volumetric flow profile / are. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperatur- und/oder Volumenstromprofil in Abhängigkeit des Temperaturprofils des Brennstoffzellenstapels (10) eingestellt wird/werden.A method according to claim 8, characterized in that the temperature and / or volumetric flow profile as a function of the temperature profile of the fuel cell stack ( 10 ) is / are set. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturprofil des dem Brennstoffzellenstapel (10) zuzuführenden Mediums zu dem Temperaturprofil des Brennstoffzellenstapels komplementär ist.Method according to claim 8 or 9, characterized in that the temperature profile of the fuel cell stack ( 10 ) is complementary to the temperature profile of the fuel cell stack. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenstromprofil des dem Brennstoffzellenstapel (10) zuzuführenden Mediums zu dem Temperaturprofil des Brennstoffzellenstapels komplementär ist, in dem Sinne, dass Bereichen des Brennstoffzellenstapels mit niedrigeren Temperaturen ein geringerer Volumenstrom zugeführt wird als Bereichen mit höheren Temperaturen.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the volume flow profile of the fuel cell stack ( 10 ) is complementary to the temperature profile of the fuel cell stack, in the sense that areas of the fuel cell stack with lower temperatures, a lower flow rate is supplied as areas with higher temperatures. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium die dem Brennstoffzellenstapel zuzuführende Kathodenzuluft verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the medium supplied is the cathode to be supplied to the fuel cell stack is used.
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