DE102007045278A1 - Fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Brennstoffzelle (2), deren Anodenseite (4) mit einem Brennstoffzweig (6) verbunden ist, über welchen Brennstoff zur Anodenseite (4) leitbar ist, mit einem von dem Brennstoffzweig (6) an einer Abzweigung (9) nach der Brennstoffzelle (2) abzweigenden und in den Brennstoffzweig (6) an einer Einmündung (11) vor der Brennstoffzelle (2) mündenden Rezirkulationszweig (8), und mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung (18), welche mit dem Brennstoffzweig (6) thermisch gekoppelt ist und zur Erwärmung des in dem Brennstoffzweig (6) strömenden Brenstoffs ausgebildet ist, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung (18) in Strömungsrichtung des Brennstoffs vor oder an der Einmündung (11) des Rezirkulationszweigs (8) in den Brennstoffzweig (6) mit dem Brennstoffzweig (6) zur Erwärmung des Brennstoffs thermisch gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system having at least one fuel cell (2) whose anode side (4) is connected to a fuel branch (6) via which fuel can be conducted to the anode side (4) with one of the fuel branch (6) at a branch (6). 9) branching off after the fuel cell (2) and into the fuel branch (6) at a junction (11) in front of the fuel cell (2) opening recirculation branch (8), and with a heat transfer device (18) which with the fuel branch (6) thermally is formed and for heating the in the fuel branch (6) flowing fuel is formed, wherein the heat transfer device (18) in the flow direction of the fuel before or at the junction (11) of the recirculation branch (8) in the fuel branch (6) with the fuel branch ( 6) is thermally coupled to heat the fuel. The invention also relates to a method for operating a fuel cell system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Brennstoffzelle, deren Anodenseite mit einem Brennstoffzweig verbunden ist, über welchen Brennstoff zur Anodenseite leitbar ist, und einem von dem Brennstoffzweig an einer Abzweigung nach der Brennstoffzelle abzweigenden und in den Brennstoffzweig an einer Einmündung vor der Brennstoffzelle mündenden Rezirkulationszweig. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit zumindest einer Brennstoffzelle.The The invention relates to a fuel cell system with at least one Fuel cell whose anode side is connected to a fuel branch over which fuel is conductive to the anode side, and one of the Fuel branch branching off at a branch after the fuel cell and into the fuel branch at a junction in front of the fuel cell opening recirculation branch. Furthermore, the concerns Invention a method of operating a fuel cell system with at least one fuel cell.

Aus der DE 102 48 611 A1 ist ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Vorwärmen einer Brennstoffzelle bekannt. Zum Vorwärmen eines Brennstoffzellenpakets bei einem Kaltstart oder bei Frostzuständen wird die von einem Verdichter verdichtete Luft mit der darin gespeicherten Wärme genutzt, um das Brennstoffzellenpaket zu beheizen und Wasserstoffgas, welches in das Brennstoffzellenpaket übertragen wird, vorzuwärmen. Dazu kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, welcher mit einem Leitungszweig, welcher von einem Verdichter zu einer Kathodenseite der Brennstoffzelle führt, einerseits, und einer Leitung, welche von dem Wasserstofftank zur Anodenseite der Brennstoffzelle führt, andererseits gekoppelt ist. Das Brennstoffzellensystem kann darüber hinaus Auslass- und/oder Rückführleitungssysteme enthalten, um Abgase zu behandeln und/oder aus dem Fahrzeug zu entfernen und/oder ungenutztes Wasserstoffgas in die Brennstoffzellen zurückzuführen.From the DE 102 48 611 A1 For example, a fuel cell system and a method of preheating a fuel cell are known. For preheating a fuel cell stack in a cold start or frost conditions, the compressed air from a compressor with the heat stored therein is used to heat the fuel cell stack and preheat hydrogen gas which is transferred into the fuel cell stack. For this purpose, a heat exchanger can be provided, which is coupled with a line branch, which leads from a compressor to a cathode side of the fuel cell, on the one hand, and a line, which leads from the hydrogen tank to the anode side of the fuel cell, on the other hand. The fuel cell system may further include exhaust and / or return piping systems for treating and / or removing exhaust gases from the vehicle and / or returning unused hydrogen gas to the fuel cells.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem sowie ein Verfahren zu schaffen, bei dem der Betrieb insbesondere bei tiefen Temperaturen und somit auch das Startverhalten verbessert werden kann.It Object of the present invention is a fuel cell system and to provide a method in which the operation in particular improved at low temperatures and thus the starting behavior can be.

Diese Aufgabe wird durch Brennstoffzellensysteme, welche die Merkmale nach Anspruch 1 oder 8 aufweisen, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Anspruch 13 aufweist, gelöst.These Task is by fuel cell systems, which the characteristics according to claim 1 or 8, and a method which the Features according to claim 13, solved.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Brennstoffzelle, deren Anodenseite mit einem Brennstoffzweig verbunden ist, über welchen Brennstoff zur Anodenseite leitbar ist. Darüber hinaus umfasst das Brennstoffzellensystem einen Rezirkulationszweig zur Abgasrückführung, welcher von dem Brennstoffzweig an einer Abzweigung nach der Brennstoffzelle abzweigt und welcher in den Brennstoffzweig an einer Einmündung vor der Brennstoffzelle einmündet. Des Weiteren weist das Brennstoffzellensystem eine Wärmeübertragungsvorrichtung auf, welche mit dem Brennstoffzweig thermisch gekoppelt ist und zur Erwärmung des in dem Brennstoffzweig strömenden Brennstoffs ausgebildet ist. Die Wärmeübertragungsvorrichtung ist in Strömungsrichtung des Brennstoffs vor oder an der Einmündung des Rezirkulationszweigs in den Brennstoffzweig mit dem Brennstoffzweig zur Erwärmung des Brennstoffs thermisch gekoppelt.One The first aspect of the invention relates to a fuel cell system with at least one fuel cell, the anode side with a Fuel branch is connected, about which fuel can be conducted to the anode side. In addition, the fuel cell system includes a recirculation branch for exhaust gas recirculation, which branches off from the fuel branch at a branch after the fuel cell and which in the fuel branch at a junction opens in front of the fuel cell. Furthermore, the Fuel cell system, a heat transfer device which is thermally coupled to the fuel branch and for heating the fuel flowing in the fuel branch is trained. The heat transfer device is in the flow direction of the fuel before or at the Entry of the recirculation branch into the fuel branch with fuel branch for heating of fuel thermally coupled.

Insbesondere ist in dem Brennstoffzweig vor der Einmündung oder direkt an der Einmündung eine Dosiereinheit angeordnet. Mit dieser kann der von einem Brennstoffbehälter zuströmende Brennstoff an die Anodenseite der Brennstoffzelle dosiert zugeführt werden. Ist das Brennstoffzellensystem abgeschaltet und auf niedrige Temperaturen, insbesondere auf Temperaturen unter 0°C abgekühlt, kann Wasser an der Dosiereinheit auskondensieren oder durch Abschaltvorgänge Wasser in die Dosierstelle eingebracht werden und dort gefrieren. Dadurch ist der Durchfluss von Brennstoff nach dem Neustart des Brennstoffzellensystems reduziert.Especially is in the fuel branch before the confluence or directly arranged at the confluence with a metering unit. With this can the flowing from a fuel tank Fuel to be metered to the anode side of the fuel cell. Is the fuel cell system shut down and at low temperatures, especially cooled to temperatures below 0 ° C, Water can condense on the dosing unit or through shutdown processes Water are introduced into the metering and freeze there. This is the flow of fuel after the restart of the fuel cell system reduced.

Wenn der vom Brennstoffbehälter dann zugeführter frischer Brennstoff kalt genug ist, wird ein Auftauen des in die Dosierstelle eingebrachten Wassers verhindert. Durch ein Erwärmen des Brennstoffs auf Temperaturen < 0°C wird ein schnelles Auftauen des gefrorenen Wassers in der Dosiereinheit bzw. an der Mischstelle und somit an der Einmündung des Rezirkulationszweigs in den Brennstoffzweig ermöglicht, so dass der spezifische maximale Durchflussquerschnitt zur Verfügung gestellt werden kann.If the then supplied from the fuel tank fresh Fuel is cold enough, thawing of the dosing into the prevented introduced water. By heating the Fuel at temperatures <0 ° C will quickly thaw the frozen water in the dosing unit or at the mixing point and thus at the confluence of the recirculation branch in the fuel branch allows, so the specific maximum flow area can be provided can.

Im Falle einer zwei- oder mehrstufigen Dosiereinheit kann Wasser, das sich an der unbenutzten Dosierkomponente an der Eindosierstelle sammelt, als Folge des kalten zugeführten Brennstoffs anfrieren und eine Fehlfunktion der Dosiereinheit bewirken.in the In the case of a two- or multi-stage dosing unit, water, the at the unused dosing component at the dosing point freezes as a result of the cold fuel supplied and cause a malfunction of the dosing.

Im Betrieb erwärmt sich das Brennstoffzellensystem innerhalb kurzer Zeit nach dem Starten. Solange jedoch kalter Brennstoff, der die Temperatur der Umgebung angenommen hat, zudosiert wird, fällt an der Mischstelle und somit auch an der Einmündung des Rezirkulationszweigs in den Brennstoffzweig die Temperatur und Wasser fällt aus. Durch ein Vorheizen des Brennstoffs gemäß dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann dieses Anfallen von Flüssigwasser reduziert oder sogar ganz vermieden werden. Ein Einfrieren der Dosiereinheit insbesondere an der Mischstelle im Bereich der Einmündung des Rezirkulationszweigs kann dadurch verhindert werden.in the Operation, the fuel cell system heats up within a short time after starting. But as long as cold fuel, which has assumed the temperature of the environment, is metered in, falls at the mixing point and thus also at the confluence of a recirculation branch in a fuel branch temperature and Water falls out. By preheating the fuel according to the Fuel cell system according to the invention can this attack of liquid water is reduced or even completely avoided. Freezing the dosing unit in particular at the mixing point in the area of the confluence of the recirculation branch can be prevented.

Zusätzliche Heizelemente zum Erwärmen der Passierstelle sind somit zum Auftauen von Ausfrierungen in diesem Bereich nicht mehr erforderlich.additional Heating elements for heating the passing point are thus to thaw out frostbite in this area no longer necessary.

Besonders bevorzugt kann durch die Wärmeübertragungsvorrichtung mit ihrer spezifischen Anordnung im Brennstoffzellensystem ein Erwärmen des Brennstoffs auf Temperaturen < 0°C erreicht werden, wodurch insbesondere das Auftauen eingefrorener Dosiereinheiten und/oder Mischstellen ermöglicht werden kann.Particularly preferred may be by the heat transfer device with its specific Arrangement in the fuel cell system heating of the fuel to temperatures <0 ° C can be achieved, which in particular the thawing of frozen metering units and / or mixing points can be made possible.

Vorzugsweise ist die Wärmeübertragungsvorrichtung mit dem Brennstoffzweig und dem Rezirkulationszweig thermisch gekoppelt. Dadurch kann eine effektive Wärmeübertragung auf den Brennstoff erreicht werden.Preferably is the heat transfer device with the fuel branch and thermally coupled to the recirculation branch. This can be a Achieved effective heat transfer to the fuel become.

Insbesondere ist die Wärmeübertragungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Gases im Rezirkulationszweig vor einem in dem Rezirkulationszweig angeordneten Abscheider mit dem Rezirkulationszweig thermisch gekoppelt.Especially is the heat transfer device in the flow direction of the gas in the recirculation branch before one in the recirculation branch arranged separator thermally coupled to the recirculation branch.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Gases im Rezirkulationszweig nach einem in dem Rezirkulationszweig angeordneten Abscheider mit diesem Rezirkulationszweig thermisch gekoppelt ist.It can also be provided that the heat transfer device in the flow direction of the gas in the recirculation branch a arranged in the recirculation branch separator with this Rezirkulationszweig is thermally coupled.

Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass in dem Rezirkulationszweig ein Gebläse angeordnet ist und die thermische Kopplung der Wärmeübertragungsvorrichtung mit dem Rezirkulationszweig in Strömungsrichtung des Gases nach dem Gebläse ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung kann die Abwärme des Gebläses genutzt werden, um den Brennstoff zu erwärmen.Especially can also be provided that in the recirculation branch a blower is arranged and the thermal coupling of the heat transfer device with the recirculation branch in the flow direction of the gas is formed after the blower. By this configuration the waste heat of the blower can be used, to heat the fuel.

Darüber hinaus kann bei einer derartigen thermischen Kopplung mit dem Rezirkulationszweig auch die Abwärme der Brennstoffzelle selbst zur Erwärmung des Brennstoffs genutzt werden.About that In addition, in such a thermal coupling with the recirculation branch also the waste heat of the fuel cell itself for heating be used of the fuel.

Die Wärmeübertragungsvorrichtung kann einen Wärmetauscher aufweisen. Insbesondere umfasst die Wärmeübertragungsvorrichtung nur diesen Wärmetauscher. Der Brennstoff kann dadurch über einen Kühlkreislauf (Hoch- oder Niedertemperaturkühlkreislauf) mittels des Wärmetauschers erwärmt werden.The Heat transfer device may be a heat exchanger exhibit. In particular, the heat transfer device comprises only this heat exchanger. The fuel can thereby over a Cooling circuit (high or low temperature cooling circuit) be heated by the heat exchanger.

Der Wärmetauscher zum Erwärmen des frischen Brennstoffs, insbesondere des Frischwasserstoffs, kann im Brennstoffzellensystem somit an verschiedenen Positionen eingesetzt werden und so zusätzlich positiven Einfluss auf das Systemverhalten nehmen.Of the Heat exchanger for heating the fresh fuel, especially the fresh hydrogen, can in the fuel cell system thus be used in different positions and so in addition have a positive influence on system behavior.

Ist die Wärmeübertragungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Gases im Rezirkulationszweig vor dem Abscheider angeordnet, so kann erreicht werden, dass der Taupunkt in der Dosiereinheit bzw. der Mischstelle an der Einmündung des Rezirkulationszweigs in dem Brennstoffzweig vor den Abscheider verlagert wird.is the heat transfer device in the flow direction of the gas in the recirculation branch in front of the separator, Thus it can be achieved that the dew point in the dosing unit or the mixing point at the confluence of the recirculation branch is shifted in the fuel branch in front of the separator.

Die Wärmeübertragungsvorrichtung kann auch eine elektrische Heizeinheit aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung zumindest einen Wärmetauscher und zumindest eine elektrische Heizeinheit umfasst.The Heat transfer device may also be an electrical Have heating unit. It can also be provided that the heat transfer device at least one heat exchanger and at least one electrical Heating unit includes.

Die Wärmeübertragungsvorrichtung kann anstatt einer thermischen Kopplung mit dem Rezirkulationszweig zur Erzeugung eines Wärmeeintrags in den Brennstoff im Brennstoffzweig mit der Brennstoffzelle und/oder einem Kühlkreislauf und/oder einer elektrischen Heizeinheit gekoppelt sein. Ein Wärmeeintrag kann auch durch eine durch ein Gebläse oder einen Verdichter erwärmte Luft und/oder durch katalytische Verbrennung von Wasserstoff erfolgen.The Heat transfer device can instead of a thermal coupling with the recirculation branch to produce a Heat input into the fuel in the fuel branch with the fuel cell and / or a cooling circuit and / or be coupled to an electric heating unit. A heat input can also be powered by a blower or a compressor heated air and / or by catalytic combustion of Hydrogen occur.

Vorzugsweise ist die Erwärmung des Brennstoffs abhängig von der Temperatur im Rezirkulationszweig und/oder abhängig von der Temperatur an der Einmündung des Rezirkulationszweigs in den Brennstoffzweig durchführbar. Die Erwärmung des frischen Brennstoffs kann somit temperaturgeregelt oder temperaturgesteuert werden und dies in Abhängigkeit zumindest einer der genannten spezifischen Temperaturen in den Zweigen.Preferably is the heating of the fuel depends on the temperature in the recirculation branch and / or dependent from the temperature at the confluence of the recirculation branch into the fuel branch feasible. The warming of the fresh fuel can thus be temperature controlled or temperature controlled be and depending on at least one of the above specific temperatures in the branches.

Es kann vorgesehen sein, dass die Erwärmung des Brennstoffs betriebsphasenspezifisch durchgeführt wird. Insbesondere ist die Erwärmung des Brennstoffs in einer Kaltstartphase des Brennstoffzellensystems vorgesehen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Erwärmung des Brennstoffs zumindest zeitweise auch nach der Kaltstartphase im Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird.It can be provided that the heating of the fuel operating phase specific is performed. Especially is the heating of the fuel in a cold start phase provided of the fuel cell system. It can also be provided be that the heating of the fuel, at least temporarily even after the cold start phase in normal operation of the fuel cell system is carried out.

Ganz allgemein kann mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ein schnelles Auftauen von Eispartikeln an spezifischen Orten im Brennstoffzweig erreicht werden. Darüber hinaus kann der Wasserausfall an der Eindosierstelle des frischen Brennstoffs, insbesondere Wasserstoffs, reduziert werden. Darüber hinaus können konstante Betriebsbedingungen erreicht werden und die Auslegung von Komponenten, insbesondere eines Druckregelventils zur Druckregelung des vom Brennstoffbehälter in die Brennstoffzelle strömenden Brennstoffs, kann verbessert werden. Derzeit ist eine Auslegung dieses Druckregelventils für Brennstofftemperaturen von –25°C bis +85°C erforderlich, was durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems nicht mehr erforderlich ist und dieses Werteintervall verkleinert werden kann. Durch eine relativ konstante Gaseintrittstemperatur kann die Feuchte im Rezirkulationszweig besser kontrolliert werden und ein Auskondensieren von Wasser, wie dies bei kaltem, frisch zugeführtem Brennstoff der Fall wäre, kann vermieden bzw. minimiert werden.All Generally, with the fuel cell system according to the invention a fast thawing of ice particles at specific locations in the Fuel branch can be achieved. In addition, the water loss can at the metering point of the fresh fuel, in particular hydrogen, be reduced. In addition, can constant Operating conditions are achieved and the design of components, in particular a pressure control valve for pressure control of the fuel tank in the fuel cell flowing fuel can be improved become. Currently, a design of this pressure control valve for Fuel temperatures from -25 ° C to + 85 ° C required, which is due to the embodiment of the invention System is no longer required and this value interval is reduced can be. Due to a relatively constant gas inlet temperature the humidity in the recirculation branch can be better controlled and a condensing out of water, as in cold, freshly fed Fuel would be the case, can be avoided or minimized become.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Brennstoffzelle, deren Anodenseite mit einem Brennstoffzweig verbunden ist, über welchen Brennstoff zur Anodenseite zuführbar ist. Das Brennstoffzellensystem umfasst des Weiteren einen Rezirkulationszweig, welcher von dem Brennstoffzweig an einer Abzweigung nach der Brennstoffzelle abzweigt und in den Brennstoffzweig an einer Einmündung vor der Brennstoffzelle einmündet. Das Brennstoffzellensystem umfasst des Weiteren einen Bypass, welcher um die Brennstoffzelle geführt ist, wobei der Bypass derart ausgelegt ist, dass durch ihn ein von einer Wärmequelle erwärmtes Medium zur Erwärmung des Brennstoffs und/oder einer dem Brennstoffzweig und/oder des Rezirkulationszweigs zugeordneten Komponente leitbar ist. Durch diese Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise die effiziente und relativ aufwandsarme Erwärmung von eingefrorenen Komponenten des Brennstoffzellensystems ermöglicht werden. Darüber hinaus kann auch durch die Ausführung die Erwärmung des frisch einströmenden Brennstoffs erreicht werden.One Another aspect of the invention relates to a fuel cell system with at least one fuel cell, the anode side with a Fuel branch is connected, about which fuel can be fed to the anode side. The fuel cell system comprises Furthermore, a recirculation branch, which of the fuel branch branches off at a branch after the fuel cell and into the fuel branch opens at an entrance in front of the fuel cell. The fuel cell system further includes a bypass, which passed around the fuel cell, wherein the bypass designed in such a way is that through him a heated by a heat source Medium for heating the fuel and / or a Fuel branch and / or the recirculation branch associated component is conductive. By this configuration can advantageously the efficient and relatively low-cost heating of frozen Components of the fuel cell system are made possible. In addition, also by the execution the heating of the fresh incoming fuel be achieved.

Vorzugsweise weist die Wärmequelle eine im Brennstoffzweig angeordnete elektrische Heizeinheit auf. Die durch die Heizeinrichtung eingebrachte Wärme kann dann unter Umgehung der noch gefrorenen Brennstoffzelle effektiv zu den restlichen im Anodenkreis vorhandenen Komponenten gelangen und diese so schneller auftauen.Preferably the heat source has a fuel branch arranged in the electric heating unit on. The heat introduced by the heater can then bypass the still frozen fuel cell effectively arrive at the remaining existing in the anode circuit components and Thaw them faster.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Heizeinheit in Strömungsrichtung des Brennstoffs vor der Einmündung des Rezirkulationszweigs in den Brennstoffzweig angeordnet ist. Gerade die Einmündung des Rezirkulationszweigs, an der vorzugsweise eine Dosiereinheit angeordnet ist, kann dadurch über den Bypass besonders effektiv mit warmem Gas beaufschlagt werden, und somit ein effektives Auftauen gerade dieser speziellen Komponente erreicht werden.It can also be provided that the heating unit in the flow direction fuel before an entrance of a recirculation branch is arranged in the fuel branch. Just the confluence the recirculation branch, preferably a dosing unit can be arranged through the bypass especially be effectively acted upon with warm gas, and thus an effective Thawing just this particular component can be achieved.

Vorzugsweise weist die Wärmequelle einen Verdichter auf, welcher mit dem Bypass gekoppelt und zur Erzeugung des erwärmten Mediums ausgebildet ist. Dadurch kann die bei der Luftverdichtung entstehende Wärme in den Brennstoffkreis eingebracht werden und dort ein Auftauen von Ausfrierungen in Form von Eis bewirken. Durch den Bypass kann dadurch erreicht werden, dass die ansonsten als Wärmesenke dienende Brennstoffzelle umgangen wird und das Auftauen von eingefrorenen Komponenten wesentlich schneller erfolgen kann.Preferably the heat source has a compressor, which with coupled to the bypass and for generating the heated medium is trained. As a result, the resulting in the air compression Heat are introduced into the fuel circuit and there Thawing of frostbite in the form of ice cause. By the Bypass can be achieved by otherwise using as a heat sink serving fuel cell is bypassed and the thawing of frozen Components can be done much faster.

Bei der weiteren Option über die Einbringung der Wärme über die verdichtete Luft kann dies insbesondere auch ohne einen zusätzlichen Wärmetauscher erfolgen und ein effektives Aufheizen des Brennstoffkreises ermöglicht werden.at the other option about the introduction of heat over the compressed air can do this in particular without an additional Heat exchangers take place and an effective heating of the fuel circuit be enabled.

Vorzugsweise ist der Bypass nur in spezifischen Betriebsphasen, insbesondere in der Kaltstartphase des Systems, zum Durchströmen des erwärmten Mediums freigegeben. Betriebsoptimiert kann dadurch das Erwärmen ermöglicht werden und insbesondere in anderweitigen Betriebsphasen wird dann der Betrieb gegebenenfalls nicht nachteilig beeinträchtigt.Preferably the bypass is only in specific operating phases, in particular in the cold start phase of the system, to flow through the heated medium released. Optimized operation can thereby heating is possible and in particular in other phases of operation then the operation is possibly not adversely affected.

Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass Teile des Brennstoffbehälters erwärmbar sind. Beispielsweise können hier unter anderem auch Hochdruckbrennstoffleitungen und Ventile aufgeheizt werden.About that In addition, it can also be provided that parts of the fuel tank are heated. For example, here below other high-pressure fuel lines and valves are heated.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems mit zumindest einer Brennstoffzelle wird zum Erwärmen des in einem Brennstoffzweig strömenden Brennstoffs und/oder zum Erwärmen einer dem Brennstoffzweig zugeordneten Komponente und/oder eine einem von dem Brennstoffzweig nach der Brennstoffzelle abzweigenden und vor der Brennstoffzelle in dem Brennstoffzweig einmündenden Rezirkulationszweig zugeordneten Komponente ein von einer Wärmequelle erzeugtes erwärmtes Medium durch einen um die Brennstoffzelle geführten Bypass geleitet. Durch diese Ausgestaltung kann ein hoch effektives Erwärmen erreicht werden und der Betrieb des Brennstoffzellensystems insbesondere in einer Kaltstartphase, in der der frisch zugeführte Brennstoff relativ kühl wäre und/oder Komponenten des Anodenzweigs zumindest bereichsweise eingefroren sind, verbessert werden.at a method according to the invention for operating a fuel cell system having at least one fuel cell is used to heat the flowing in a fuel branch Fuel and / or for heating a fuel branch associated component and / or one of the fuel branch branching off after the fuel cell and before the fuel cell in the fuel branch opening recirculation branch associated component generated by a heat source heated medium by a guided around the fuel cell Bypass passed. By this configuration, a highly effective heating be achieved and the operation of the fuel cell system in particular in a cold start phase, in which the freshly supplied fuel would be relatively cool and / or components of the anode branch are at least partially frozen, to be improved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellensysteme sind als vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.advantageous Embodiments of the fuel cell systems according to the invention are as advantageous embodiments of a method according to the invention to watch.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:embodiments The invention will be described in more detail below with reference to schematic drawings explained. Showing:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems; 1 a first embodiment of a fuel cell system according to the invention;

2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems; 2 A second embodiment of a fuel cell system according to the invention;

3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems; und 3 A third embodiment of a fuel cell system according to the invention; and

4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems. 4 A fourth embodiment of a fuel cell system according to the invention.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In The figures are the same or functionally identical elements with the provided the same reference numerals.

In 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Brennstoffzellensystem 1 gezeigt, welches als mobiles Brennstoffzellensystem ausgebildet ist und in einem Fahrzeug verwendet werden kann. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst zumindest eine Brennstoffzelle 2, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel mit einer Mehrzahl derartiger Brennstoffzellen 2. Die Brennstoffzelle 2 ist im Ausführungsbeispiel als PEM-Brennstoffzelle konzipiert und umfasst einen Kathodenraum bzw. eine Kathodenseite 3, welche durch eine Membran 5 von einem Anodenraum bzw. einer Anodenseite 4 separiert ist.In 1 is a schematic representation of a fuel cell system 1 shown, which is designed as a mobile fuel cell system and can be used in a vehicle. The fuel cell system 1 includes at least one fuel cell 2 , in particular a fuel cell stack with a plurality of such fuel cells 2 , The fuel cell 2 is designed in the embodiment as a PEM fuel cell and comprises a cathode space or a cathode side 3 passing through a membrane 5 from an anode space or an anode side 4 is separated.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst einen Brennstoffzweig 6 mit einem Brennstoffbehälter 7, in dem als Brennstoff Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas enthalten ist. Darüber hinaus umfasst der Brennstoffzweig 6 eine vom Behälter 7 zur Anodenseite 4 führende Zuführleitung 12 und eine von der Anodenseite 4 abführende Abgasleitung 10.The fuel cell system 1 includes a fuel branch 6 with a fuel container 7 in which the fuel is hydrogen or a hydrogen-containing gas. In addition, the fuel branch includes 6 one from the container 7 to the anode side 4 leading supply line 12 and one from the anode side 4 laxative exhaust pipe 10 ,

Des Weiteren weist das Brennstoffzellensystem 1 einen Rezirkulationszweig 8 auf, welcher an der Abzweigung 9 von der Abgasleitung 10 abzweigt und an der Einmündung 11 in die Zuführleitung 12 einmündet. In dem Rezirkulationszweig 8 ist ein Gebläse 13 angeordnet, und Abgas der Anodenseite 4 wird rückgeführt.Furthermore, the fuel cell system 1 a recirculation branch 8th on, which is at the junction 9 from the exhaust pipe 10 branches off and at the junction 11 in the supply line 12 opens. In the recirculation branch 8th is a fan 13 arranged, and exhaust of the anode side 4 will be returned.

Des Weiteren ist dem Brennstoffzweig 6 eine Dosiereinheit 14 zugeordnet, welche im Ausführungsbeispiel zwei parallel geschaltete Dosierkomponenten 15 und 16, insbesondere Durchfluss-/Druckregelventile, aufweist. Die Dosiereinheit 14 kann insbesondere auch an der Einmündung 11 angeordnet sein und somit an der Mischstelle des Systems positioniert sein.Furthermore, the fuel branch is 6 a dosing unit 14 assigned, which in the exemplary embodiment two parallel dosing components 15 and 16 , in particular flow / pressure control valves. The dosing unit 14 especially at the confluence 11 be arranged and thus positioned at the mixing point of the system.

Darüber hinaus ist in der Zuführleitung 12 eine Absperreinheit 17, insbesondere ein Ventil, angeordnet. Die Absperreinheit 17 kann zusätzlich oder anstatt ihrer Funktionalität zum Absperren auch zur Druckregelung des Brennstoffs ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel ist die Absperreinheit 17 in Strömungsrichtung des Brennstoffs im Brennstoffzweig 6 vor einer Wärmeübertragungsvorrichtung 18 angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Absperreinheit 17 nach der Wärmeübertragungsvorrichtung 18 angeordnet ist.In addition, in the feed line 12 a shut-off unit 17 , in particular a valve arranged. The shut-off unit 17 may additionally or instead of their functionality to shut off also be designed for pressure control of the fuel. In the embodiment, the shut-off is 17 in the flow direction of the fuel in the fuel branch 6 in front of a heat transfer device 18 arranged. It can also be provided that the shut-off 17 after the heat transfer device 18 is arranged.

Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wärmeübertragungsvorrichtung 18 mit dem Brennstoffzweig 6 vor der Einmündung 11 thermisch gekoppelt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung 18 an der Einmündung 11 mit dem Brennstoffzweig 6 thermisch gekoppelt ist.Im in 1 the embodiment shown is the heat transfer device 18 with the fuel branch 6 before the confluence 11 thermally coupled. It can also be provided that the heat transfer device 18 at the junction 11 with the fuel branch 6 thermally coupled.

Die Wärmeübertragungsvorrichtung 18 umfasst einen Wärmetauscher 19, welcher neben der thermischen Kopplung mit dem Brennstoffzweig 6 andererseits auch mit einer anderen Wärmequelle thermisch gekoppelt ist. Beispielsweise kann die weitere Kopplung 20 mit der Brennstoffzelle 2 und/oder einem Kühlkreislauf des Fahrzeugs und/oder einer elektrischen Heizeinheit und/oder erwärmter Luft und/oder einer Verbrennungseinrichtung zur katalytischen Verbrennung von Wasserstoff, vorgesehen sein.The heat transfer device 18 includes a heat exchanger 19 , which in addition to the thermal coupling with the fuel branch 6 on the other hand thermally coupled with another heat source. For example, the further coupling 20 with the fuel cell 2 and / or a cooling circuit of the vehicle and / or an electric heating unit and / or heated air and / or a combustion device for the catalytic combustion of hydrogen, may be provided.

Es kann in der Ausgestaltung gemäß 1 jedoch auch vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung 18 lediglich eine elektrische Heizeinheit umfasst, welche an entsprechender Stelle im Brennstoffzellensystem 1 in den Brennstoffzweig 6 eingebunden ist. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 18 ist zur Erwärmung des in dem Brennstoffzweig 6 strömenden Brennstoffs ausgebildet. Durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 18 wird der über den Behälter 7 frisch zugeführte Brennstoff im Brennstoffzweig 6 auf eine Temperatur > 0°C aufgewärmt und eine zumindest teilweise eingefrorene Dosiereinheit 14 und/oder Einmündung 11 kann während des Betriebs effektiv aufgetaut werden. Insbesondere ist dies in einer Kaltstartphase des Systems vorteilhaft.It can in the embodiment according to 1 However, also be provided that the heat transfer device 18 only comprises an electric heating unit, which at the appropriate place in the fuel cell system 1 in the fuel branch 6 is involved. The heat transfer device 18 is for heating in the fuel branch 6 flowing fuel formed. By the heat transfer device 18 that will be over the container 7 freshly supplied fuel in the fuel branch 6 warmed to a temperature> 0 ° C and an at least partially frozen metering unit 14 and / or junction 11 Can be effectively thawed during operation. In particular, this is advantageous in a cold start phase of the system.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems 1 gezeigt, bei dem im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 der Wärmetauscher 19 der Wärmeübertragungsvorrichtung 18 mit dem Brennstoffzweig 6 einerseits und mit dem Rezirkulationszweig 8 andererseits thermisch gekoppelt ist. Darüber hinaus ist in dem Rezirkulationszweig 8 neben dem Gebläse 13 ein Abscheider 21 in Strömungsrichtung des Gases in dem Rezirkulationszweig 8 vor dem Gebläse 13 angeordnet. Die thermische Kopplung des Wärmetauschers 19 mit dem Rezirkulationszweig 8 ist nach dem Gebläse 13 vorgesehen. Insbesondere ist die thermische Kopplung des Wärmetauschers 18 mit dem Rezirkulationszweig 8 nach dem Abscheider 21 realisiert.In 2 is another embodiment of a fuel cell system 1 shown in which, in contrast to the embodiment according to 1 the heat exchanger 19 the heat transfer device 18 with the fuel branch 6 on the one hand and with the recirculation branch 8th on the other hand is thermally coupled. Moreover, in the recirculation branch 8th next to the blower 13 a separator 21 in the flow direction of the gas in the recirculation branch 8th in front of the blower 13 arranged. The thermal coupling of the heat exchanger 19 with the recirculation branch 8th is after the blower 13 intended. In particular, the thermal coupling of the heat exchanger 18 with the recirculation branch 8th after the separator 21 realized.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, wie dies durch die gestrichelte Darstellung des Wärmetauschers 19' in 2 angedeutet ist, dass die thermische Kopplung mit dem Rezirkulationszweig 8 vor dem Abscheider 21 realisiert ist.However, it may also be provided, as indicated by the dashed line of the heat exchanger 19 ' in 2 is indicated that the thermal coupling with the recirculation branch 8th in front of the separator 21 is realized.

Sowohl in der Ausführung gemäß 1 als auch in den Ausführungen gemäß 2 kann vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung 18 zusätzlich zum Wärmetauscher 19 bzw. 19' eine elektrische Heizeinheit aufweist. Vorzugsweise ist diese beispielsweise beim Wärmetauscher 19 auf der Seite ausgebildet, auf der die thermische Kopplung mit dem Brennstoffzweig 6 realisiert ist.Both in the execution according to 1 as well as in the statements according to 2 can be provided that the heat transfer device 18 in addition to the heat exchanger 19 respectively. 19 ' having an electric heating unit. Preferably, this is for example the heat exchanger 19 formed on the side on which the thermal coupling with the fuel branch 6 is realized.

Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung des Brennstoffs, welcher über den Behälter 7 frisch zugeführt wird, temperaturgeregelt bzw. temperaturgesteuert und insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des im Rezirkulationszweig 8 strömenden Gases und/oder in Abhängigkeit der Temperatur des an der Einmündung 11 strömenden Gases.Preferably, the heating of the fuel, which takes place via the container 7 is supplied fresh, temperature-controlled or temperaturge controls and in particular depending on the temperature of the recirculation branch 8th flowing gas and / or depending on the temperature of the at the confluence 11 flowing gas.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems 1 ist in 3 gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung ist die Dosiereinheit 14 an der Einmündung 11 angeordnet, wobei in diesem Zusammenhang die Dosiereinheit 14 beispielsweise ein Drei-Wege-Ventil sein kann. Darüber hinaus ist im Brennstoffzweig 6 in Strömungsrichtung des Brennstoffs vor der Einmündung 11 eine elektrische Heizeinheit 26 angeordnet. Darüber hinaus umfasst das Brennstoffzellensystem 1 einen Bypass 22, welcher in Strömungsrichtung des Brennstoffs an der Abzweigung 23 von der Zuführleitung 12 abzweigt und nach der Brennstoffzelle 2 an der Einmündung 24 in die Abgasleitung 10 einmündet. Die Einmündung 24 kann mit der Abzweigung 9 des Rezirkulationszweigs 8 von der Abgasleitung 10 zusammenfallen. Dies kann jedoch auch anderweitig ausgebildet sein.Another embodiment of a fuel cell system 1 is in 3 shown. In this embodiment, the metering unit 14 at the junction 11 arranged, in which connection the dosing unit 14 for example, may be a three-way valve. In addition, in the fuel branch 6 in the flow direction of the fuel before the confluence 11 an electric heating unit 26 arranged. In addition, the fuel cell system includes 1 a bypass 22 , which in the direction of flow of the fuel at the junction 23 from the supply line 12 branches off and after the fuel cell 2 at the junction 24 in the exhaust pipe 10 opens. The confluence 24 can with the diversion 9 of the recirculation branch 8th from the exhaust pipe 10 coincide. However, this can also be otherwise formed.

In dem Bypass 22 ist eine Absperreinheit 25, insbesondere ein Absperrventil, angeordnet.In the bypass 22 is a shut-off unit 25 , in particular a shut-off valve, arranged.

Darüber hinaus ist in der Abgasleitung 10 in Strömungsrichtung des Abgases nach der Einmündung 24 und der Abzweigung 9 ein Ventil 27 angeordnet.In addition, in the exhaust pipe 10 in the flow direction of the exhaust gas after the confluence 24 and the turnoff 9 a valve 27 arranged.

Der Bypass 22 ist um die Brennstoffzelle 2 geführt und dahingehend ausgelegt, dass ein von einer Wärmequelle erzeugtes und warmes Medium, insbesondere ein Gas, zur Erwärmung des Brennstoffs und/oder einer dem Brennstoffzweig 6 und/oder des Rezirkulationszweigs 8 zugeordneten Komponente leitbar ist. Die Wärmequelle ist in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die elektrische Heizeinheit 26.The bypass 22 is about the fuel cell 2 guided and designed so that a generated by a heat source and warm medium, in particular a gas for heating the fuel and / or a fuel branch 6 and / or the recirculation branch 8th assigned component is conductive. The heat source is in the in 3 shown embodiment, the electric heating unit 26 ,

Wird das Brennstoffzellensystem 1 abgeschaltet und niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt, so kann ein Einfrieren unterschiedlichster Komponenten im Brennstoffzweig 6 und/oder im Rezirkulationszweig 8 einhergehen. Insbesondere bei einer Kaltstartphase kann dann durch die Heizeinheit 26 Wärme eingebracht werden, welche dann unter Umgehung der noch gefrorenen Brennstoffzelle 2 über den Bypass 22 zu den restlichen Komponenten im Brennstoffkreis 6 und im Rezirkulationskreis 8 geführt werden kann, wodurch diese schneller aufgetaut werden können. Insbesondere in einer derartigen Kaltstartphase ist somit die Absperreinheit 25 geöffnet.Will the fuel cell system 1 shut down and exposed to low ambient temperatures, so can freeze different components in the fuel branch 6 and / or in the recirculation branch 8th accompanied. In particular, in a cold start phase can then by the heating unit 26 Heat are introduced, which then bypassing the still frozen fuel cell 2 over the bypass 22 to the remaining components in the fuel circuit 6 and in the recirculation circuit 8th can be performed, which can be thawed faster. In particular, in such a cold start phase is thus the shut-off 25 open.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems 1 gezeigt, bei dem im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 3 die elektrische Heizeinheit 26 nicht vorhanden ist. Vielmehr wird bei dieser Ausführung die durch einen nicht dargestellten Kompressor bzw. Verdichter erwärmte Luft direkt in den Brennstoffzweig 6 und den Rezirkulationszweig 8 eingebracht. Dies erfolgt dadurch, dass diese erwärmte Luft über das Ventil 27 in die jeweiligen Zweige 6 und 8 geleitet wird. Darüber hinaus ist auch hier dann die Absperreinheit 25 geöffnet, so dass die erwärmte Luft zunächst die im Brennstoffzweig 6 und im Rezirkulationszweig 8 vorhandenen Komponenten auftauen kann. Das Gas kann dann nachträglich über den Abscheider 21 aus dem Rezirkulationskreis 8 entfernt werden. Dazu ist am Abscheider 21 ein entsprechender Auslass vorgesehen.In 4 is another embodiment of a fuel cell system 1 shown in which, in contrast to the embodiment according to 3 the electric heating unit 26 not available. Rather, in this embodiment, the air heated by a compressor or compressor, not shown, directly into the fuel branch 6 and the recirculation branch 8th brought in. This is done by allowing this heated air through the valve 27 into the respective branches 6 and 8th is directed. In addition, then here is the shut-off 25 open so that the heated air is first in the fuel branch 6 and in the recirculation branch 8th Thaw existing components. The gas can then be retrofitted via the separator 21 from the recirculation circuit 8th be removed. This is on the separator 21 a corresponding outlet provided.

Bei allen Ausführungen kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich auch weitere Teile erwärmt werden, insbesondere beispielsweise der Behälter 7.In all embodiments can also be provided that in addition also other parts are heated, in particular, for example, the container 7 ,

11
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
22
Brennstoffzellefuel cell
33
Kathodenseitecathode side
44
Anodenseiteanode side
55
Membranmembrane
66
Brennstoffzweigfuel branch
77
Behältercontainer
88th
RezirkulationszweigRezirkulationszweig
99
Abzweigungdiversion
1010
Abgasleitungexhaust pipe
1111
Einmündungjunction
1212
Zuführleitungfeed
1313
Gebläsefan
1414
Dosiereinheitdosing
15, 1615 16
Dosierkomponentenmetering components
1717
AbsperreinheitShut-off
1818
WärmeübertragungsvorrichtungHeat transfer device
19, 19'19 19 '
Wärmetauscherheat exchangers
2020
Kopplungcoupling
2121
Abscheiderseparators
2222
Bypassbypass
2323
Abzweigungdiversion
2424
Einmündungjunction
2525
AbsperreinheitShut-off
2626
Heizeinheitheating unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10248611 A1 [0002] DE 10248611 A1 [0002]

Claims (13)

Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Brennstoffzelle (2), deren Anodenseite (4) mit einem Brennstoffzweig (6) verbunden ist, über welchen Brennstoff zur Anodenseite (4) zuführbar ist, mit einem von dem Brennstoffzweig (6) an einer Abzweigung (9) nach der Brennstoffzelle (2) abzweigenden und in den Brennstoffzweig (6) an einer Einmündung (11) vor der Brennstoffzelle (2) mündenden Rezirkulationszweig (8), und mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung (18), welche mit dem Brennstoffzweig (6) thermisch gekoppelt ist und zur Erwärmung des in dem Brennstoffzweig (6) strömenden Brennstoffs ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (18) in Strömungsrichtung des Brennstoffs vor oder an der Einmündung (11) des Rezirkulationszweigs (8) in den Brennstoffzweig (6) mit dem Brennstoffzweig (6) zur Erwärmung des Brennstoffs thermisch gekoppelt ist.Fuel cell system with at least one fuel cell ( 2 ), whose anode side ( 4 ) with a fuel branch ( 6 ), via which fuel to the anode side ( 4 ) is supplied with one of the fuel branch ( 6 ) at a branch ( 9 ) after the fuel cell ( 2 ) branching off and into the fuel branch ( 6 ) at a junction ( 11 ) in front of the fuel cell ( 2 ) recirculation branch ( 8th ), and with a heat transfer device ( 18 ), which with the fuel branch ( 6 ) is thermally coupled and for heating in the fuel branch ( 6 ) is formed, characterized in that the heat transfer device ( 18 ) in the direction of flow of the fuel before or at the junction ( 11 ) of the recirculation branch ( 8th ) into the fuel branch ( 6 ) with the fuel branch ( 6 ) is thermally coupled to heat the fuel. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (18) mit dem Brennstoffzweig (6) und dem Rezirkulationszweig (8) thermisch gekoppelt ist.Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the heat transfer device ( 18 ) with the fuel branch ( 6 ) and the recirculation branch ( 8th ) is thermally coupled. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (18) in Strömungsrichtung des Gases im Rezirkulationszweig (8) vor einem in dem Rezirkulationszweig (8) angeordneten Abscheider (21) mit dem Rezirkulationszweig (8) thermisch gekoppelt ist.Fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized in that the heat transfer device ( 18 ) in the flow direction of the gas in the recirculation branch ( 8th ) in front of a in the recirculation branch ( 8th ) arranged separators ( 21 ) with the recirculation branch ( 8th ) is thermally coupled. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (18) in Strömungsrichtung des Gases im Rezirkulationszweig (8) nach einem in dem Rezirkulationszweig (8) angeordneten Abscheider (21) mit dem Rezirkulationszweig (8) thermisch gekoppelt ist.Fuel cell system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the heat transfer device ( 18 ) in the flow direction of the gas in the recirculation branch ( 8th ) after one in the recirculation branch ( 8th ) arranged separators ( 21 ) with the recirculation branch ( 8th ) is thermally coupled. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (18) einen Wärmetauscher (19) aufweist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer device ( 18 ) a heat exchanger ( 19 ) having. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (18) eine elektrische Heizeinheit aufweist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transfer device ( 18 ) has an electric heating unit. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Brennstoffs abhängig von der Temperatur im Rezirkulationszweig (8) und/oder von der Temperatur an der Einmündung (11) durchführbar ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the heating of the fuel depends on the temperature in the recirculation branch ( 8th ) and / or the temperature at the junction ( 11 ) is feasible. Brennstoffzellensystem mit zumindest einer Brennstoffzelle (2), deren Anodenseite (4) mit einem Brennstoffzweig (6) verbunden ist, über welchen Brennstoff zur Anodenseite (4) zuführbar ist, und einem von dem Brennstoffzweig (6) an einer Abzweigung (9) nach der Brennstoffzelle (2) abzweigenden und in den Brennstoffzweig (6) an einer Einmündung (11) vor der Brennstoffzelle (2) mündenden Rezirkulationszweig (8), dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass (22) um die Brennstoffzelle (2) geführt ist, durch welchen ein von einer Wärmequelle (26) erwärmtes Medium zur Erwärmung des Brennstoffs und/oder einer dem Brennstoffzweig (6) und/oder des Rezirkulationszweigs (8) zugeordneten Komponente leitbar ist.Fuel cell system with at least one fuel cell ( 2 ), whose anode side ( 4 ) with a fuel branch ( 6 ), via which fuel to the anode side ( 4 ) and one of the fuel branch ( 6 ) at a branch ( 9 ) after the fuel cell ( 2 ) branching off and into the fuel branch ( 6 ) at a junction ( 11 ) in front of the fuel cell ( 2 ) recirculation branch ( 8th ), characterized in that a bypass ( 22 ) around the fuel cell ( 2 ), through which one of a heat source ( 26 ) heated medium for heating the fuel and / or a fuel branch ( 6 ) and / or the recirculation branch ( 8th ) associated component is conductive. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle eine im Brennstoffzweig (6) angeordnete elektrische Heizeinheit (26) aufweist.Fuel cell system according to claim 8, characterized in that the heat source in the fuel branch ( 6 ) arranged electrical heating unit ( 26 ) having. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (26) in Strömungsrichtung des Brennstoffs vor der Einmündung (11) des Rezirkulationszweigs (8) in den Brennstoffzweig (6) angeordnet ist.Fuel cell system according to claim 9, characterized in that the heating unit ( 26 ) in the flow direction of the fuel before the confluence ( 11 ) of the recirculation branch ( 8th ) into the fuel branch ( 6 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle einen Verdichter aufweist, welcher mit dem Bypass (22) gekoppelt und zur Erzeugung des erwärmten Mediums ausgebildet ist.Fuel cell system according to one of claims 8 to 10, characterized in that the heat source comprises a compressor, which with the bypass ( 22 ) and is designed to produce the heated medium. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (22) nur in spezifischen Betriebsphasen, insbesondere in der Kaltstartphase des Systems, zum Durchströmen des erwärmten Mediums freigegeben ist.Fuel cell system according to one of claims 9 to 12, characterized in that the bypass ( 22 ) is released only for specific operating phases, in particular in the cold start phase of the system, for flowing through the heated medium. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1) mit zumindest einer Brennstoffzelle (2), bei dem zum Erwärmen des in einem Brennstoffzweig (6) strömenden Brenn stoffs und/oder zum Erwärmen einer dem Brennstoffzweig (6) zugeordneten Komponente und/oder einer einem von dem Brennstoffzweig (6) nach der Brennstoffzelle (2) abzweigenden und vor der Brennstoffzelle (2) in den Brennstoffzweig (6) einmündenden Rezirkulationszweig (8) zugeordneten Komponente ein von einer Wärmequelle (26) erzeugtes erwärmtes Medium durch einen um die Brennstoffzelle (2) geführten Bypass (22) geleitet wird.Method for operating a fuel cell system ( 1 ) with at least one fuel cell ( 2 ), in which for heating in a fuel branch ( 6 ) flowing fuel and / or for heating a fuel branch ( 6 ) associated component and / or one of the fuel branch ( 6 ) after the fuel cell ( 2 ) branching off and in front of the fuel cell ( 2 ) into the fuel branch ( 6 ) recirculating branch ( 8th ) associated component from a heat source ( 26 heated by a to the fuel cell ( 2 ) guided bypass ( 22 ).
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