DE102007045278A1 - Fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system and method for operating a fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007045278A1 DE102007045278A1 DE102007045278A DE102007045278A DE102007045278A1 DE 102007045278 A1 DE102007045278 A1 DE 102007045278A1 DE 102007045278 A DE102007045278 A DE 102007045278A DE 102007045278 A DE102007045278 A DE 102007045278A DE 102007045278 A1 DE102007045278 A1 DE 102007045278A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fuel
- branch
- fuel cell
- cell system
- recirculation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04037—Electrical heating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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
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:
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
Das
Brennstoffzellensystem
Des
Weiteren weist das Brennstoffzellensystem
Des
Weiteren ist dem Brennstoffzweig
Darüber
hinaus ist in der Zuführleitung
Im
in
Die
Wärmeübertragungsvorrichtung
Es
kann in der Ausgestaltung gemäß
In
Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, wie dies durch die gestrichelte
Darstellung des Wärmetauschers
Sowohl
in der Ausführung gemäß
Vorzugsweise
erfolgt die Erwärmung des Brennstoffs, welcher über
den Behälter
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems
In
dem Bypass
Darüber
hinaus ist in der Abgasleitung
Der
Bypass
Wird
das Brennstoffzellensystem
In
Bei
allen Ausführungen kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich
auch weitere Teile erwärmt werden, insbesondere beispielsweise
der Behälter
- 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
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 10248611 A1 [0002] DE 10248611 A1 [0002]
Claims (13)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007045278A DE102007045278A1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system |
PCT/EP2008/006032 WO2009036835A2 (en) | 2007-09-21 | 2008-07-23 | Fuel cell system and method for operation of a fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007045278A DE102007045278A1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007045278A1 true DE102007045278A1 (en) | 2009-04-02 |
Family
ID=39939127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007045278A Withdrawn DE102007045278A1 (en) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102007045278A1 (en) |
WO (1) | WO2009036835A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018210173A1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-24 | Audi Ag | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10248611A1 (en) | 2001-10-17 | 2003-07-10 | Ford Motor Co | System and method for preheating a fuel cell |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4348891B2 (en) * | 2001-06-15 | 2009-10-21 | トヨタ自動車株式会社 | Power output apparatus having fuel cell and method thereof |
JP2004031127A (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-29 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP3742053B2 (en) * | 2002-11-22 | 2006-02-01 | 株式会社東芝 | Fuel cell system |
DE10300466A1 (en) * | 2003-01-07 | 2004-07-15 | Leithner, Reinhard, Prof. Dr.techn. | Solid oxide fuel cell (SOFC) has an integrated fuel supply provided by a water gas reaction providing CO and H2 |
DE10318495A1 (en) * | 2003-04-24 | 2004-11-11 | Bayerische Motoren Werke Ag | Energy conversion device and reformer device and fuel cell device therefor |
JP4575701B2 (en) * | 2004-04-20 | 2010-11-04 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system |
WO2006067971A2 (en) * | 2004-12-21 | 2006-06-29 | Nissan Motor Co., Ltd. | Startup method for fuel cell stack structure, temperature control method for fuel cell stack structure, and fuel cell stack structure |
EP1739777B1 (en) * | 2005-06-28 | 2014-01-22 | Eberspächer Climate Control Systems GmbH & Co. KG. | Fuel cell system for vehicles |
-
2007
- 2007-09-21 DE DE102007045278A patent/DE102007045278A1/en not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-07-23 WO PCT/EP2008/006032 patent/WO2009036835A2/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10248611A1 (en) | 2001-10-17 | 2003-07-10 | Ford Motor Co | System and method for preheating a fuel cell |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018210173A1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-24 | Audi Ag | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009036835A3 (en) | 2009-05-07 |
WO2009036835A2 (en) | 2009-03-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102014201678B4 (en) | Intercooler system with integrated heating device | |
WO2013026514A1 (en) | Fuel cell system | |
DE102004016375A1 (en) | Fuel cell system used in powering vehicle, such as bus, has T connection provided between first branch and second branch and main cycle | |
DE102008023831A1 (en) | Exhaust system for an internal combustion engine | |
DE102007061959A1 (en) | Fuel cell system with improved thermal management | |
DE102015216513A1 (en) | Cooling system for a fuel cell and fuel cell system | |
DE102009028648A1 (en) | tempering | |
DE102012018874A1 (en) | The fuel cell system | |
DE102011114721A1 (en) | Fuel cell system mounted in e.g. motor car, has sorption device with sorption material which is arranged in exhaust air duct or exhaust gas line, and thermally contacted with fuel cell and component requiring cold start condition | |
DE102018219069A1 (en) | Fuel cell system | |
EP1906108A2 (en) | Hydrogen heating | |
DE102015011275A1 (en) | Fuel cell system and vehicle with a fuel cell system | |
DE102006043573A1 (en) | Liquid water discharge decreasing method for fuel cell system, involves cooling fuel cell by using cooling agent in cooling circuit, and heating damp exhaust gas before discharging from fuel cell system by cooling agent | |
DE10107596B4 (en) | Low temperature fuel cell device for vehicles, in particular PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell device | |
WO2001003216A1 (en) | Device for heating/cooling a fuel cell and fuel cell system | |
DE102008045170A1 (en) | Electrical energy generating device for propulsion of e.g. fuel cell vehicle, has heat exchanger for cooling electrical and/or electronic power component, electrical drive unit and fuel recirculation blower of fuel cell system | |
DE102007045278A1 (en) | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system | |
DE202013100932U1 (en) | Intercooler system with integrated heating device | |
DE102007057451A1 (en) | Fuel cell system and method for starting a fuel cell system in a cold start phase | |
DE102014209506A1 (en) | Fuel cell device with heat transfer device and motor vehicle with fuel cell device | |
WO2014173529A2 (en) | Device for providing air | |
WO2018033292A1 (en) | Fuel cell device | |
DE102010047523A1 (en) | Fuel cell system for use in e.g. ships, has air inlet pipe placed between burner and compressor in flow direction subsequent to compressor components, where hot exhaust gases of burner flow from cathode region of fuel cell | |
DE102020205884A1 (en) | Cell stack with heatable end plate | |
DE102018213771A1 (en) | Fuel cell system and method for operating a fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |