DE102008008907A1 - Fuel cell system for use in motor vehicle, has fuel cell and gas burner, which are connected such that anode exhaust gas is supplied from anode side of cell to burner and burner exhaust gas of burner is supplied to cathode side of cell - Google Patents

Fuel cell system for use in motor vehicle, has fuel cell and gas burner, which are connected such that anode exhaust gas is supplied from anode side of cell to burner and burner exhaust gas of burner is supplied to cathode side of cell Download PDF

Info

Publication number
DE102008008907A1
DE102008008907A1 DE102008008907A DE102008008907A DE102008008907A1 DE 102008008907 A1 DE102008008907 A1 DE 102008008907A1 DE 102008008907 A DE102008008907 A DE 102008008907A DE 102008008907 A DE102008008907 A DE 102008008907A DE 102008008907 A1 DE102008008907 A1 DE 102008008907A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel cell
burner
gas
reformer
exhaust gas
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.)
Granted
Application number
DE102008008907A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102008008907B4 (en
Inventor
Karsten Reiners
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
J Eberspaecher GmbH and Co KG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by J Eberspaecher GmbH and Co KG filed Critical J Eberspaecher GmbH and Co KG
Priority to DE102008008907.9A priority Critical patent/DE102008008907B4/en
Publication of DE102008008907A1 publication Critical patent/DE102008008907A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102008008907B4 publication Critical patent/DE102008008907B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • 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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

The system (1) has a fuel cell (3) for generating electric current. The fuel cell comprises an anode side (5) and a cathode side (6). An oxidant supply device (10) supplies an oxidant to a residual gas burner (7). A reformer (2) generates reformat gas containing hydrogen gas. The reformat gas is supplied to the anode side of the fuel cell. The fuel cell and the residual gas burner are connected such that anode exhaust gas is supplied from the anode side of the fuel cell to the gas burner and burner exhaust gas of the gas burner is supplied to the cathode side of the fuel cell.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.The The present invention relates to a fuel cell system, in particular in a motor vehicle.

Üblicherweise umfasst ein Brennstoffzellensystem zumindest einen Reformer, mit dessen Hilfe aus einem Wasserstoff enthaltenden Kraftstoff und einem geeigneten Oxidator ein Wasserstoffgas enthaltendes Reformatgas generiert werden kann. Ferner kann ein derartiges Brennstoffzellensystem zumindest eine Brennstoffzelle umfassen, mit deren Hilfe aus einem anodenseitig zugeführten Wasserstoffgas enthaltenden Gas, bevorzugt das Reformatgas des Reformers, und einem kathodenseitig zugeführten Sauerstoffgas enthaltenden Gas elektrischer Strom generiert werden kann. Darüber hinaus ist es bekannt, ein Brennstoffzellensystem mit einem Restgasbrenner auszustatten, mit dessen Hilfe ein brennbares Gas mit einem Oxidator umgesetzt werden kann. Beispielsweise können die Abgase der Brennstoffzelle noch einen mehr oder weniger großen Anteil an Wasserstoffgas und Sauerstoffgas enthalten, so dass diese Abgase mit dem Restgasbrenner umsetzbar sind, um die darin chemisch gespeicherte Wärme freizusetzen. Schließlich können bei einem Brennstoffzellensystem eine Kraftstoffversorgungseinrichtung zum Zuführen eines Kraftstoffs zum Reformer sowie zumindest eine Oxidatorversorgungseinrichtung vorgesehen sein.Usually a fuel cell system comprises at least one reformer, with whose help consists of a fuel containing hydrogen and a suitable oxidizer, a hydrogen gas-containing reformate gas can be generated. Furthermore, such a fuel cell system comprise at least one fuel cell, with the help of a supplied on the anode side Gas containing hydrogen gas, preferably the reformate gas of the reformer, and a cathode side supplied Gas containing oxygen gas can be generated electric current can. About that It is also known, a fuel cell system with a residual gas burner Equip, with the help of a combustible gas with an oxidizer can be implemented. For example, the exhaust gases of the fuel cell still a more or less large proportion of hydrogen gas and oxygen gas, so that these exhaust gases with the residual gas burner can be implemented to release the stored therein chemically heat. After all can in a fuel cell system, a fuel supply device for feeding a fuel to the reformer and at least one Oxidatorversorgungseinrichtung be provided.

Üblicherweise sind die einzelnen Komponenten herkömmlicher Brennstoffzellensysteme so miteinander verschaltet, dass der Restgasbrenner eingangsseitig Anodenabgas und Kathodenabgas von der Brennstoffzelle erhält. Das dabei gebildete Abgas kann über einen Wärmeübertrager zum Aufheizen des der Brennstoffzelle zugeführten Kathodengases genutzt werden und wird im übrigen ggf. über eine Abgasreinigungseinrichtung in die Umgebung freigesetzt. Zur Kühlung des Restgasbrenners kann es dabei insbesondere erforderlich sein, zusätzlich eine Kühlgaszuführung vorzusehen, mit der vorzugsweise kathodenseitig ein geeignetes Kühlgas dem Restgasbrenner zuführbar ist. Ferner kann es zweckmäßig sein, Anodenabgas zum Reformer zurückzuführen, wozu eine entsprechende Rezirkulationsleitung vorzusehen ist, in der regelmäßig auch ein Wärmeübertrager angeordnet werden muss, um eine Überhitzung einer in der Rezirkulationsleitung angeordneten Fördereinrichtung zu vermeiden. Insgesamt ergibt sich somit ein vergleichsweise aufwändiger Aufbau.Usually are the individual components of conventional fuel cell systems interconnected so that the residual gas burner input side Anode exhaust and cathode exhaust gas from the fuel cell receives. The thereby formed exhaust gas can over a heat exchanger used to heat the cathode gas supplied to the fuel cell Becoming and becoming otherwise possibly over an emission control device released into the environment. to cooling the residual gas burner may in particular be required additionally to provide a cooling gas supply, with the cathode preferably a suitable cooling gas the Residual gas burner can be fed is. Furthermore, it may be appropriate Anode exhaust gas to reformer due, including a corresponding recirculation line is provided, in the regularly too a heat exchanger must be arranged to overheat a conveyor arranged in the recirculation line to avoid. Overall, this results in a comparatively complex structure.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sich ein Aufbau ergibt, der mit weniger Komponenten auskommt und insbesondere preiswerter realisierbar ist.The present invention employs dealing with the problem, for a fuel cell system of the type mentioned improved embodiment which is characterized in particular by: a structure results, which manages with fewer components and in particular cheaper is feasible.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Problem is inventively the subject of the independent Claim solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent Claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Komponenten des Brennstoffzellensystems so miteinander zu verschalten, dass der Restgasbrenner von der Oxidatorversorgungseinrichtung mit Oxidatorgas versorgt wird und dass Brennerabgas des Restgasbrenners der Kathodenseite der Brennstoffzelle als Kathodengas zugeführt wird. Diese Bauweise oder Verschaltung kommt im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufbau mit deutlich weniger Leitungen und Komponenten aus, wodurch sich der Aufbau des Brennstoffzellensystems extrem vereinfacht und preiswerter realisieren lässt. Ferner kann das Systemverhalten positiv beeinflusst werden. Zum Beispiel lässt sich die Startzeit verkürzen, da das Kathodengas im Restgasbrenner stark vorgeheizt werden kann.The Invention is based on the general idea, the components of Fuel cell system to interconnect so that the residual gas burner supplied by the Oxidatorversorgungseinrichtung with oxidant gas and that burner exhaust gas of the residual gas burner of the cathode side the fuel cell is supplied as a cathode gas. This construction or Interconnection comes clearly in comparison to a conventional structure less lines and components, resulting in the construction of the Fuel cell system extremely simplified and cheaper to realize leaves. Further the system behavior can be positively influenced. For example let yourself shorten the start time, since the cathode gas can be strongly preheated in the residual gas burner.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der das Kathodengas der Brennstoffzelle einem Reformer zum Generieren von Wasserstoffgas enthaltendem Reformatgas bzw. Anodengas als Oxidator zugeführt wird. Beispielsweise kann bei dieser Bauweise auf eine Rezirkulationsleitung verzichtet werden, da über die gewählte Kathodenabgasführung Brennerabgas dem Reformer eingangsseitig zuführbar ist, wobei das Brennerabgas je nach Betriebszustand des Brennstoffzellensystems mehr oder weniger umsetzbare Bestandteile enthält.Especially an embodiment is advantageous in which the cathode gas of the fuel cell is a reformer to generate of hydrogen gas containing reformate gas or anode gas as the oxidizer supplied becomes. For example, in this construction on a recirculation line be waived over there the chosen one Cathode exhaust duct Burner exhaust gas to the reformer input side is supplied, wherein the burner exhaust gas depending on the operating condition of the fuel cell system more or less contains metabolizable ingredients.

Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher ein Wärmeübertrager vorgesehen ist, mit dessen Hilfe eine wärmeübertragende Kopplung zwischen dem zur Versorgung des Reformers dienenden Kathodenabgas und dem zur Versorgung des Restgasbrenners dienenden Oxidatorgas realisierbar ist. Hierdurch kann eine intensive Aufheizung des dem Restgasbrenner zugeführten Oxidatorgases realisiert werden, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn das Oxidatorgas durch den Restgasbrenner durchgeleitet und der Brennstoffzelle als Kathodengas zugeführt wird. Eine separate Vorheizung des Kathodengases kann dadurch entfallen. Gleichzeitig kann durch diese Verschaltung durch einen Brennerbetrieb des Restgasbrenners bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems gleichzeitig eine Aufheizung der Brennstoffzelle und des Reformers realisiert werden.Especially is appropriate an embodiment, in which a heat exchanger is provided, with the help of a heat transfer coupling between the serving for the supply of the reformer cathode exhaust gas and the for supplying the residual gas burner serving oxidizer gas feasible is. This allows intensive heating of the residual gas burner supplied Oxidatorgases be realized, which is particularly advantageous if the Oxidizer gas passed through the residual gas burner and the fuel cell fed as cathode gas becomes. A separate preheating of the cathode gas can be omitted. At the same time can through this interconnection by a burner operation the residual gas burner at a cold start of the fuel cell system at the same time a heating of the fuel cell and the reformer will be realized.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention will become apparent from the Dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferred embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explains where like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components relate.

Es zeigen, jeweils schematisch,It show, in each case schematically,

1 und 2 jeweils eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Brennstoffzellensystems bei zwei verschiedenen Ausführungsformen. 1 and 2 in each case a greatly simplified, circuit diagram-like schematic representation of a fuel cell system in two different embodiments.

Entsprechend den 1 und 2 umfasst ein Brennstoffzellensystem 1 einen Reformer 2 zum Generieren eines Wasserstoffgas enthaltenden Reformatgases. Der Reformer 2 kann hierzu einen Wasserstoff enthaltenden Kraftstoff mit einem geeigneten Oxidator umsetzen. Der Reformer 2 kann dabei insbesondere mit partieller Oxidation des Kraftstoffs arbeiten. Ferner weist das Brennstoffzellensystem 1 zumindest eine Brennstoffzelle 3 zum Generieren von elektrischem Strom auf. Die Brennstoffzelle 3 weist hierzu einen Elektrolyten 4 auf, der in der Brennstoffzelle 3 eine Anodenseite 5 von einer Kathodenseite 6 trennt. Üblicherweise besteht die Brennstoffzelle 3 aus einem Stapel einzelner Brennstoffzellenelemente, bei denen jeweils ein Elektrolytelement die Kathodenseite 6 von der Anodenseite 5 separiert.According to the 1 and 2 includes a fuel cell system 1 a reformer 2 for generating a reformate gas containing hydrogen gas. The reformer 2 For this purpose, it is possible to react a hydrogen-containing fuel with a suitable oxidizer. The reformer 2 can work in particular with partial oxidation of the fuel. Furthermore, the fuel cell system 1 at least one fuel cell 3 for generating electricity on. The fuel cell 3 has an electrolyte for this purpose 4 on that in the fuel cell 3 an anode side 5 from a cathode side 6 separates. Usually, there is the fuel cell 3 from a stack of individual fuel cell elements, in which in each case an electrolyte element, the cathode side 6 from the anode side 5 separated.

Ferner weist das Brennstoffzellensystem 1 einen Restgasbrenner 7 zum Umsetzen eines brennbaren Gases mit einem Oxidator auf. Besagter Restgasbrenner 7 kann hierzu einen Brennraum 8 aufweisen, in dem das jeweilige brennbare Gas mit dem jewei ligen Oxidator mit Hilfe einer Flamme verbrennbar ist. Ebenso kann der Restgasbrenner 7 einen Katalysator enthalten und mit einer katalytischen Verbrennung oder Umsetzung des brennbaren Gases mit dem Oxidator arbeiten.Furthermore, the fuel cell system 1 a residual gas burner 7 for reacting a combustible gas with an oxidizer. Said residual gas burner 7 this can be a combustion chamber 8th have, in which the respective combustible gas with the jewei time oxidizer is combustible by means of a flame. Likewise, the residual gas burner 7 contain a catalyst and work with a catalytic combustion or reaction of the combustible gas with the oxidizer.

Weiter ist eine Oxidatorversorgungseinrichtung 10 vorgesehen. Diese dient hier bevorzugt zur Versorgung des Restgasbrenners 7 mit einem Oxidatorgas.Next is an oxidizer supply device 10 intended. This serves here preferably for the supply of the residual gas burner 7 with an oxidizer gas.

Mit Hilfe einer Kraftstoffversorgungseinrichtung 9 kann dem Reformer 2 ein geeigneter Kraftstoff zugeführt werden. Als Kraftstoff eignen sich grundsätzlich beliebige flüssige oder gasförmige Kraftstoffe, sofern sie atomaren Wasserstoff enthalten. Bevorzugt werden jedoch übliche Kohlenwasserstoffe, wie Benzin, Diesel, Erdgas, Biokraftstoffe. Sofern das Brennstoffzellensystem 1 in einem Kraftfahrzeug angeordnete ist, das eine Brennkraftmaschine aufweist, wird zur Versorgung des Reformers 2 zweckmäßig der gleiche Kraftstoff ver wendet, mit dem auch die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs arbeitet.With the help of a fuel supply device 9 can the reformer 2 be supplied with a suitable fuel. In principle, any liquid or gaseous fuels are suitable as fuel, provided they contain atomic hydrogen. However, preference is given to customary hydrocarbons, such as gasoline, diesel, natural gas, biofuels. Unless the fuel cell system 1 is arranged in a motor vehicle having an internal combustion engine, is to supply the reformer 2 expedient the same fuel used ver, with which the internal combustion engine of the vehicle works.

Zur Versorgung des Reformers 2 mit Kraftstoff weist die Kraftstoffversorgungseinrichtung 9 eine Kraftstoffleitung 11 auf, in der eine geeignete Fördereinrichtung 12 angeordnet ist, bei der es sich bevorzugt um eine Pumpe handeln kann. Die Kraftstoffleitung 11 ist dabei an eine Eingangsseite 13 des Reformers 2 angeschlossen. Zur Versorgung des Restgasbrenners 7 mit Oxidatorgas, bei dem es sich bevorzugt um Luft handelt, weist die Oxidatorversorgungseinrichtung 10 eine Oxidatorleitung 14 auf, die an eine Eingangsseite 15 des Restgasbrenners 7 angeschlossen ist und in der eine geeignete Fördereinrichtung 33 angeordnet ist, bei der es sich beispielsweise um ein Gebläse handeln kann.To supply the reformer 2 with fuel, the fuel supply device 9 a fuel line 11 on, in the appropriate conveyor 12 is arranged, which may preferably be a pump. The fuel line 11 is at an input page 13 the reformer 2 connected. To supply the residual gas burner 7 oxidant gas, which is preferably air, has the oxidizer supply means 10 an oxidizer line 14 on, on an input side 15 of the residual gas burner 7 is connected and in a suitable conveyor 33 is arranged, which may be, for example, a fan.

Der Reformer 2 kann im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 der Anodenseite 5 der Brennstoffzelle 3 sein Reformatgas zuführen. Hierzu verbindet eine Reformatgasleitung 16, die auch als Anodengasleitung 16 bezeichnet werden kann, eine Ausgangsseite 17 mit einem anodenseitigen Eingang 18 der Brennstoffzelle 3. Im Betrieb der Brennstoffzelle 3 wird das Anodengas mehr oder weniger umgesetzt, so dass Anodenabgas der Brennstoffzelle 3 dem Restgasbrenner 7 zuführbar ist. Hierzu ist ein anodenseitiger Ausgang 19 der Brennstoffzelle 3 über eine Anodenabgasleitung 20 mit der Eingangsseite 15 des Restgasbrenners 7 verbunden. Bei dieser Anodenabgasleitung 20 kann es sich insbesondere auch um eine interne Leitung handeln, wenn die Brennstoffzelle 3 und der Restgasbrenner 7 eine bauliche Einheit bilden. Das dem Restgasbrenner 7 zugeführte Anodenabgas enthält abhängig vom Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 1 mehr oder weniger Reformatgas. In einem Extremfall kann das Anodenabgas hauptsächlich aus Anodengas bzw. aus Reformatgas bestehen.The reformer 2 can during operation of the fuel cell system 1 the anode side 5 the fuel cell 3 to feed his reformate gas. For this purpose, a reformate gas line connects 16 , also called anode gas pipe 16 can be designated, an output side 17 with an anode-side input 18 the fuel cell 3 , In operation of the fuel cell 3 the anode gas is more or less reacted so that anode exhaust gas of the fuel cell 3 the residual gas burner 7 can be fed. For this purpose, an anode-side output 19 the fuel cell 3 via an anode exhaust gas line 20 with the input side 15 of the residual gas burner 7 connected. In this anode exhaust gas line 20 in particular, it can also be an internal line if the fuel cell 3 and the residual gas burner 7 form a structural unit. That the residual gas burner 7 supplied anode exhaust gas contains depending on the operating condition of the fuel cell system 1 more or less reformat gas. In an extreme case, the anode exhaust gas may consist mainly of anode gas or of reformate gas.

Der Restgasbrenner 7 führt Brennerabgas der Kathodenseite 6 der Brennstoffzelle 3 zu. Hierzu ist eine Brennerabgasleitung 21 vorgesehen, die einerseits an eine Ausgangsseite 22 des Restgasbrenners 7 und andererseits an einen kathodenseitigen Eingang 23 der Brennstoffzelle 3 angeschlossen ist.The residual gas burner 7 performs burner exhaust gas of the cathode side 6 the fuel cell 3 to. For this purpose, a burner exhaust gas line 21 provided, on the one hand to an output side 22 of the residual gas burner 7 and on the other hand to a cathode-side input 23 the fuel cell 3 connected.

Insbesondere kann dabei die Brennerabgasleitung 21 auch intern verlaufen, wenn die Brennstoffzelle 3 und der Restgasbrenner 7 eine bauliche Einheit bilden. Je nach Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 1 kann das Brennerabgas mehr oder weniger Oxidator und mehr oder weniger Reformatgas enthalten. Bei ausgeschaltetem Restgasbrenner 7 kann der Reformatgasanteil im Brennerabgas vergleichsweise hoch sein.In particular, while the burner exhaust gas line 21 also run internally when the fuel cell 3 and the residual gas burner 7 form a structural unit. Depending on the operating condition of the fuel cell system 1 For example, the burner exhaust gas may contain more or less oxidizer and more or less reformate gas. When the residual gas burner is switched off 7 the proportion of reformate gas in the burner exhaust gas can be comparatively high.

Ferner kann im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 Kathodenabgas von der Kathodenseite 6 der Brennstoffzelle 3 zum Reformer 2 geführt werden. Hierzu verbindet eine Kathodenabgasleitung 24 einen kathodenseitigen Ausgang 25 der Brennstoffzelle 3 mit der Eingangsseite 13 des Reformers 2. Das Kathodenabgas kann je nach Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 1 mehr oder weniger Oxidator enthalten. Ebenso kann das Kathodenabgas Reformatgas enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann zur Versorgung des Reformers 2 mit Oxidator, z. B. Luft, eine separate Oxidatorversorgung vorgesehen sein, die eine eigene Fördereinrichtung, z. B. ein Gebläse, enthält.Furthermore, during operation of the fuel cell system 1 Cathode exhaust gas from the cathode side 6 the fuel cell 3 to the reformer 2 be guided. For this purpose, a cathode exhaust gas line connects 24 a cathode-side output 25 the fuel cell 3 with the input side 13 the reformer 2 , The cathode exhaust gas may vary depending on the operating state of the fuel cell system 1 contain more or less oxidizer. Likewise, the cathode exhaust gas may contain reformate gas. Alternatively or additionally, to supply the reformer 2 with oxidizer, z. As air, a separate Oxidatorversorgung be provided, which has its own conveyor, for. B. a fan contains.

In den gezeigten Beispielen weist das Brennstoffzellensystem 1 außerdem einen Wärmeübertrager 26 auf, der einerseits in die Kathodenabgasleitung 24 und andererseits in die Oxidatorleitung 14 eingebunden ist. Auf diese Weise kann der Wärmeübertrager 26 eine wärmeübertragende Kopplung zwischen dem zur Versorgung des Reformers 2 dienenden Kathodenabgas und dem zur Versorgung des Restgasbrenners 7 dienenden Oxidatorgas realisieren. Insbesondere lässt sich hierdurch bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems 1 eine besonders rasche Aufheizung der Brennstoffzelle 3 und des Reformers 2 realisieren. Ferner lässt sich mehr oder weniger deaktiviertem Restgasbrenner 7 eine intensive Vorheizung des den Restgasbrenner 7 ungehindert durchströmenden Oxidators realisieren, der dann der Brennstoffzelle 3 kathodenseitig zugeführt wird.In the examples shown, the fuel cell system 1 also a heat exchanger 26 on the one hand in the cathode exhaust gas line 24 and on the other hand into the oxidizer line 14 is involved. In this way, the heat exchanger 26 a heat transfer coupling between the supply to the reformer 2 serving cathode exhaust gas and the supply of the residual gas burner 7 implement oxidizing gas. In particular, this makes it possible during a cold start of the fuel cell system 1 a particularly rapid heating of the fuel cell 3 and the reformer 2 realize. Furthermore, can be more or less deactivated residual gas burner 7 an intensive preheating of the residual gas burner 7 realize unimpeded by flowing oxidizer, then the fuel cell 3 is supplied on the cathode side.

Dieser Wärmeübertrager 26 kann insbesondere mit der Brennstoffzelle 3 und/oder mit dem Restgasbrenner 7 und/oder mit dem Reformer 2 eine bauliche Einheit bilden.This heat exchanger 26 especially with the fuel cell 3 and / or with the residual gas burner 7 and / or with the reformer 2 form a structural unit.

In den gezeigten Beispielen kann optional eine Reformerventileinrichtung 27 vorgesehen sein, über die eine Abgasleitung 28 von der Kathodenabgasleitung 24 abzweigt. Mit Hilfe dieser Reformerventileinrichtung 27 kann eine Aufteilung des von der Brennstoffzelle 3 stammenden Kathodenabgases auf die zum Reformer 2 führende Kathodenabgasleitung 24 und die zu einem Abgassystem 29 führende Abgasleitung 28 eingestellt werden. Insoweit ermöglicht die Reformerventileinrichtung 27 insbesondere eine Mengenregelung oder Volumenstromregelung für das dem Reformer 2 zugeführte Kathodenabgas.Optionally in the examples shown may be a reformer valve device 27 be provided, via the one exhaust pipe 28 from the cathode exhaust gas line 24 branches. With the help of this reformer valve device 27 can be a breakdown of the fuel cell 3 originating cathode exhaust gas to the reformer 2 leading cathode exhaust gas line 24 and that to an exhaust system 29 leading exhaust pipe 28 be set. In that regard, the reformer valve device allows 27 in particular a volume control or volume flow control for the reformer 2 supplied cathode exhaust gas.

Die Reformerventileinrichtung 27 kann entsprechend 1 stromauf des Wärmeübertragers 26 in der Kathodenabgasleitung 24 angeordnet sein. Auf diese Weise ist das bei der Reformerventileinrichtung 27 abgezweigte Abgas auf einem erhöhten Temperaturniveau und kann beispielsweise zur Heizzwecken und dergleichen genutzt werden. Im Unterschied dazu kann die Re formerventileinrichtung 27 entsprechend 2 stromab des Wärmeübertragers 26 in der Kathodenabgasleitung 24 angeordnet sein. Auf diese Weise befindet sich das bei der Reformerventileinrichtung 27 abgezweigte Abgas auf einem abgesenkten Temperaturniveau, so dass insgesamt mehr Wärme auf den in der Oxidatorleitung 14 transportierten Oxidator übertragen werden kann.The reformer valve device 27 can be done accordingly 1 upstream of the heat exchanger 26 in the cathode exhaust gas line 24 be arranged. In this way, this is the reformer valve device 27 diverted exhaust gas at an elevated temperature level and can be used for heating purposes and the like, for example. In contrast, the Re formerventileinrichtung 27 corresponding 2 downstream of the heat exchanger 26 in the cathode exhaust gas line 24 be arranged. In this way, this is in the reformer valve device 27 branched off exhaust gas at a lowered temperature level, so that more total heat on the in the Oxidatorleitung 14 transported oxidizer can be transferred.

Das hier gezeigte Brennstoffzellensystem 1 weist außerdem eine Brennerventileinrichtung 30 auf, bei der eine Bypassleitung 31 von der Oxidatorleitung 14 abzweigt. Mit Hilfe der Brennerventileinrichtung 30 kann eine Aufteilung des von der Oxidatorversorgungseinrichtung 10 geförderten Oxidatorgases auf die zum Restgasbrenner 7 führende Oxidatorleitung 14 und auf die Bypassleitung 31 eingestellt werden. Die Bypassleitung 31 mündet bei 32 in die Brennerabgasleitung 21 ein; sie kann grundsätzlich jedoch auch an den kathodenseitigen Eingang der Brennstoffzelle 3 angeschlossen sein. Die Bypassleitung 31 umgeht somit zum einen den Wärmeübertrager 26 und zum anderen den Restgasbrenner 7. Auf diese Weise kann der Kathodenseite 6 unmittelbar kaltes Oxidatorgas zugeführt werden, um eine Überhitzung der Brennstoffzelle 3 zu vermeiden. Gleichzeitig lässt sich dadurch der Sauerstoffgehalt im Brennerabgas erhöhen, falls dies erforderlich sein sollte.The fuel cell system shown here 1 also has a burner valve device 30 on, in which a bypass line 31 from the oxidizer line 14 branches. With the help of the burner valve device 30 may be a division of the from the Oxidatorversorgungseinrichtung 10 promoted Oxidatorgases on the residual gas burner 7 leading oxidizer line 14 and on the bypass line 31 be set. The bypass line 31 joins in 32 in the burner exhaust gas line 21 one; However, in principle, it can also be connected to the cathode-side input of the fuel cell 3 be connected. The bypass line 31 thus bypasses on the one hand the heat exchanger 26 and on the other hand the residual gas burner 7 , In this way, the cathode side 6 supplied directly cold oxidizer gas to overheat the fuel cell 3 to avoid. At the same time this can increase the oxygen content in the burner exhaust gas, if necessary.

Im Vergleich zu herkömmlichen Brennstoffzellensystemen kommt das hier vorgestellte Brennstoffzellensystem 1 mit deutlich weniger Komponenten und weniger Leitungsabschnitten aus, wo durch sich ein besonders einfacher und preiswerter Aufbau realisieren lässt. Besonders erwähnenswert ist außerdem ein deutlich verkürzter Startvorgang durch die direkte Beheizung der Brennstoffzelle 3 sowie ggf. des Reformers 2 durch den Restgasbrenner 7. Insgesamt kann auch eine Wirkungsgradverbesserung des Brennstoffzellensystems 1 realisiert werden.In comparison to conventional fuel cell systems, the fuel cell system presented here comes 1 with significantly fewer components and fewer line sections, where a particularly simple and inexpensive construction can be realized. Particularly noteworthy is also a significantly shorter startup process by the direct heating of the fuel cell 3 and possibly the reformer 2 through the residual gas burner 7 , Overall, an improvement in the efficiency of the fuel cell system 1 will be realized.

Claims (8)

Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3) zum Generieren von elektrischen Strom, die eine Anodenseite (5) und eine Kathodenseite (6) aufweist, – mit einem Restgasbrenner (7) zum Umsetzen eines brennbaren Gases mit einem Oxidator, – mit einer Oxidatorversorgungseinrichtung (10) zum Zuführen eines Oxidators zum Restgasbrenner (7), – wobei ein Wasserstoffgas enthaltendes Reformatgas zur Anodenseite (5) der Brennstoffzelle (3) zuführbar ist, – wobei Brennstoffzelle (3) und Restgasbrenner (7) so verschaltet sind, – dass Anodenabgas von der Anodenseite (5) der Brennstoffzelle (3) zum Restgasbrenner (7) zuführbar ist, – dass Brennerabgas vom Restgasbrenner (7) zur Kathodenseite (6) der Brennstoffzelle (3) zuführbar ist.Fuel cell system, in particular in a motor vehicle, - with at least one fuel cell ( 3 ) for generating electrical power which is an anode side ( 5 ) and a cathode side ( 6 ), - with a residual gas burner ( 7 ) for reacting a combustible gas with an oxidizer, - with an oxidizer supply device ( 10 ) for supplying an oxidizer to the residual gas burner ( 7 ), - wherein a hydrogen gas-containing reformate gas to the anode side ( 5 ) of the fuel cell ( 3 ), wherein - fuel cell ( 3 ) and residual gas burner ( 7 ) are connected so that - anode exhaust gas from the anode side ( 5 ) of the fuel cell ( 3 ) to the residual gas burner ( 7 ) can be supplied, - that burner exhaust gas from the residual gas burner ( 7 ) to the cathode side ( 6 ) of the fuel cell ( 3 ) can be fed. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Reformer (2) zum Generieren des Wasserstoffgas enthaltenden Reformatgases.Fuel cell system according to claim 1, characterized by a reformer ( 2 ) for generating the reformate gas containing hydrogen gas. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Kraftstoffversorgungseinrichtung (9) zum Zuführen eines Kraftstoffs zum Reformer (2).Fuel cell system according to claim 2, characterized by a fuel supply device ( 9 ) for supplying a fuel to the reformer ( 2 ). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (2) mit der Brennstoffzelle (3) und dem Restgasbrenner (7) so verschaltet ist, dass Kathodenabgas von der Kathodenseite (6) der Brennstoffzelle (3) zum Reformer (2) zuführbar ist.Fuel cell system according to claim 2 or 3, characterized in that the reformer ( 2 ) with the fuel cell ( 3 ) and the residual gas burner ( 7 ) is connected so that cathode exhaust gas from the cathode side ( 6 ) of the fuel cell ( 3 ) to the reformer ( 2 ) can be fed. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Wärmeübertrager (26) zur wärmeübertragenden Kopplung zwischen dem zur Versorgung des Reformers (2) dienenden Kathodenabgas und dem zur Versorgung des Restgasbrenners (7) dienenden Oxidatorgas.Fuel cell system according to claim 4, characterized by a heat exchanger ( 26 ) for heat-transfer coupling between the supply of the reformer ( 2 ) serving cathode exhaust gas and the supply of the residual gas burner ( 7 ) oxidizing gas. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Reformerventileinrichtung (27) zum einstellbaren Aufteilen des Kathodenabgases auf eine zum Reformer (2) führende Kathodenabgasleitung (24) und eine Abgasleitung (28).Fuel cell system according to claim 4 or 5, characterized by a reformer valve device ( 27 ) for adjustably dividing the cathode exhaust gas to a reformer ( 2 ) leading cathode exhaust gas line ( 24 ) and an exhaust pipe ( 28 ). Brennstoffzellensystem nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, – dass die Reformerventileinrichtung (27) stromauf des Wärmeübertragers (26) angeordnet ist, oder – dass die Reformerventileinrichtung (27) stromab des Wärmeübertragers (26) angeordnet ist.Fuel cell system according to claims 5 and 6, characterized in that - the reformer valve device ( 27 ) upstream of the heat exchanger ( 26 ), or - that the reformer valve device ( 27 ) downstream of the heat exchanger ( 26 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Brennerventileinrichtung (30) zum einstellbaren Aufteilen des Oxidatorgases auf eine zum Restgasbrenner (7) führende Oxidatorleitung (14) und eine den Restgasbrenner (7) umgehende, zur Anodenseite (6) der Brennstoffzelle (3) führende Bypassleitung (31).Fuel cell system according to one of claims 1 to 7, characterized by a burner valve device ( 30 ) for adjustably dividing the oxidizer gas to one for the residual gas burner ( 7 ) leading oxidizer line ( 14 ) and the residual gas burner ( 7 ), to the anode side ( 6 ) of the fuel cell ( 3 ) leading bypass line ( 31 ).
DE102008008907.9A 2008-02-13 2008-02-13 Fuel cell system Active DE102008008907B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008008907.9A DE102008008907B4 (en) 2008-02-13 2008-02-13 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008008907.9A DE102008008907B4 (en) 2008-02-13 2008-02-13 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008008907A1 true DE102008008907A1 (en) 2009-08-20
DE102008008907B4 DE102008008907B4 (en) 2021-11-04

Family

ID=40873920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008008907.9A Active DE102008008907B4 (en) 2008-02-13 2008-02-13 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008008907B4 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016220978A1 (en) * 2016-10-25 2018-04-26 Robert Bosch Gmbh fuel cell device
CN112805860A (en) * 2018-11-21 2021-05-14 Avl李斯特有限公司 Fuel cell system and temperature control method of fuel cell system
US20220200028A1 (en) * 2018-12-18 2022-06-23 L'Air Liquide, Societe Anonyme pour I'Etude et I'Exploitation des Precedes Georges Claude Method of integrating a fuel cell with a steam methane reformer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69402930T2 (en) * 1993-07-09 1997-12-18 Ishikawajima Harima Heavy Ind Differential pressure control method for plate reformers of a fuel cell power generation system
DE102005001361A1 (en) * 2005-01-11 2006-07-20 J. Eberspächer GmbH & Co. KG The fuel cell system
EP1715540A1 (en) * 2004-01-14 2006-10-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and power generation method thereof
DE102005058530A1 (en) * 2005-12-08 2007-07-26 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Reformeranordnung, functional system of reformer assembly and hydrogen-consuming system and method of operating a reformer assembly

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69402930T2 (en) * 1993-07-09 1997-12-18 Ishikawajima Harima Heavy Ind Differential pressure control method for plate reformers of a fuel cell power generation system
EP1715540A1 (en) * 2004-01-14 2006-10-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and power generation method thereof
DE102005001361A1 (en) * 2005-01-11 2006-07-20 J. Eberspächer GmbH & Co. KG The fuel cell system
DE102005058530A1 (en) * 2005-12-08 2007-07-26 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Reformeranordnung, functional system of reformer assembly and hydrogen-consuming system and method of operating a reformer assembly

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016220978A1 (en) * 2016-10-25 2018-04-26 Robert Bosch Gmbh fuel cell device
CN112805860A (en) * 2018-11-21 2021-05-14 Avl李斯特有限公司 Fuel cell system and temperature control method of fuel cell system
US20220200028A1 (en) * 2018-12-18 2022-06-23 L'Air Liquide, Societe Anonyme pour I'Etude et I'Exploitation des Precedes Georges Claude Method of integrating a fuel cell with a steam methane reformer
US11831057B2 (en) * 2018-12-18 2023-11-28 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method of integrating a fuel cell with a steam methane reformer

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008008907B4 (en) 2021-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1679757B1 (en) Fuel cell system
DE102011088563B4 (en) Arrangement with fuel cell system
EP1947723B1 (en) System for providing energy
DE102009030236B4 (en) Fuel cell system and operating procedures
EP1986263B1 (en) Fuel cell system and appropriate starting method
DE102008008907B4 (en) Fuel cell system
DE102007051705A1 (en) The fuel cell system
DE102012220082B4 (en) Vehicle fuel cell system and associated operating procedure
EP2028709B1 (en) Fuel cell system
DE102007033150B4 (en) Operating method for a fuel cell system
EP1942537B1 (en) Fuel cell system including a regeneration arrangement for a reformer and method thereof
DE102014115096B4 (en) SYSTEM FOR SUPPLYING A VEHICLE WITH ELECTRICAL ENERGY
EP1925790B1 (en) System of an internal combustion engine
DE102007033151B4 (en) Operating method for a fuel cell system
EP1845577B1 (en) Fuel cell system
EP2075226B1 (en) Reformer, fuel cell and associated operating procedure
DE102007019360A1 (en) evaporator means
DE102019206701A1 (en) Fuel cell device and method for operating such a fuel cell device
DE102008037028B4 (en) Fuel cell system for gaseous hydrocarbons and associated operating method
EP2028710B1 (en) Vehicle with a combustion engine and a fuel cell system
AT521901B1 (en) Method for heating a fuel cell system and fuel cell system
EP1986262B1 (en) Calibration method for a fuel cell control system
DE102021214213A1 (en) Fuel cell device and system with a fuel cell device
EP2075225A2 (en) Reformer, fuel cell system and process for its operation
EP1968150A1 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20110909

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: EBERSPAECHER CLIMATE CONTROL SYSTEMS GMBH & CO, DE

Free format text: FORMER OWNER: J. EBERSPAECHER GMBH & CO. KG, 73730 ESSLINGEN, DE

Effective date: 20131212

R082 Change of representative

Representative=s name: BRP RENAUD UND PARTNER MBB RECHTSANWAELTE PATE, DE

Effective date: 20131212

Representative=s name: BRP RENAUD UND PARTNER MBB, DE

Effective date: 20131212

Representative=s name: BRP RENAUD & PARTNER, DE

Effective date: 20131212

R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01M0008060000

Ipc: H01M0008060600

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final