DE102012221461A1 - Fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) mit einem Brennstoffzellenstack. Um einen besonders effektiven Austausch einer Entschwefelungsvorrichtung (10) zu erreichen und das Brennstoffzellensystem (1) vor durch schwefelhaltige Substanzen bewirkten Beschädigungen zu schützen, umfasst das Brennstoffzellensystem (1) – wenigstens eine Brennstoffzelle (2); – eine Anodengasführung (9) zum Zuführen von Anodengas zu der Brennstoffzelle (2); – eine Kathodengasführung (15) zum Zuführen von Kathodengas zu der Brennstoffzelle (2); und – eine Entschwefelungsvorrichtung (10) zum Entfernen von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas, wobei – ein Schwefelsensor (36) zur Erfassung des Schwefelgehalts des zugeführten Anodengases vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1) und die Verwendung eines derartigen Brennstoffzellensystems (1).The present invention relates to a fuel cell system (1) with a fuel cell stack. In order to achieve a particularly effective replacement of a desulfurization device (10) and to protect the fuel cell system (1) from damage caused by substances containing sulfur, the fuel cell system (1) comprises - at least one fuel cell (2); - An anode gas guide (9) for supplying anode gas to the fuel cell (2); A cathode gas guide (15) for supplying cathode gas to the fuel cell (2); and - a desulfurization device (10) for removing sulfur-containing substances from the anode gas, wherein - a sulfur sensor (36) is provided for detecting the sulfur content of the supplied anode gas. The present invention further relates to a method for operating a fuel cell system (1) and the use of such a fuel cell system (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.The present invention relates to a fuel cell system and a method of operating a fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Wegen ihres Potentials zur Senkung des CO2-Ausstoßes für die Bereitstellung von Strom und Wärme spielt die Kraft-Wärme-Kopplung eine zunehmend wichtigere Rolle im Energiemarkt. Dabei sind Brennstoffzellen-Anlagen auf Basis von keramischen Zellen (SOFC), die bei hoher Temperatur (beispielsweise 650–1000 °C) betrieben werden, wegen ihres hohen elektrischen Wirkungsgrads (etwa bis zu 60 %) besonders interessant. Diese Anlagen werden oftmals mit Erdgas aus dem Erdgasnetz betrieben. Wichtige Herausforderungen sind die Erreichung eines möglichst hohen elektrischen Wirkungsgrads bei gleichzeitig hoher Lebensdauer der Zellen. Cogeneration is playing an increasingly important role in the energy market because of its potential to reduce CO 2 emissions for the provision of electricity and heat. Here, fuel cell systems based on ceramic cells (SOFC), which are operated at high temperature (for example, 650-1000 ° C), because of their high electrical efficiency (about up to 60%) are particularly interesting. These plants are often operated with natural gas from the natural gas grid. Important challenges are the achievement of the highest possible electrical efficiency combined with a high cell life.

In dem Dokument US 6,682,836 B2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Kontrollsystem verwendet, um die Edukte in kontrollierter Weise in die Brennstoffzelle zu leiten, um so Einfluss auf den Verbrennungsprozess nehmen zu können. Dazu wird etwa mittels einer Lambdasonde das Abgas der Brennstoffzelle untersucht, oder werden mittels eines Sensors die charakteristischen Parameter bezüglich der Wasserstoffkonzentration vermessen. In the document US 6,682,836 B2 a method for operating a fuel cell system is described. In this method, a control system is used to direct the educts in a controlled manner in the fuel cell, so as to be able to influence the combustion process. For this purpose, the exhaust gas of the fuel cell is examined, for example, by means of a lambda probe, or the characteristic parameters relating to the hydrogen concentration are measured by means of a sensor.

In dem Dokument DE 10 2010 001 011 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage beschrieben. Bei einem derartigen Verfahren wird ein erster Teil eines Brennstoffs in einer Brennstoffzelle unter Erzeugung von elektrischer Leistung umgesetzt und ein zweiter Teil des Brennstoffs in einem Nachbrenner unter Erzeugung von Wärme verbannt. In the document DE 10 2010 001 011 A1 a method for operating a cogeneration plant is described. In such a method, a first portion of a fuel in a fuel cell is converted to generate electric power and a second portion of the fuel in an afterburner is eliminated to generate heat.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstack, umfassend

  • – wenigstens eine Brennstoffzelle;
  • – eine Anodengasführung zum Zuführen von Anodengas zu der Brennstoffzelle;
  • – eine Kathodengasführung zum Zuführen von Kathodengas zu der Brennstoffzelle; und
  • – eine Entschwefelungsvorrichtung zum Entfernen von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas, wobei
  • – ein Schwefelsensor zur Erfassung des Schwefelgehaltes des zugeführten Anodengases vorgesehen ist.
The subject of the present invention is a fuel cell system with a fuel cell stack comprising
  • - at least one fuel cell;
  • An anode gas guide for supplying anode gas to the fuel cell;
  • A cathode gas guide for supplying cathode gas to the fuel cell; and
  • - A desulfurization device for removing sulfur-containing substances from the anode gas, wherein
  • - A sulfur sensor is provided for detecting the sulfur content of the supplied anode gas.

Ein derartiges Brennstoffzellensystem kann als zentrale Einheit somit einen Brennstoffzellenstack umfassen, der wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist. Insbesondere kann der Brennstoffzellenstack eine Mehrzahl an Brennstoffzellen aufweisen, die planar und/oder tubular ausgestaltet sein können. Dabei soll der Begriff Brennstoffzellenstack nicht einschränkend derart verstanden werden, dass die Brennstoffzellen gestapelt angeordnet sind.Such a fuel cell system may thus comprise as a central unit a fuel cell stack which has at least one fuel cell. In particular, the fuel cell stack may have a plurality of fuel cells, which may be planar and / or tubular. The term fuel cell stack should not be understood to be limiting in that the fuel cells are stacked.

Die Brennstoffzellen sind dabei in ihrer Ausführung nicht beschränkt und können beispielsweise bezüglich Art und Material der Anode beziehungsweise Kathode, bezüglich Art und Material des Elektrolyten sowie bezüglich des Anoden- und Kathodengases frei wählbar sein. Beispielsweise können die Brennstoffzellen als Festoxidbrennstoffzellen ausgestaltet sein. Dabei kann zwischen der Anode und der Kathode in an sich bekannter Weise ein Elektrolyt angeordnet sein.The fuel cells are not limited in their execution and can be freely selected, for example, with respect to the type and material of the anode or cathode, with respect to the type and material of the electrolyte and with respect to the anode and cathode gas. For example, the fuel cells may be designed as solid oxide fuel cells. In this case, an electrolyte can be arranged between the anode and the cathode in a manner known per se.

Weiterhin kann das Brennstoffzellensystem zweckmäßigerweise einen Anschluss beziehungsweise eine Schnittstelle zum Anschließen einer Anodengasquelle und einen Anschluss beziehungsweise eine Schnittstelle zum Anschließen einer Kathodengasquelle umfassen. Die Art der jeweiligen Gasquelle ist nicht beschränkend. Beispielsweise kann die Anodengasquelle eine Quelle für Erdgas, Flüssiggas, Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas sein wohingegen die Kathodengasquelle beispielsweise eine Quelle für Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas, wie etwa Luft, sein kann. Die Anodengasquelle und die Kathodengasquelle sind dabei mit der Anode beziehungsweise mit der Kathode derart verbunden, etwa über eine geeignete Anodengasführung beziehungsweise Kathodengasführung, so dass Anodengas beziehungsweise Kathodengas zu der Anode beziehungsweise zu der Kathode führbar ist. Folglich kann Anodengas im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere das zur Anode geführte Gas sein, wohingegen Kathodengas insbesondere das zur Kathode geführte Gas sein kann.Furthermore, the fuel cell system may expediently comprise a connection or an interface for connecting an anode gas source and a connection or an interface for connecting a cathode gas source. The type of gas source is not limiting. For example, the anode gas source may be a source of natural gas, LPG, hydrogen, or a hydrogen-containing gas, whereas the cathode gas source may be, for example, a source of oxygen or an oxygen-containing gas, such as air. The anode gas source and the cathode gas source are connected to the anode or to the cathode in such a way, for example via a suitable anode gas guide or cathode gas guide, so that anode gas or cathode gas to the anode or to the cathode is feasible. Consequently, for the purposes of the present invention, anode gas may be, in particular, the gas guided to the anode, whereas cathode gas may be, in particular, the gas conducted to the cathode.

Insbesondere kann das Brennstoffzellensystem einen Reformer zum Aufbereiten von Anodengas aufweisen. Diese Ausgestaltung ist insbesondere von Vorteil für die Verwendung einer Brennstoffzelle, welche mit Erdgas als Anodengas arbeitet. Hier können unter Umständen die im Erdgas enthaltenen Kohlenwasserstoffverbindungen an der Anode beispielsweise einer Hochtemperaturbrennstoffzelle nicht oder nur bedingt reaktionsfähig sein. Sie können jedoch durch eine Reformierungsreaktion beispielsweise in Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgewandelt werden. Eine derartige Reformierung kann dabei neben einer Reaktion auf der katalytischen Anodenoberfläche insbesondere in dem vor dem Anodeneingang angeordneten Reformer beziehungsweise Prereformer ablaufen.In particular, the fuel cell system may include a reformer for processing anode gas. This embodiment is particularly advantageous for the use of a fuel cell, which works with natural gas as the anode gas. Here, under certain circumstances, the hydrocarbon compounds contained in the natural gas at the anode, for example, a high-temperature fuel cell can not be or only partially reactive. However, they can be converted by a reforming reaction into, for example, hydrogen and carbon monoxide. Such reforming can take place in addition to a reaction on the catalytic anode surface, in particular in the arranged before the anode input reformer or pre-reformer.

Da Erdgas beispielsweise oftmals schwefelhaltige Substanzen umfasst beziehungsweise diesem Schwefelverbindungen als Odorierungsmittel im Erdgasnetz zugesetzt werden, kann das Brennstoffzellensystem eine Entschwefelungsvorrichtung zum Entfernen von Schwefel beziehungsweise von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas umfassen. Schwefelhaltige Substanzen können dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere reiner Schwefel beziehungsweise Substanzen sein, die zumindest teilweise Schwefel und/oder Schwefelverbindungen umfassen. For example, since natural gas often comprises sulfur-containing substances or sulfur compounds are added thereto as odorants in the natural gas network, the fuel cell system may comprise a desulfurization device for removing sulfur or sulfur-containing substances from the anode gas. In the context of the present invention, sulfur-containing substances may in particular be pure sulfur or substances which at least partially comprise sulfur and / or sulfur compounds.

Durch eine derartige Entschwefelungsvorrichtung können daher schwefelhaltige Substanzen aus dem Anodengasstrom entfernt werden und es kann somit verhindert werden, dass derartige schwefelhaltige Substanzen in den Reformer oder in die Brennstoffzelle beziehungsweise in den Brennstoffzellenstapel gelangen, wo sie eine Schädigung dieser Komponenten bewirken könnten. By means of such a desulphurisation device, sulfur-containing substances can therefore be removed from the anode gas stream and it can thus be prevented that such sulfur-containing substances enter the reformer or the fuel cell or into the fuel cell stack, where they could cause damage to these components.

Eine Entschwefelungsvorrichtung kann dabei insbesondere auf physikalischen und/oder chemischen Adsorptionsverfahren basieren. Sie kann ferner als Kartusche beziehungsweise als auswechselbares Bauteil ausgestaltet sein, welches oftmals beispielsweise aufgrund von Volumenanforderungen an das Brennstoffzellensystem nicht für die gesamte Lebensdauer des Brennstoffzellensystems ausgelegt ist, sondern als Austauschelement für definierte Intervalle ausgestaltet sein kann. A desulphurisation device may be based in particular on physical and / or chemical adsorption processes. It can also be designed as a cartridge or as a replaceable component, which is often not designed, for example, due to volume requirements of the fuel cell system for the entire life of the fuel cell system, but can be configured as a replacement element for defined intervals.

Um beispielsweise einen Austausch derartiger Vorrichtungen besonders effizient gestalten zu können, ist ein Schwefelsensor zur Erfassung des Schwefelgehalts des zugeführten Anodengases vorgesehen. Dadurch kann der Schwefelgehalt des Anodengases ermittelt und dadurch gleichermaßen die Schwefelbeladung einer Entschwefelungsvorrichtung bestimmt werden. Unter dem Schwefelgehalt kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die Konzentration an Schwefel beziehungsweise an schwefelhaltigen Substanzen insbesondere in dem Anodengas verstanden werden. Dabei kann in für den Fachmann ersichtlicher Weise durch eine Messung des Schwefelgehalts in dem Anodenabgas indirekt ebenfalls der Schwefelgehalt in dem Anodengas ermittelt werden. For example, in order to make an exchange of such devices particularly efficient, a sulfur sensor for detecting the sulfur content of the supplied anode gas is provided. As a result, the sulfur content of the anode gas can be determined and thus the sulfur loading of a desulphurisation device can be determined in the same way. For the purposes of the present invention, the sulfur content may be understood in particular to mean the concentration of sulfur or of substances containing sulfur, in particular in the anode gas. In this case, the sulfur content in the anode gas can also be indirectly determined by measuring the sulfur content in the anode exhaust gas in a way which is obvious to the person skilled in the art.

Durch einen derartigen Schwefelsensor kann somit vorteilhaft ermittelt werden, welche Konzentration an schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas tatsächlich vorliegt beziehungsweise welche Menge an schwefelhaltigen Substanzen durch die Entschwefelungsvorrichtung bereits aus dem Anodengas entfernt wurde. Dadurch kann darauf reagiert werden, dass der Schwefelgehalt des Gases an verschiedenen Orten unterschiedlich ist und ferner über die Zeit schwankt. Es kann somit definiert und sicher und im Voraus festgestellt werden, wann eine Entschwefelungsvorrichtung ausgetauscht werden sollte beziehungsweise wann ein für das Brennstoffzellensystem schädlicher Schwefeldurchbruch zu erwarten ist. By means of such a sulfur sensor, it can thus be advantageously determined which concentration of sulfur-containing substances is actually present in the anode gas or which amount of sulfur-containing substances has already been removed from the anode gas by the desulphurisation device. This can be reacted to the fact that the sulfur content of the gas is different at different locations and also varies over time. It can thus be defined and determined in advance and in advance when a desulphurisation device should be replaced or when a sulfur breakthrough that is detrimental to the fuel cell system can be expected.

Dadurch kann zum Einen verhindert werden, dass die Entschwefelungsvorrichtung beziehungsweise die Kartusche überdimensioniert werden muss und/oder ausgetauscht wird, bevor eine größtmögliche Beladung erreicht ist. Vielmehr können die Wechselintervalle bedarfsgerecht ausgeführt werden, so dass die eingesetzten Kartuschen optimal genutzt werden können. Dadurch können Kosten eingespart werden. Weiterhin können auch bei unerwartet hoher Konzentration, wie etwa einer Stoßodorierung, an Schwefel beziehungsweise an schwefelhaltigen Substanzen Schäden des Brennstoffzellensystems verhindert werden. Somit wird das System geschützt vor Schäden durch unerwartet hohe Schwefelkonzentrationen in dem verwendeten Anodengas, wie etwa in verwendetem Erdgas. This can be prevented on the one hand that the desulfurization device or the cartridge must be oversized and / or replaced before a maximum load is reached. Rather, the change intervals can be performed as needed, so that the cartridges used can be used optimally. This can save costs. Furthermore, damage to the fuel cell system can be prevented even at unexpectedly high concentration, such as a shock odorization of sulfur or sulfur-containing substances. Thus, the system is protected from damage by unexpectedly high sulfur concentrations in the anode gas used, such as natural gas used.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Schwefelsensor auf einer chemischen und/oder elektrochemischen Reaktion basieren. Insbesondere kann der Schwefelsensor auf einer Reaktion des Anodengases mit Sauerstoff basieren. Dabei kann die Stärke der Reaktion in Abhängigkeit des Schwefelgehalts abnehmen. Weiterhin kann in dieser Ausgestaltung der Schwefelsensor mindestens einen durch eine schwefelhaltige Substanz vergiftbaren Katalysator umfassen. Dabei kann der Schwefelgehalt aus der Abnahme der Stärke der Reaktion, welche beispielsweise elektrisch und/oder thermisch messbar sein kann, ermittelbar sein. In dieser Ausgestaltung kann eine Ermittlung des Schwefelgehalts somit insbesondere auf einer Beeinflussung beziehungsweise Vergiftung des Schwefelsensors basieren. Dabei wird die Beeinflussung beziehungsweise Vergiftung durch die Anwesenheit schwefelhaltiger Substanzen hervorgerufen und ist insbesondere abhängig von dem Gehalt an schwefelhaltigen Verbindungen, also von deren Konzentration. Somit kann durch die Beeinflussung der Arbeitsweise eines Schwefelsensors, also insbesondere durch die Beeinflussung beziehungsweise das Abnehmen der Stärke einer chemischen und/oder elektrochemischen Reaktion des Schwefelsensors auf den Gehalt an schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas geschlossen werden. Within the scope of an embodiment, the sulfur sensor can be based on a chemical and / or electrochemical reaction. In particular, the sulfur sensor may be based on a reaction of the anode gas with oxygen. The strength of the reaction may decrease depending on the sulfur content. Furthermore, in this embodiment, the sulfur sensor may comprise at least one catalyst poisonable by a sulfur-containing substance. In this case, the sulfur content can be determined from the decrease in the strength of the reaction, which can be measured, for example, electrically and / or thermally. In this embodiment, a determination of the sulfur content can thus be based in particular on influencing or poisoning of the sulfur sensor. In this case, the influence or poisoning is caused by the presence of sulfur-containing substances and is particularly dependent on the content of sulfur-containing compounds, ie of their concentration. Thus, by influencing the operation of a sulfur sensor, ie in particular by influencing or decreasing the strength of a chemical and / or electrochemical reaction of the sulfur sensor on the content of sulfur-containing substances in the anode gas can be concluded.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Schwefelsensor als katalytischer und/oder elektrochemischer Sensor ausgebildet sein, insbesondere wobei der Schwefelsensor einen Verbrennungskatalysator, eine Brennstoffzelle oder eine Lambdasonde umfassen oder sein kann. Derartige Schwefelsensoren können besonders kostengünstig ausbildbar sein und können dabei insbesondere mit Bezug auf Schwefel beziehungsweise schwefelhaltige Substanzen besonders sensitiv und selektiv sein. Darüber hinaus sind derartige Schwefelsensoren auch bei hohen Temperaturen besonders langzeitstabil und arbeiten sicher. Weiterhin kann es möglich sein, derartige Schwefelsensoren durch ohnehin in einem Brennstoffzellensystem vorhandene Steuergeräte beziehungsweise Peripherie zu steuern beziehungsweise die ermittelten Daten auswerten zu können. Dadurch können derartige Schwefelsensoren besonders kostengünstig und mit einfachem Aufbau auch in bereits bestehende Brennstoffzellensysteme integrierbar sein. In the context of a further embodiment, the sulfur sensor may be formed as a catalytic and / or electrochemical sensor, in particular wherein the sulfur sensor may include or may be a combustion catalyst, a fuel cell or a lambda probe. Such sulfur sensors can be formed particularly inexpensive and can in particular with respect to sulfur or sulfur-containing substances to be particularly sensitive and selective. In addition, such sulfur sensors are particularly long-term stability and work safely even at high temperatures. Furthermore, it may be possible to control such sulfur sensors by control units or peripherals already present in a fuel cell system or to be able to evaluate the determined data. As a result, such sulfur sensors can be integrated into existing fuel cell systems in a particularly cost-effective and simple manner.

Dabei können derartige Schwefelsensoren ferner auf einem besonders vorteilhaften Messverfahren basieren. Im Detail kann die Auswertung beispielsweise in dieser Ausgestaltung darauf basieren, dass der Schwefelsensor durch schwefelhaltige Substanzen vergiftet wird und damit nicht mehr wie gewünscht arbeitet. Folglich kann in dieser Ausgestaltung des Schwefelsensors insbesondere ein Abweichen von einer standardisierten und definierten Arbeitsweise zur Schwefelbestimmung dienen. Für den Fall eines Verbrennungskatalysators, beispielsweise, kann die Oxidation des Anodengases zur Schwefelbestimmung dienen. Dabei kann für die Oxidation des Anodengases insbesondere die Zufuhr von Kathodengas als Sauerstoffquelle für ein Verbrennen des Anodengases oder Anodenabgases von Vorteil sein, da bei einem Brennstoffzellensystem meist ohnehin eine genau geregelte Steuerung der Kathodengaszufuhr vorgesehen ist. Bezüglich eines elektrochemischen Sensors, der insbesondere eine Brennstoffzelle sein kann, kann diese ebenfalls durch schwefelhaltige Substanzen vergiftet werden, was beispielsweise an einer verminderten Erzeugung elektrischer Energie detektierbar sein kann. Weiterhin kann auch eine Lambdasonde durch eine Schwefelvergiftung mit verminderter Leistung arbeiten. Somit kann der Schwefelsensor insbesondere über eine Schwefelvergiftung und damit eine eingeschränkte Reaktion mit dem Anodengas die Konzentration an schwefelhaltigen Substanzen detektieren. In this case, such sulfur sensors can also be based on a particularly advantageous measurement method. In detail, the evaluation, for example, in this embodiment based on that the sulfur sensor is poisoned by sulfur-containing substances and thus no longer works as desired. Consequently, in this embodiment of the sulfur sensor in particular a deviation from a standardized and defined operation for sulfur determination can serve. For example, in the case of a combustion catalyst, the oxidation of the anode gas may serve to determine sulfur. In this case, for the oxidation of the anode gas in particular the supply of cathode gas as an oxygen source for burning the anode gas or anode exhaust gas be advantageous because in a fuel cell system usually a precisely controlled control of the cathode gas supply is provided anyway. With regard to an electrochemical sensor, which may be a fuel cell in particular, it may also be poisoned by substances containing sulfur, which may be detectable, for example, due to a reduced generation of electrical energy. Furthermore, a lambda probe can work by a sulfur poisoning with reduced power. Thus, the sulfur sensor can detect the concentration of sulfur-containing substances in particular via sulfur poisoning and thus a limited reaction with the anode gas.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Katalysator des Schwefelsensors Nickel, Palladium, Platin oder Mischungen daraus umfassen beziehungsweise aus den vorgenannten Materialien bestehen. Insbesondere als katalytischer Sensor können schwefelhaltige Substanzen beziehungsweise kann Schwefel besonders sensitiv und selektiv detektiert und nachgewiesen werden. Beispielsweise kann dem Schwefelsensor in dieser Ausgestaltung neben dem Anodengas ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise das Kathodengas, etwa Luft, zugeführt werden, um das Anodengas katalytisch oxidieren zu können und mit der katalytischen Oxidierung zusammenhängende Parameter zur Bestimmung der Konzentration an Schwefel beziehungsweise an schwefelhaltigen Substanzen heranziehen zu können. Dabei können derartige Materialien ferner für eine gute Auswertung in geeigneter Weise durch schwefelhaltige Substanzen vergiftet werden. ferner sind derartige Materialien in einem Brennstoffzellensystem meist ohnehin vorhanden, so dass ein Brennstoffzellensystem in dieser Ausgestaltung besonders kostengünstig ausbildbar sein kann. In a further embodiment, the catalyst of the sulfur sensor nickel, palladium, platinum or mixtures thereof may comprise or consist of the aforementioned materials. In particular, as a catalytic sensor sulfur-containing substances or sulfur can be detected and detected particularly sensitive and selective. For example, the sulfur sensor in this embodiment, in addition to the anode gas, an oxygen-containing gas, such as the cathode gas, such as air, are supplied to catalytically oxidize the anode gas and related to the catalytic oxidation parameters for determining the concentration of sulfur or sulfur-containing substances to be able to. In this case, such materials can also be poisoned by sulfur-containing substances for a good evaluation in a suitable manner. Furthermore, such materials are usually already present in a fuel cell system anyway, so that a fuel cell system in this embodiment can be designed in a particularly cost-effective manner.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Schwefelsensor

  • – in der Anodengasführung und/oder
  • – in einer Anodenabgasführung zum Abführen von Anodenabgas von der Brennstoffzelle und/oder
  • – in einer von der Anodengasführung und/oder von der Anodenabgasführung abzweigenden Sensorführung
angeordnet sein. In the context of a further embodiment, the sulfur sensor
  • - in the anode gas guide and / or
  • In an anode exhaust gas duct for discharging anode exhaust gas from the fuel cell and / or
  • In a sensor guide branching off from the anode gas guide and / or from the anode exhaust gas guide
be arranged.

In dieser Ausgestaltung kann der Schwefelsensor besonders günstig angeordnet sein, um eine Konzentration an schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas oder Anodenabgas sicher und genau detektieren zu können. Bei dem Anordnen des Schwefelsensors in einer Anodengasführung beziehungsweise Anodenabgasführung kommt der Schwefelsensor mit besonders einfachem Aufbau mit dem Anodengas beziehungsweise mit dem Anodenabgas in Kontakt, um den Gehalt an schwefelhaltigen Substanzen zu ermitteln. Bei einer Anordnung in einer Sensorführung kann der Schwefelsensor eigenständig temperiert werden. Darüber hinaus kann unter definierten Bedingungen auf besonders einfache Weise sauerstoffhaltiges Gas zu dem Schwefelsensor geleitet werden, um beispielsweise Sauerstoff für eine Oxidation des Anodengases bereitzustellen. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Kathodengasführung oder Kathodenabgasführung realisiert werden, die in die Sensorführung münden kann. In this embodiment, the sulfur sensor can be arranged particularly favorable in order to detect a concentration of sulfur-containing substances in the anode gas or anode exhaust gas safely and accurately. When arranging the sulfur sensor in an anode gas guide or anode exhaust gas, the sulfur sensor with a particularly simple structure with the anode gas or with the anode exhaust gas comes into contact to determine the content of sulfur-containing substances. In an arrangement in a sensor guide, the sulfur sensor can be tempered independently. In addition, under defined conditions oxygen-containing gas can be passed to the sulfur sensor in a particularly simple manner, for example, to provide oxygen for an oxidation of the anode gas. This can be realized for example by a suitable cathode gas guide or cathode exhaust gas guide, which can lead to the sensor guide.

Bezüglich der Sensorführung kann dabei ferner ein geeignetes Volumen an Anodengas dem Schwefelsensor zugeführt werden, ohne jedoch den Strom an Anodengas wesentlich zu beeinflussen. Dadurch kann, beispielsweise wenn der Anodengasstrom in geeigneter Weise durch Ventile in einen durch die Sensorführung strömenden Teilstrom und in einen zur Anode strömenden Teilstrom aufteilbar ist, zum Einen die Brennstoffzelle stets wie gewünscht und mit einem geeigneten Anodengasstrom arbeiten, zum Anderen jedoch dem Schwefelsensor stets das gleiche und konstante Volumen an Anodengas zugeführt werden, so dass auch die Messbedingungen stets konstant sein können. In dieser Ausgestaltung können insbesondere der durch die Sensorführung geführte Anodengasstrom und der zu der Anode geführte Anodengasstrom unabhängig voneinander einstellbar sein. Ein Abzweigen von der Anodengasführung kann dabei gleichermaßen ein Abzweigen von der in der Anodengasführung angeordneten Entschwefelungsvorrichtung umfassen. With regard to the sensor guidance, a suitable volume of anode gas can furthermore be supplied to the sulfur sensor, but without substantially influencing the flow of anode gas. As a result, for example, when the anode gas stream is divisible by valves in a flowing through the sensor guide partial flow and a partial stream flowing to the anode, for a fuel cell always as desired and work with a suitable anode gas flow, on the other hand, however, the sulfur sensor always the same and constant volume of anode gas are supplied, so that the measurement conditions can always be constant. In this embodiment, in particular, the guided through the sensor guide anode gas flow and guided to the anode anode gas flow can be independently adjustable. A branching off of the anode gas guide can equally well Branches of the arranged in the anode gas guide desulfurization include.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Anodengasführung und/oder die Anodenabgasführung und/oder die Sensorführung eine Innenbeschichtung aufweisen, wobei die Innenbeschichtung den Katalysator des Schwefelsensors umfasst. Dies ist eine besonders einfache und effektive Ausgestaltung, um den Schwefelgehalt in dem Anodengas beziehungsweise in dem Anodenabgas messen zu können. Im Detail kann der Katalysator durch ein herkömmliches Beschichtungsverfahren, beispielsweise, auf die innere Oberfläche einer Gasführung, wie beispielsweise eines Rohres, aufgebracht werden, was Kosten sparen und einfach in der Herstellung sein kann. Darüber hinaus kann der Katalysator auf besonders einfache Weise durch ein einfaches Durchströmen der Gasführung mit dem Anodengas in Kontakt gebracht werden, wobei der Katalysator ferner eine besonders große Oberfläche aufweist und dadurch besonders aktiv sein kann. In the context of a further embodiment, the anode gas guide and / or the anode exhaust gas guide and / or the sensor guide may have an inner coating, wherein the inner coating comprises the catalyst of the sulfur sensor. This is a particularly simple and effective embodiment in order to be able to measure the sulfur content in the anode gas or in the anode exhaust gas. In detail, the catalyst can be applied by a conventional coating method, for example, to the inner surface of a gas guide, such as a pipe, which can save costs and be easy to manufacture. In addition, the catalyst can be brought into contact with the anode gas in a particularly simple manner by simply flowing through the gas guide, wherein the catalyst further has a particularly large surface and thus can be particularly active.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Schwefelsensor in gasleitender Verbindung, insbesondere in direkter gasleitender Verbindung, mit der Entschwefelungsvorrichtung angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung kann besonders genau die zu detektierende Konzentration ermittelbar sein. Denn durch die insbesondere direkte und unmittelbare gasleitende Verbindung zwischen Entschwefelungsvorrichtung und Schwefelsensor kann der Schwefelsensor unmittelbar den Gasstrom vermessen, der die Entschwefelungsvorrichtung durchfließt und somit stets korrekte und verlässliche Daten liefern, die in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Arbeiten der Entschwefelungsvorrichtung liegen. Eine gasleitende Verbindung kann dabei beispielsweise durch eine Gasführung, wie beispielsweise ein Rohr, oder auf andere dem Fachmann grundsätzlich bekannte Art realisiert werden. In the context of a further embodiment, the sulfur sensor in gas-conducting connection, in particular in direct gas-conducting connection, is arranged with the desulfurization device. In this embodiment, the concentration to be detected can be determined particularly accurately. Because of the particular direct and immediate gas-conducting connection between desulfurization and sulfur sensor, the sulfur sensor can directly measure the gas flow through the desulfurization and thus always provide correct and reliable data that are directly related to the work of the desulfurization. A gas-conducting connection can be realized for example by a gas guide, such as a pipe, or in any other way known in the art.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Entschwefelungsvorrichtung eine bestimmte Flusstrecke für das Anodengas aufweisen und kann die Sensorführung von der Entschwefelungsvorrichtung an einer Stelle abzweigen, die in einem Bereich von 50 bis 90 % der Flusstrecke für das Anodengas liegt, oder kann der Schwefelsensor an einer Stelle angeordnet sein, die in einem Bereich von 50 bis 90 % der Flusstrecke für das Anodengas liegt. In dieser Ausgestaltung ist eine besonders genaue Detektion des Gehalts an schwefelhaltigen Substanzen möglich, da hier im Wesentlichen nur ein Schwefeldurchbruch detektiert zu werden braucht. Im Detail wird kein Schwefel detektiert, solange die Entschwefelungsvorrichtung stromaufwärts der Abzweigung beziehungsweise des Schwefelsensors wie gewünscht arbeitet. Wenn die Entschwefelungsvorrichtung beziehungsweise der in einem Anfangsbereich angeordnete Bereich jedoch nur noch begrenzt arbeitet, etwa durch ein hohes Maß an Beladung, und dadurch schwefelhaltige Substanzen passieren lässt, kann dies durch den Schwefelsensor ermittelt werden. Dabei kann es insbesondere von Vorteil sein, dass der Schwefelsensor an einer Stelle angeordnet ist beziehungsweise die Sensorführung von einer Stelle abzweigt, von der stromabwärts in Flussrichtung des Anodengases noch eine Restkapazität an unbeladener und somit ordnungsgemäß arbeitender Entschwefelungsvorrichtung vorhanden ist, wodurch ein Austausch der Entschwefelungsvorrichtung nicht unmittelbar notwendig wird. Dabei kann die weitere mögliche Laufdauer insbesondere in Abhängigkeit der genauen Anordnung der Abzweigung der Sensorführung beziehungsweise des Schwefelsensors ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine geeignete Stelle für den Schwefelsensor beziehungsweise für die Abzweigung der Sensorführung in dem letzten Drittel der Entschwefelungsvorrichtung in Flussrichtung des Anodengases sein. Beispielsweise kann eine derartige Stelle in Flussrichtung des Anodengases an einer Stelle von 75 % bis 90 % der Flussstrecke der Entschweflungsvorrichtung angeordnet sein, wobei somit noch ein Bereich von > 10 % bis < 25 % an Flusstrecke stromabwärts des Schwefelsensors oder der Abzweigung vorgesehen ist. Diese Werte sind jedoch rein beispielhaft und können je nach der zu erwartenden Schwefelbelastung des Anodengases und der gewünschten Vorlaufzeit bis zu einem Ausfall der Entschwefelungsvorrichtung abhängig sein. Obige Werte können beispielsweise für ein Wechselintervall der Entschwefelungsvorrichtung von zwei Jahren und einer Vorlaufzeit von 2 bis 3 Monaten gültig sein. Die Flussstrecke kann dabei insbesondere die von dem Anodengas durchströmte Wegstrecke meinen. In another embodiment, the desulfurization device may have a certain flow path for the anode gas and may branch the sensor guide from the desulfurization device at a location that is within a range of 50 to 90% of the anode gas flow path, or the sulfur sensor may be located at one location can be arranged, which lies in a range of 50 to 90% of the flow path for the anode gas. In this embodiment, a particularly accurate detection of the content of sulfur-containing substances is possible because essentially only one sulfur breakthrough needs to be detected here. In detail, no sulfur is detected as long as the desulfurization device operates upstream of the branch or sulfur sensor as desired. However, if the desulfurization device or the region arranged in an initial region only works to a limited extent, for instance due to a high degree of loading, and thereby allows substances containing sulfur to pass through, this can be determined by the sulfur sensor. It may be particularly advantageous that the sulfur sensor is arranged at one point or the sensor guide branches from a point downstream of the flow direction of the anode gas still has a residual capacity of unloaded and thus properly operating desulfurization, whereby an exchange of the desulfurization not becomes immediately necessary. In this case, the further possible running time can be formed in particular depending on the exact arrangement of the branch of the sensor guide or the sulfur sensor. For example, a suitable location for the sulfur sensor or for the diversion of the sensor guide in the last third of the desulfurization in the direction of flow of the anode gas. For example, such a location in the direction of flow of the anode gas may be located at a position of 75% to 90% of the flow path of the desulfurization device, thus still providing a range of> 10% to <25% of the flow distance downstream of the sulfur sensor or branch. However, these values are purely exemplary and may depend on the anticipated sulfur loading of the anode gas and the desired lead time to failure of the desulfurization device. The above values may, for example, be valid for a change interval of the desulphurisation device of two years and a lead time of 2 to 3 months. In this case, the flow path can mean, in particular, the path through which the anode gas flows.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann

  • – ein Temperatursensor zum Ermitteln der Temperatur des Schwefelsensors und/oder des Sensorabgases vorgesehen sein, und kann der Schwefelgehalt aus einer Abnahme der Temperatur des Schwefelsensors und/oder des Sensorabgases ermittelbar sein, und/oder kann
  • – eine Spannungs- und/oder Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung zum Ermitteln von Strom, Widerstand und/oder Spannung des Schwefelsensors vorgesehen sein, wobei der Schwefelgehalt aus einer Veränderung der Spannung und/oder des Stroms und/oder des Widerstands des Schwefelsensors ermittelbar ist.
Within the scope of a further embodiment
  • A temperature sensor for determining the temperature of the sulfur sensor and / or the sensor exhaust gas can be provided, and the sulfur content can be determined from a decrease in the temperature of the sulfur sensor and / or the sensor exhaust gas, and / or can
  • A voltage and / or current and / or resistance measuring device can be provided for determining the current, resistance and / or voltage of the sulfur sensor, wherein the sulfur content can be determined from a change in the voltage and / or the current and / or the resistance of the sulfur sensor ,

In dieser Ausgestaltung kann in besonders vorteilhafter Weise eine Detektion des Gehalts an schwefelhaltigen Substanzen ausgewertet werden. Im Detail sind ein Temperatursensor wie auch eine Spannungs- und/oder Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung kostengünstig in ein Brennstoffzellensystem implementierbar. Weiterhin sind durch derartige Messverfahren bereits kleine Veränderungen der Temperatur beziehungsweise von Strom, Widerstand oder Spannung detektierbar, so dass ein Schwefelsensor in dieser Ausgestaltung besonders sensitiv sein kann. In this embodiment, a detection of the content of sulfur-containing substances can be evaluated in a particularly advantageous manner. In detail, a temperature sensor as well as a voltage and / or current and / or resistance measuring device are inexpensive in one Fuel cell system can be implemented. Furthermore, even small changes in the temperature or current, resistance or voltage can be detected by such measuring methods, so that a sulfur sensor in this embodiment can be particularly sensitive.

Ein Temperatursensor kann dabei insbesondere bei der Verwendung eines Verbrennungskatalysators in einem Schwefelsensor von Vorteil sein, da hier durch eine Verbrennung des Anodengases und/oder Anodenabgases eine Temperaturerhöhung erzielt wird, welche auf einfache Weise detektierbar sein kann. Dabei kann durch eine abnehmende Temperatur eine nachlassende Reaktivität des Katalysators ermittelt werden. Nimmt die Reaktivität des Katalysators ab, lässt dies einen Rückschluss auf die Vergiftung des Katalysators und damit entsprechend auf die die Vergiftung bedingenden schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas zu. Ein Ermitteln der Temperatur des Schwefelsensors kann dabei beispielsweise ein Ermitteln der Temperatur eines Sensorgehäuses oder der katalytischen Oberfläche selbst bedeuten. Ein Temperatursensor kann dabei ferner mit wenig Aufwand anordbar sein und nur wenig Peripherie für eine geeignete Auswertung benötigen. A temperature sensor may be advantageous in particular when using a combustion catalyst in a sulfur sensor, since a temperature increase is achieved here by combustion of the anode gas and / or anode exhaust gas, which can be detected in a simple manner. It can be determined by a decreasing temperature, a decreasing reactivity of the catalyst. If the reactivity of the catalyst decreases, this can be traced back to the poisoning of the catalyst and thus to the poisoning-related sulfur-containing substances in the anode gas. Determining the temperature of the sulfur sensor may mean, for example, determining the temperature of a sensor housing or the catalytic surface itself. A temperature sensor can also be arranged with little effort and require little peripheral for a suitable evaluation.

Bezüglich einer Spannungs- und/oder Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung kann diese insbesondere für einen elektrochemischen Schwefelsensor, wie beispielsweise eine Brennstoffzelle, von Vorteil sein, da hier etwa durch das Verwerten des Anodengases oder des Anodenabgases eine Spannung beziehungsweise ein Strom generierbar ist, wobei die Brennstoffzelle einen inneren Widerstand aufweist, welche Parameter vorteilhaft ermittelbar sein können, da sowohl der Innenwiderstand der Brennstoffzelle, wie auch die generierte Spannung beziehungsweise der generierte Strom abhängig ist von einer Vergiftung durch schwefelhaltige Substanzen. With regard to a voltage and / or current and / or resistance measuring device, this can be advantageous, in particular, for an electrochemical sulfur sensor, such as a fuel cell, since a voltage or a current can be generated here, for example, by utilizing the anode gas or the anode exhaust gas the fuel cell has an internal resistance, which parameters can be advantageously determined, since both the internal resistance of the fuel cell, as well as the generated voltage or the generated current is dependent on a poisoning by sulfur-containing substances.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Schwefelsensor in gasleitender Verbindung zu der Kathodengasführung und/oder einer Kathodenabgasführung zum Abführen von Kathodenabgas von der Brennstoffzelle und/oder einer Luftzufuhr angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung kann somit insbesondere für das Vorsehen eines Verbrennungskatalysators in besonders einfacher und kostengünstiger Weise dem Schwefelsensor Sauerstoff zugeführt werden, um Anodengas oder Anodenabgas oxidieren beziehungsweise verbrennen zu können. Durch das Verwenden einer Kathodengasführung oder Kathodenabgasführung kann somit ein Strom an sauerstoffhaltigem Gas verwendet werden, der durch das Brennstoffzellensystem ohnehin geregelt wird, was somit ein besonders einfaches Regelverhalten ermöglicht. Mit Bezug auf eine insbesondere eigene und damit von der Kathodengasführung oder Kathodenabgasführung getrennte Luftzufuhr kann diese besonders frei und unabhängig von einem Kathodengasstrom beziehungsweise Kathodenabgasstrom regelbar sein. In the context of a further embodiment, the sulfur sensor can be arranged in gas-conducting connection to the cathode gas guide and / or a cathode exhaust gas guide for discharging cathode exhaust gas from the fuel cell and / or an air supply. In this embodiment, in particular for the provision of a combustion catalyst in a particularly simple and cost-effective manner, oxygen can be supplied to the sulfur sensor in order to oxidize or burn anode gas or anode exhaust gas. By using a cathode gas guide or cathode exhaust gas guide, it is thus possible to use a stream of oxygen-containing gas which is regulated anyway by the fuel cell system, which thus allows particularly simple control behavior. With respect to a particular own and thus separated from the cathode gas guide or cathode exhaust gas supply air this can be controlled particularly freely and independently of a cathode gas flow or cathode exhaust gas flow.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Schwefelsensor durch eine thermische Ankopplung an einen heizbaren Teil des Brennstoffzellensystems durch beim Betrieb des Brennstoffzellensystems entstehende Abwärme erhitzbar sein. In dieser Ausgestaltung kann zum Einen eine besonders einfache und energiesparende Erhitzung des Schwefelsensors möglich sein. Darüber hinaus kann der Schwefelsensor, beispielsweise für den Fall der Verwendung eines katalytischen Schwefelsensors, besonders aktiv und ferner sensitiv sein. In dieser Ausgestaltung kann der Schwefelsensor insbesondere thermisch an einen Teil der sogenannten Hotbox, also den erhitzten beziehungsweise heizbaren Teil des Brennstoffzellensystems thermisch angekoppelt sein. Dadurch kann Erhitzen des Schwefelsensors durch einen Teil des Brennstoffzellensystems ermöglicht werden, der in geeigneter Weise schon durch das Betreiben des Brennstoffzellensystems temperaturgeregelt sein kann. Somit kann insbesondere auf eine ohnehin genauestens geregelte Temperaturquelle zurückgegriffen werden, so dass ein Erhitzen des Schwefelsensors besonders einfach und kostengünstig möglich sein kann. In the context of a further embodiment, the sulfur sensor can be heated by a thermal coupling to a heatable part of the fuel cell system by the heat generated during operation of the fuel cell system waste heat. In this embodiment, on the one hand, a particularly simple and energy-saving heating of the sulfur sensor may be possible. In addition, the sulfur sensor, for example, in the case of using a catalytic sulfur sensor, be particularly active and also sensitive. In this embodiment, the sulfur sensor can in particular be thermally coupled thermally to a part of the so-called hot box, ie the heated or heatable part of the fuel cell system. Thereby, heating of the sulfur sensor can be made possible by a part of the fuel cell system, which can be suitably temperature-controlled already by the operation of the fuel cell system. Thus, it is possible in particular to resort to a temperature source regulated in any case, so that heating of the sulfur sensor can be possible in a particularly simple and cost-effective manner.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Schwefelsensor in einen Wärmetauscher, in einen Reformer, und/oder in einen Nachbrenner integriert sein. Dies können besonders geeignete Positionen sein, um den Schwefelsensor durch meist ohnehin thermisch genauestens geregelte Bauteile des Brennstoffzellensystems zu erhitzen, da hier meist eine sehr genaue Temperatursteuerung erfolgt. In the context of a further embodiment, the sulfur sensor can be integrated into a heat exchanger, into a reformer, and / or into an afterburner. These can be particularly suitable positions in order to heat the sulfur sensor through components of the fuel cell system that are usually thermally precisely controlled anyway, since a very precise temperature control usually takes place here.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann eine Schwefelbeladung der Entschwefelungsvorrichtung in Abhängigkeit des durch den Schwefelsensor ermittelten Schwefelgehalts ermittelbar sein, insbesondere wobei bei dem Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts der Schwefelbeladung ein Warnhinweis, insbesondere zum Erneuern der Entschwefelungsvorrichtung, ausgebbar sein kann. In dieser Ausgestaltung kann somit durch ein Auswerten der von dem Schwefelsensor ermittelten Daten auf die Beladung der Entschwefelungsvorrichtung geschlossen werden. Für den Fall, dass die Beladung der Entschwefelungsvorrichtung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann die Entschwefelungsvorrichtung nach dem Ausgeben eines Warnhinweises erneuert werden. Ein Erneuern der Entschwefelungsvorrichtung kann dabei in nicht einschränkender Weise ein Regenerieren, also insbesondere ein Entfernen der angelagerten schwefelhaltigen Substanzen, bedeuten, oder auch ein Austauschen der Entschwefelungsvorrichtung beziehungsweise des aktiven Teils der Entschwefelungsvorrichtung, wie insbesondere einer Entschwefelungskartusche. In the context of a further embodiment, a sulfur loading of the desulfurization device can be determined as a function of the sulfur content determined by the sulfur sensor, in particular if a warning message, in particular for renewing the desulfurization device, can be output when a predetermined sulfur loading threshold is exceeded. In this embodiment, it is therefore possible to conclude the loading of the desulphurisation device by evaluating the data determined by the sulfur sensor. In the event that the loading of the desulphurisation device exceeds a predetermined limit value, the desulphurisation device can be renewed after the issuing of a warning. Renewing the desulfurization can in a non-limiting way, a regeneration, ie in particular a removal of the deposited sulfur-containing substances, mean, or even a replacement of the desulfurization or the active part of the desulfurization device, in particular a desulphurisation cartridge.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Brennstoffzellensystem eine Steuereinheit zum Auswerten der von dem Schwefelsensor ermittelten Daten des Schwefelgehalts aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann besonders vorteilhaft sichergestellt werden, dass die von dem Schwefelsensor ermittelte Konzentration an in dem Anodengas enthaltenen schwefelhaltigen Substanzen mit Bezug auf die Entschwefelungsleistung der Entschwefelungsvorrichtung ausgewertet und gegebenenfalls eine Warnung beziehungsweise ein Zeichen ausgegeben werden kann, um bei einer nahezu vollständigen Beladung beziehungsweise einem Schwefeldurchbruch die Entschwefelungsvorrichtung zu erneuern beziehungsweise das Brennstoffzellensystem herunterzufahren. Within the scope of an embodiment, the fuel cell system may have a control unit for evaluating the sulfur content data determined by the sulfur sensor. In this embodiment, it can be ensured with particular advantage that the concentration of sulfur-containing substances contained in the anode gas, as determined by the sulfur sensor, can be evaluated with respect to the desulphurisation power of the desulphurisation device and, if appropriate, a warning or a sign can be issued in order to obtain an almost complete charge or one Sulfur breakthrough to renew the desulfurization or shut down the fuel cell system.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, den Figuren, sowie auf die Figurenbeschreibung verwiesen. With regard to further advantages and technical features of the fuel cell system according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention, the figures, as well as to the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, umfassend die Verfahrensschritte:

  • a) Führen eines Anodengases zu der Anode einer Brennstoffzelle;
  • b) Führen eines Kathodengases zu der Kathode einer Brennstoffzelle;
  • c) Entfernen von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas durch eine Entschwefelungsvorrichtung, und
  • d) Ermitteln der Konzentration an schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas durch einen Schwefelsensor.
The present invention furthermore relates to a method for operating a fuel cell system, in particular a fuel cell system according to the invention, comprising the method steps:
  • a) passing an anode gas to the anode of a fuel cell;
  • b) passing a cathode gas to the cathode of a fuel cell;
  • c) removing sulfur-containing substances from the anode gas through a desulfurization device, and
  • d) Determining the concentration of sulfur-containing substances in the anode gas by a sulfur sensor.

Durch das vorbeschriebene Verfahren wird es möglich, zu ermitteln, welche Konzentration an Schwefel beziehungsweise an schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas tatsächlich vorliegt beziehungsweise über einen definierten Zeitraum summarisch aufgetreten ist. Dadurch kann darauf reagiert werden, dass der Schwefelgehalt des Gases an verschiedenen Orten unterschiedlich ist und ferner über die Zeit schwankt. Es kann somit definiert und sicher und im Voraus festgestellt werden, wann eine Entschwefelungsvorrichtung ausgetauscht werden sollte beziehungsweise wann ein für das Brennstoffzellensystem schädlicher Schwefeldurchbruch zu erwarten ist. By the method described above, it is possible to determine which concentration of sulfur or of sulfur-containing substances is actually present in the anode gas or has occurred summarily over a defined period of time. This can be reacted to the fact that the sulfur content of the gas is different at different locations and also varies over time. It can thus be defined and determined in advance and in advance when a desulphurisation device should be replaced or when a sulfur breakthrough that is detrimental to the fuel cell system can be expected.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Schwefelgehalt durch eine Schwefelvergiftung des Schwefelsensors ermittelt werden. Dies ist eine besonders einfache, verlässliche und genaue Möglichkeit der Ermittlung der Konzentration an schwefelhaltigen Substanzen. In one embodiment, the sulfur content can be determined by sulfur poisoning of the sulfur sensor. This is a particularly simple, reliable and accurate way of determining the concentration of sulfur-containing substances.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, den Figuren, sowie auf die Figurenbeschreibung verwiesen. With regard to further advantages and technical features of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell system according to the invention, the figures, as well as to the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung eines Brennstoffzellensystems, das wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein kann, in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder Blockheizkraftwerken. Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen können dabei insbesondere Anlagen sein, welche insbesondere bei gleichzeitiger Gewinnung von elektrischer Energie nutzbare Wärme, beispielsweise für Heizzwecke oder auch für Produktionsprozesse, bereitstellt. Eine derartige Anlage kann somit ein Auskoppeln von Nutzwärme bei der Stromerzeugung mittels Brennstoffen erzeugen. Dabei kann insbesondere ein Einsatz bei Brennstoffzellen-Heizgeräten, Kraft-Wärme-Kopplung beziehungsweise Blockheizkraftwerken (BHKW) unterschiedlicher Leistungsklasse, wie etwa ≥ 0,5 bis über 1000 kW, möglich sein. The present invention further provides the use of a fuel cell system, which may be configured as described above, in combined heat and power plants or combined heat and power plants. Combined heat and power plants can be in particular plants, which provides useful heat, for example for heating purposes or for production processes, in particular with the simultaneous production of electrical energy. Such a system can thus produce a decoupling of useful heat in power generation by means of fuels. In particular, use in fuel cell heaters, combined heat and power or combined heat and power plants (CHP) of different power class, such as ≥ 0.5 to over 1000 kW, may be possible.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

1 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Brennstoffzellensystems; 1 a schematic representation of an embodiment of a fuel cell system;

2 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer Anordnung aus Entschwefelungsvorrichtung und Schwefelsensor; 2 a schematic representation of an embodiment of an arrangement of desulfurization and sulfur sensor;

3 eine schematische Darstellung der Ausgestaltung aus 2; 3 a schematic representation of the embodiment 2 ;

4 eine schematische Darstellung der Messwerte eines Schwefelsensors über die Zeit; 4 a schematic representation of the measured values of a sulfur sensor over time;

5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Anordnung eines Schwefelsensors; 5 a schematic representation of another embodiment of an arrangement of a sulfur sensor;

6 eine schematische Darstellung der Messwerte des Schwefelsensors aus 6 a schematic representation of the measured values of the sulfur sensor

5 über die Zeit; 5 over time;

7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Anordnung eines Schwefelsensors; und 7 a schematic representation of another embodiment of an arrangement of a sulfur sensor; and

8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Anordnung eines Schwefelsensors. 8th a schematic representation of another embodiment of an arrangement of a sulfur sensor.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 1. Ein derartiges Brennstoffzellensystem 1 kann beispielsweise Verwendung finden in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, oder in Blockheizkraftwerken, oder auch in Kraftfahrzeugen. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a fuel cell system 1 , Such a fuel cell system 1 can be used, for example, in combined heat and power plants, or in cogeneration plants, or in motor vehicles.

Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst gemäß 1 einen Brennstoffzellenstack mit wenigstens einer Brennstoffzelle 2, wie etwa eine Festoxidbrennstoffzelle, mit einer Anode 3 und einer Kathode 4. Zwischen der Anode 3 und der Kathode 4 ist dabei ein Elektrolyt 5 angeordnet, wobei in der Brennstoffzelle 2 Anodengas und Kathodengas elektrochemisch zu Strom und Wärme umgesetzt werden. Zweckmäßigerweise umfasst das Brennstoffzellensystem 1 ferner einen nicht dargestellten elektrischen Anschluss zum Abgreifen elektrischer Energie von der Brennstoffzelle 2 beziehungsweise von dem aus einer Mehrzahl an Brennstoffzellen 2 gebildeten Brennstoffzellenstack.The fuel cell system 1 includes according to 1 a fuel cell stack with at least one fuel cell 2 , such as a solid oxide fuel cell, with an anode 3 and a cathode 4 , Between the anode 3 and the cathode 4 is an electrolyte 5 arranged, wherein in the fuel cell 2 Anodic gas and cathode gas are electrochemically converted into electricity and heat. Conveniently, the fuel cell system includes 1 Further, an electrical connection, not shown, for tapping electrical energy from the fuel cell 2 or from a plurality of fuel cells 2 formed fuel cell stack.

Das Brennstoffzellensystem 1 kann weiterhin einen Anodenkreislauf, etwa mit einer geeigneten Gasfördereinheit, sowie Wärmetauscher zum Rezirkulieren von Anodenabgas umfassen. The fuel cell system 1 may further comprise an anode circuit, such as with a suitable gas delivery unit, and heat exchangers for recirculating anode exhaust gas.

Ferner kann das Brennstoffzellensystem 1 in Abhängigkeit des gewünschten verwendeten Brenngases einen Reformer 6 zur Durchführung einer Reformierungsreaktion und zum Aufbereiten von Anodengas aufweisen.Furthermore, the fuel cell system 1 depending on the desired fuel gas used, a reformer 6 to carry out a reforming reaction and for the treatment of anode gas.

Das Brennstoffzellensystem 1 kann ferner einen Anschluss zum Anschließen einer Anodengasquelle 7 beziehungsweise zum Entnehmen von Anodengas von der Anodengasquelle 7 aufweisen, die mit einem Anodengaseingang 8 der Brennstoffzelle 2 durch eine Anodengasführung 9 fluidisch verbunden ist. Zweckmäßigerweise kann das Anodengas dabei den Reformer 6 durchlaufen. In der Anodengasführung 9 können etwa eine Entschwefelungsvorrichtung 10, wie dies später im Detail mit Bezug auf die 2 bis 8 erläutert wird, sowie eine geeignete Gasfördereinheit 11, wie etwa ein Verdichter, und ein Ventil 12 vorgesehen sein. Die Entschwefelungsvorrichtung 10 kann beispielsweise austauschbar und etwa als Kartusche gestaltet sein. Darüber hinaus kann eine Wassereintragvorrichtung, wie etwa ein Verdampfer 47, vorgesehen sein.The fuel cell system 1 may further include a port for connecting an anode gas source 7 or for removing anode gas from the anode gas source 7 having an anode gas inlet 8th the fuel cell 2 by an anode gas guide 9 is fluidically connected. Conveniently, the anode gas while the reformer 6 run through. In the anode gas guide 9 can be about a desulfurization device 10 as later in detail with reference to the 2 to 8th is explained, and a suitable gas delivery unit 11 , such as a compressor, and a valve 12 be provided. The desulphurisation device 10 For example, it can be interchangeable and designed as a cartridge. In addition, a water entry device, such as an evaporator 47 , be provided.

Weiterhin kann das Brennstoffzellensystem 1 einen Anschluss zum Anschließen einer Kathodengasquelle 13 beziehungsweise zum Entnehmen von Kathodengas von der Kathodengasquelle 13 aufweisen. Das Kathodengas kann etwa mit einer geeigneten Gasfördereinheit 14, wie etwa einem Verdichter, in eine beziehungsweise in einer Kathodengasführung 15 gefördert werden. Die Kathodengasführung 15 kann ferner mit einem Kathodengaseingang 16 der Brennstoffzelle 2 verbunden sein. In der Kathodengasführung 15 können dabei ein oder eine Mehrzahl an Wärmetauschern 48 angeordnet sein, die beispielsweise durch eine Wechselwirkung mit dem Brennstoffzellenabgas das Kathodengas vorwärmen.Furthermore, the fuel cell system 1 a port for connecting a cathode gas source 13 or for removing cathode gas from the cathode gas source 13 exhibit. The cathode gas can be about with a suitable gas delivery unit 14 , such as a compressor, in a cathode or a gas guide 15 be encouraged. The cathode gas guide 15 can also be equipped with a cathode gas inlet 16 the fuel cell 2 be connected. In the cathode gas guide 15 can one or a plurality of heat exchangers 48 be arranged, for example, preheat by an interaction with the fuel cell exhaust gas, the cathode gas.

Es kann ferner ein weiterer Kathodengaspfad 17, etwa mit einer weiteren Gasfördereinheit 18, vorgesehen sein, der mit einem Ventil 19 von der Kathodengasführung 15 abzweigt. Der Kathodengaspfad 17 kann dabei beispielsweise für ein Hochfahren des Brennstoffzellensystems 1 verwendet werden und/oder Kathodengas, etwa über eine Wassereintragvorrichtung beziehungsweise einen Verdampfer 47, in den Reformer 6 für eine Reformierungsreaktion leiten.There may also be another cathode gas path 17 , for example with another gas delivery unit 18 Be provided with a valve 19 from the cathode gas guide 15 branches. The cathode gas path 17 can, for example, for a startup of the fuel cell system 1 be used and / or cathode gas, such as a water entry device or an evaporator 47 , in the reformer 6 for a reforming reaction.

Eine mit einem Kathodenabgasausgang 20 verbundene Kathodenabgasführung 21 kann, beispielsweise über Wärmetauscher zum Vorwärmen des Kathodengases, wie dies durch den Pfeil 22 angedeutet ist, mit einem Nachbrenner 23 verbunden sein, so dass Kathodenabgas zu dem Nachbrenner 23 führbar ist. Durch den Nachbrenner 23 können unter Verwendung des von der Kathode 4 ausströmenden Kathodenabgases als Oxidationsmittel beispielsweise in dem Anodenabgas enthaltene Brennstoffe oxidiert werden, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2) oder Wasserstoff (H2) zu Wasser. Hierzu ist Anodenabgas von einem Anodenabgasausgang 24 durch eine Anodenabgasführung 25 beispielsweise durch das Vorsehen entsprechender Ventile, zu dem Nachbrenner 23 führbar.One with a cathode exhaust outlet 20 connected cathode exhaust gas guide 21 can, for example via heat exchanger for preheating the cathode gas, as indicated by the arrow 22 is hinted at, with an afterburner 23 be connected so that cathode exhaust gas to the afterburner 23 is feasible. Through the afterburner 23 can be made using the from the cathode 4 effluent cathode exhaust gas are oxidized as oxidizing agent contained in the anode exhaust gas, for example, such as carbon monoxide (CO) to carbon dioxide (CO 2 ) or hydrogen (H 2 ) to water. For this purpose, anode exhaust gas from an anode exhaust gas outlet 24 by an anode exhaust gas guide 25 for example, by providing appropriate valves to the afterburner 23 feasible.

Der Nachbrenner 23 kann beispielsweise mit dem Reformer 6 verbunden sein. Darüber hinaus kann stromabwärts des Nachbrenners 23 eine Abgasleitung 26 vorgesehen sein, welche insbesondere thermisch verbunden mit dem Wärmetauscher 48 beziehungsweise dem Verdampfer 47, mit einem Ausgang 27 verbunden sein kann, wobei die Abgasleitung 26 Teil der Anodenabgasführung 25 beziehungsweise und/oder der Kathodenabgasführung 21 sein kann. Stromaufwärts des Ausgangs 27 des Brennstoffzellensystems 1 kann ein weiterer Wärmetauscher 28 vorgesehen sein, der mit einer Vorrichtung zur Wärmeausnutzung verbunden sein kann.The afterburner 23 For example, with the reformer 6 be connected. In addition, downstream of the afterburner 23 an exhaust pipe 26 be provided, which in particular thermally connected to the heat exchanger 48 or the evaporator 47 , with an exit 27 may be connected, wherein the exhaust pipe 26 Part of the anode exhaust gas duct 25 or and / or the cathode exhaust gas guide 21 can be. Upstream of the exit 27 of the fuel cell system 1 can be another heat exchanger 28 be provided, which may be connected to a device for heat utilization.

Darüber hinaus kann eine nicht dargestellte Kondensationsvorrichtung vorgesehen sein, welche Wasser kondensieren und über eine Fördervorrichtung 29 einer Wassereintragvorrichtung 30 zuführen kann. Dieser kann ferner von einer Wasserquelle 31, etwa über ein Ventil 32, Wasser zugeführt werden. Die Wassereintragvorrichtung 30 kann dann, etwa durch eine Fördervorrichtung 33 und durch eine Wasserführung 34, Wasser der Anodengasführung 9 zuführen.In addition, a condensation device, not shown, may be provided, which condense water and a conveyor 29 a water entry device 30 can supply. This can also be from a source of water 31 , about a valve 32 , Water are supplied. The water entry device 30 can then, for example by a conveyor 33 and by a water guide 34 , Water of the anode gas guide 9 respectively.

Weiterhin ist mit 35 eine Ausgestaltung der sogenannten Hotbox, also dem heißen beziehungsweise heizbaren Teil des Brennstoffzellensystems 1 bezeichnet.Furthermore, with 35 an embodiment of the so-called hot box, ie the hot or heatable part of the fuel cell system 1 designated.

Im Folgenden werden im Detail insbesondere die Entschwefelungsvorrichtung 10 beziehungsweise mit dieser zusammenhängende Bauteile erläutert.In the following, in particular, the desulfurization device will be described in detail 10 or explained with this related components.

Eine Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 1 ist in 2 gezeigt. In 2 ist zunächst die in der Anodengasführung 9 angeordnete Entschwefelungsvorrichtung 10 zum Entfernen von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas gezeigt. Ferner ist 2 zu entnehmen, dass ein Sensor zur Erfassung des Schwefelgehalts des zugeführten Anodengases, der im Weiteren als Schwefelsensor 36 bezeichnet wird, vorgesehen ist. Dabei kann der Schwefelsensor 36 als katalytischer Sensor und/oder als elektrochemischer Sensor ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Schwefelsensor 36 einen Verbrennungskatalysator, eine Brennstoffzelle oder eine Lambdasonde umfassen, wie dies später im Detail erläutert wird. An embodiment of the fuel cell system 1 is in 2 shown. In 2 is first in the anode gas guide 9 arranged desulfurization device 10 for removing sulfur-containing substances from the anode gas shown. Further is 2 to deduce that a sensor for detecting the sulfur content of the supplied anode gas, hereinafter referred to as sulfur sensor 36 is designated, is provided. In this case, the sulfur sensor 36 be designed as a catalytic sensor and / or as an electrochemical sensor. In particular, the sulfur sensor 36 a combustion catalyst, a fuel cell or a lambda probe, as will be explained in detail later.

Somit kann der Schwefelsensor 36 auf einer chemischen und/oder elektrochemischen Reaktion, insbesondere des Anodengases mit Sauerstoff, basieren, wobei die Stärke der Reaktion in Abhängigkeit des Schwefelgehalts abnimmt, insbesondere wobei der Schwefelsensor 36 mindestens einen durch eine schwefelhaltige Substanz vergiftbaren Katalysator umfasst, insbesondere wobei der Schwefelgehalt aus der Abnahme der Stärke der Reaktion, insbesondere welche, beispielsweise elektrisch und/oder thermisch, messbar ist, ermittelbar ist. Somit kann eine Bestimmung des Schwefelgehalts insbesondere durch eine Schwefelvergiftung des Schwefelsensors 36 ermittelbar sein. Thus, the sulfur sensor can 36 based on a chemical and / or electrochemical reaction, in particular of the anode gas with oxygen, wherein the strength of the reaction as a function of the sulfur content decreases, in particular wherein the sulfur sensor 36 comprises at least one catalyst which can be poisoned by a sulfur-containing substance, in particular wherein the sulfur content can be determined from the decrease in the strength of the reaction, in particular which, for example, electrically and / or thermally, is measurable. Thus, determination of the sulfur content may be made especially by sulfur poisoning of the sulfur sensor 36 be determinable.

Bei der Ausgestaltung als katalytischer Schwefelsensor 36 beziehungsweise als Verbrennungskatalysator, beispielsweise, kann dieser insbesondere dazu dienen, Anodengas zu oxidieren, wobei durch eine Schwefelbeladung des Anodengases der Katalysator an Aktivität verliert. Durch eine Detektion spezifischer Parameter dieser Reaktion kann die Vergiftung verfolgt und damit auf den Schwefelgehalt in dem Anodengas und ferner auf die Beladung der Entschwefelungsvorrichtung 10 geschlossen werden. Beispielsweise kann der Schwefelsensor 36 Nickel, Palladium, Platin oder Mischungen daraus umfassen. Weiterhin kann der Katalysator des Schwefelsensors 36 in dieser Ausgestaltung in einem Verbrennungsraum angeordnet sein und/oder diesen begrenzen, in dem das zuzuführende Brenngas beziehungsweise Anodengas mit sauerstoffhaltigem Gas, wie etwa dem Kathodengas oder Kathodenabgas, beispielsweise Luft, umgesetzt wird. In the embodiment as a catalytic sulfur sensor 36 or as a combustion catalyst, for example, this can serve in particular to oxidize anode gas, wherein the catalyst loses activity by sulfur loading of the anode gas. By detecting specific parameters of this reaction, the poisoning can be tracked and thus for the sulfur content in the anode gas and also for the loading of the desulphurisation device 10 getting closed. For example, the sulfur sensor 36 Nickel, palladium, platinum or mixtures thereof. Furthermore, the catalyst of the sulfur sensor 36 be arranged in this embodiment in a combustion chamber and / or limit this, in which the supplied fuel gas or anode gas is reacted with oxygen-containing gas, such as the cathode gas or cathode exhaust gas, for example air.

Dabei kann, wie dies in 3 gezeigt ist, ferner ein Temperatursensor 41 zum Ermitteln der Temperatur des Schwefelsensors 36 und/oder des Sensorabgases vorgesehen sein, wobei der Schwefelgehalt aus einer Abnahme der Temperatur des Schwefelsensors 36 und/oder des Sensorabgases, welche ein Maß für die Oxidation des Anodengases ist, ermittelbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann ferner in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Schwefelsensors 36 eine Spannungs- und/oder Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung zum Ermitteln von Strom, Widerstand oder Spannung des Schwefelsensors 36 vorgesehen sein, wobei der Schwefelgehalt aus einer Veränderung der Spannung und/oder des Stroms und/oder des Widerstands des Schwefelsensors 36 ermittelbar ist, wie dies später erläutert wird. It can, as in 3 is shown, further a temperature sensor 41 for determining the temperature of the sulfur sensor 36 and / or the sensor exhaust gas, wherein the sulfur content from a decrease in the temperature of the sulfur sensor 36 and / or the sensor exhaust gas, which is a measure of the oxidation of the anode gas, can be determined. Additionally or alternatively, further depending on the configuration of the sulfur sensor 36 a voltage and / or current and / or resistance measuring device for determining current, resistance or voltage of the sulfur sensor 36 be provided, wherein the sulfur content of a change in the voltage and / or the current and / or the resistance of the sulfur sensor 36 can be determined, as will be explained later.

Ferner kann der Schwefelsensor 36 an einen Teilbereich des Brennstoffzellensystems 1, welcher ohnehin thermisch geregelt wird, etwa durch thermische Kopplung an die Hotbox 35, thermisch angekoppelt sein. In anderen Worten kann der Schwefelsensor 36 durch eine thermische Ankopplung an einen heizbaren Teil des Brennstoffzellensystems 1 durch beim Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 entstehende Abwärme erhitzbar sein. Geeignete Positionen für den Schwefelsensor 36 umfassen dabei einen Wärmetauscher 47, einen Reformer 6, und/oder in einen Nachbrenner 23, in welche der Schwefelsensor 36 integriert sein kann. Furthermore, the sulfur sensor 36 to a portion of the fuel cell system 1 , which is thermally controlled anyway, such as by thermal coupling to the hot box 35 be thermally coupled. In other words, the sulfur sensor 36 by a thermal coupling to a heatable part of the fuel cell system 1 during operation of the fuel cell system 1 be generated heat recoverable. Suitable positions for the sulfur sensor 36 include a heat exchanger 47 , a reformer 6 , and / or in an afterburner 23 into which the sulfur sensor 36 can be integrated.

Der Schwefelsensor 36 kann ferner in der Anodengasführung 9 und/oder in der Anodenabgasführung 25 um Abführen von Anodenabgas von der Brennstoffzelle 2 und/oder in einer von der Anodengasführung 9 und/oder der Anodenabgasführung 25 abzweigenden Sensorführung 37 angeordnet sein. Dabei kann der Schwefelsensor 36 in gasleitender Verbindung, insbesondere in direkter gasleitender Verbindung, mit der Entschwefelungsvorrichtung 10 angeordnet sein. The sulfur sensor 36 may also be in the anode gas guide 9 and / or in the anode exhaust gas duct 25 to remove anode exhaust gas from the fuel cell 2 and / or in one of the anode gas guide 9 and / or the anode exhaust gas guide 25 branching sensor guide 37 be arranged. In this case, the sulfur sensor 36 in gas-conducting connection, in particular in direct gas-conducting connection, with the desulphurisation device 10 be arranged.

Gemäß 2 ist der Schwefelsensor 36 in der von der Anodengasführung 9 abzweigenden und insbesondere zu der Anodengasführung 9 parallel geführten Sensorführung 37 angeordnet. Das durch die Sensorführung 37 geführte Anodengas kann dabei beispielsweise in den Nachbrenner 23 oder in einem Ausgang des Brennstoffzellensystems 1 geleitet werden. Beispielsweise kann die Anodengaszuführung 9 und/oder die Anodenabgasführung 25 und/oder die Sensorführung 37 gemäß 2 eine Innenbeschichtung aufweisen, wobei die Innenbeschichtung den Katalysator des Schwefelsensors 36 umfasst. According to 2 is the sulfur sensor 36 in the of the anode gas guide 9 branching and in particular to the anode gas guide 9 Parallel guided sensor guidance 37 arranged. That through the sensor guide 37 Guided anode gas can, for example, in the afterburner 23 or in an output of the fuel cell system 1 be directed. For example, the anode gas supply 9 and / or the anode exhaust gas guide 25 and / or the sensor guide 37 according to 2 a Internal coating, wherein the inner coating, the catalyst of the sulfur sensor 36 includes.

Dabei kann die Entschwefelungsvorrichtung 10 eine bestimmte Flusstrecke für das Anodengas aufweisen und kann die Sensorführung 37 von der Entschwefelungsvorrichtung 10 an einer Stelle abzweigen, die in einem Bereich von 50 bis 90 % der Flusstrecke für das Anodengas liegt, oder kann der Schwefelsensor 36 an einer Stelle angeordnet sein, die in einem Bereich von 50 bis 90 % der Flusstrecke für das Anodengas liegt. Beispielsweise kann die Sensorführung 37 etwa nach ¾ Lauflänge der Entschwefelungsvorrichtung 10 abzweigen, oder kann der Schwefelsensor 36 selbst etwa nach ¾ Lauflänge der Entschwefelungsvorrichtung 10 angeordnet sein. Die Abzweigung beziehungsweise der Schwefelsensor 36 selbst kann auch zwischen zwei insbesondere identischen Entschweflungsvorrichtungen 10 angeordnet sein, so dass bei einem Austausch die Entschwefelungsvorrichtung 10 vor dem Schwefelsensor 36, beziehungsweise stromaufwärts des Schwefelsensors 36, entfernt werden kann. Die Entschwefelungsvorrichtung 10 nach dem Schwefelsensor 36 beziehungsweise stromabwärts des Schwefelsensors 36 kann beispielsweise erhalten bleiben, oder stromaufwärts des Schwefelsensors 36 positioniert und durch eine neue Entschwefelungsvorrichtung 10 ersetzt werden. In this case, the desulfurization 10 have a certain flow path for the anode gas and can the sensor guide 37 from the desulfurization device 10 branch off at a location that is in a range of 50 is up to 90% of the flow distance for the anode gas, or may be the sulfur sensor 36 be arranged in a place that is in a range of 50 Up to 90% of the river route for the anode gas lies. For example, the sensor guide 37 approximately after ¾ run length of the desulphurisation device 10 branch off, or can the sulfur sensor 36 even after about ¾ run length of the desulfurization device 10 be arranged. The branch or the sulfur sensor 36 itself can also be between two particularly identical desulphurisation devices 10 be arranged so that when replacing the desulfurization 10 in front of the sulfur sensor 36 , or upstream of the sulfur sensor 36 , can be removed. The desulphurisation device 10 after the sulfur sensor 36 or downstream of the sulfur sensor 36 may be retained, for example, or upstream of the sulfur sensor 36 positioned and through a new desulfurization device 10 be replaced.

Vorzugsweise kann die Entschwefelungsvorrichtung 10 vor und nach der Abzweigung beziehungsweise dem Schwefelsensor 36 identisch ausgestaltet sein. Sind also beispielsweise mehrere verschiedene Sorbentien für die schwefelhaltigen Substanzen in der Entschweflungsvorrichtung 10 vorgesehen, so können diese vorzugsweise sämtlich vor und nach der Abzweigung zu dem Schwefelsensor 36 beziehungsweise dem Schwefelsensor 36 selbst vorgesehen sein. Preferably, the desulfurization device 10 before and after the branch or the sulfur sensor 36 be configured identically. Thus, for example, are several different sorbents for the sulfur-containing substances in the desulfurization 10 provided, they may preferably all before and after the branch to the sulfur sensor 36 or the sulfur sensor 36 be provided for yourself.

Der Schwefelsensor 36 beziehungsweise die Sensorführung 37 kann, beispielsweise auf der Innenseite eines Wärmeüberträgers, wie etwa dem Wärmetauscher 48, der von Luft oder Abgas durchströmt wird, oder in einer luft-oder abgasdurchströmten Leitung, etwa als Rohr angeordnet sein, wobei das Anodengas die Sensorführung 37 beziehungsweise den Schwefelsensor 36 durchströmt. Beispielsweise kann der Schwefelsensor 36 in gasleitender Verbindung zu der Kathodengasführung und/oder der Kathodenabgasführung 21 zum Abführen von Kathodenabgas von der Brennstoffzelle 2 und/oder einer Luftzufuhr angeordnet sein. The sulfur sensor 36 or the sensor guide 37 can, for example, on the inside of a heat exchanger, such as the heat exchanger 48 , Which is traversed by air or exhaust gas, or in an air or exhaust gas flow-through conduit, may be arranged approximately as a tube, wherein the anode gas, the sensor guide 37 or the sulfur sensor 36 flows through. For example, the sulfur sensor 36 in gas-conducting connection to the cathode gas guide and / or the cathode exhaust gas guide 21 for discharging cathode exhaust gas from the fuel cell 2 and / or an air supply.

Vorzugsweise kann für den Schwefelsensor 36 eine Position ausgewählt werden, die entweder durch die Systemregelung auf konstanter Temperatur gehalten wird, wie etwa bei identischem Arbeitspunkt des Systems, oder dessen Temperatur systembedingt bereits gemessen wird. Umfasst der Schwefelsensor 36 einen Katalysator, ist also beispielsweise die Sensorführung 37 innen mit Katalysator beschichtet, so kann bei gleichzeitiger Zuführung von Anodengas und Vorhandensein eines sauerstoffhaltigen Gasstroms beziehungsweise Luftstroms etwa in der Sensorführung 37 eine Verbrennung und damit eine Temperaturerhöhung ermittelbar sein. Dazu kann beispielsweise die Sensorführung 37 mit Kathodenluft oder Abgas durchströmt werden. Vorzugsweise wird der gleiche Katalysator verwendet, der auch in dem Reformer 6 beziehungsweise in der Brennstoffzelle 2 verwendet werden kann, nämlich insbesondere Nickel, oder auch Palladium, Platin oder Mischungen daraus. Preferably, for the sulfur sensor 36 a position can be selected which is either kept at a constant temperature by the system control, such as at the identical operating point of the system, or whose temperature is already measured by the system. Includes the sulfur sensor 36 a catalyst, so is for example the sensor guide 37 coated with catalyst inside, it can with simultaneous supply of anode gas and the presence of an oxygen-containing gas stream or air flow approximately in the sensor guide 37 a combustion and thus a temperature increase can be determined. For this purpose, for example, the sensor guide 37 flowed through with cathode air or exhaust gas. Preferably, the same catalyst is used, which is also used in the reformer 6 or in the fuel cell 2 can be used, namely in particular nickel, or palladium, platinum or mixtures thereof.

Konkrete Einbaumöglichkeiten für die Sensorführung 37 beziehungsweise für den Schwefelsensor 36 können beispielsweise umfassen: die Außenwand des Reformers 6, die Innenwand der Brennkammer des Nachbrenner 23, die Innenseite der Wand der die Brennstoffzelle 2 umgebenden Hotbox 35, oder die Innenseite eines Wärmetauschers 28, 48 etwa zur Luftvorwärmung beziehungsweise zur Kathodengasvorwärmung. Specific installation options for sensor guidance 37 or for the sulfur sensor 36 For example, they may include: the outer wall of the reformer 6 , the inner wall of the combustion chamber of the afterburner 23 , the inside of the wall of the fuel cell 2 surrounding hotbox 35 , or the inside of a heat exchanger 28 . 48 for example for air preheating or for cathode gas preheating.

Der Schwefelsensor 36 kann etwa in einem eingeschwungenen Zustand des Systems, also wenn alle Temperaturen konstant sind, besonders vorteilhaft arbeiten. Bei der Ausgestaltung der Bereiche vor und nach der Abzweigung beziehungsweise dem Schwefelsensor 36 selbst gemäß 2 kann insbesondere bezüglich der Positionierung darauf geachtet werden, dass genug Zeit zwischen der Detektion und einem Durchbruch besteht, um so einen Stopp- und/oder einen Startvorgang durchzuführen. Auf Grund der Standzeit der Entschweflungsvorrichtung 10 von meist mindestens einigen Monaten stellt dies keine Einschränkung dar. The sulfur sensor 36 For example, in a steady-state state of the system, ie when all temperatures are constant, they can work particularly advantageously. In the design of the areas before and after the branch or the sulfur sensor 36 even according to 2 In particular, it can be ensured with regard to the positioning that there is enough time between the detection and a breakthrough so as to perform a stop and / or a start procedure. Due to the lifetime of the desulfurization device 10 usually at least a few months, this is not a limitation.

In 3 ist eine weitere Darstellung der Ausgestaltung aus 2 gezeigt. Es ist der Schwefelsensor 36 dargestellt, durch welchen beziehungsweise an welchem entlang ein Strom an sauerstoffhaltigem Gas, der durch den Pfeil 38 gekennzeichnet ist und für eine Oxidation des Anodengases dient, fließt. Dabei kann dieser etwa ein Kathodengasstrom, Kathodenabgasstrom oder Brennerabgasstrom des Nachbrenners 23 sein, oder von dem Kathodengasstrom, Kathodenabgasstrom oder Brennerabgasstrom, der durch den Pfeil 39 angedeutet ist, abzweigen. Dabei fließt ferner der potentiell schwefelhaltige Substanzen umfassende Anodengasstrom durch den Schwefelsensor 36 beziehungsweise an diesem entlang, etwa durch die Sensorführung 37. Der Schwefelsensor 36 kann dabei einen Temperatursensor beziehungsweise Temperaturfühler 41 aufweisen, mit dem die Temperatur des Sensorabgases beziehungsweise des Schwefelsensors 36 selbst, wie etwa die in einer Brennkammer des Schwefelsensors 36 herrschende Temperatur, ermittelbar ist. Der Temperatursensor 41 misst somit die Temperaturerhöhung, die durch die katalytische Oxidation des Anodengases entsteht, insbesondere wenn ein katalytischer Schwefelsensor 36 verwendet wird. Dazu kann beispielsweise eine gasleitende Verbindung von dem Schwefelsensor 36 zu dem Anodengas beziehungsweise einem sauerstoffhaltigen Gas vorgesehen sein, oder aber beide Gase können durch ein gemeinsames Rohr fließen. In 3 is a further illustration of the embodiment 2 shown. It is the sulfur sensor 36 represented by which or along which a stream of oxygen-containing gas, by the arrow 38 is characterized and serves for an oxidation of the anode gas flows. This can be about a cathode gas stream, cathode exhaust stream or burner exhaust stream of the afterburner 23 be, or from the cathode gas stream, cathode exhaust stream or burner exhaust stream, by the arrow 39 is indicated, branch off. In addition, the potentially sulfur-containing substances comprising anode gas flow flows through the sulfur sensor 36 or along it, for example through the sensor guide 37 , The sulfur sensor 36 can be a temperature sensor or temperature sensor 41 have, with the temperature of the sensor exhaust gas and the sulfur sensor 36 even, like those in one Combustion chamber of the sulfur sensor 36 prevailing temperature, can be determined. The temperature sensor 41 thus measures the temperature increase caused by the catalytic oxidation of the anode gas, especially if a catalytic sulfur sensor 36 is used. For this purpose, for example, a gas-conducting compound of the sulfur sensor 36 be provided to the anode gas or an oxygen-containing gas, or both gases can flow through a common tube.

Durch eine Temperaturmessung kann auf den Alterungszustand der Entschweflungsvorrichtung 10 geschlossen werden. Dies ist in 4 dargestellt. In 4 ist ein Diagramm gezeigt, in welchem die ermittelte Temperatur (T) qualitativ gegen die Zeit (t) aufgetragen ist. Es ist zu erkennen, dass bis zu einem Zeitpunkt a), an welchem eine volle oder nahezu volle Beladung des Teils der Entschwefelungsvorrichtung 10 vorliegt, der stromaufwärts des Schwefelsensors 36 beziehungsweise einer Abzweigung zu der Sensorführung 37 liegt, die Temperatur langsam sinkt bedingt durch eine leichte Degradation unter Normalbedingungen. Ab dem Punkt a), der typischerweise in einem Bereich von 2 Jahren liegen kann, findet eine stärkere Degradation bedingt durch einen Schwefeldurchbruch, ausgelöst durch eine zunehmende Vergiftung des Katalysators, statt. By a temperature measurement can on the aging state of the desulfurization 10 getting closed. This is in 4 shown. In 4 a diagram is shown in which the determined temperature (T) is plotted qualitatively against the time (t). It can be seen that until a time a), at which a full or almost full load of the part of the desulfurization 10 is present, the upstream of the sulfur sensor 36 or a branch to the sensor guide 37 the temperature is slowly decreasing due to a slight degradation under normal conditions. From the point a), which is typically in a range of 2 Years, there is a stronger degradation caused by a sulfur breakthrough triggered by an increasing poisoning of the catalyst instead.

Diese Temperaturmessung kann in einer Steuereinheit ausgewertet werden. In der Steuerung kann dabei die Erhöhung der Temperatur über die Zeit ermittelt werden insbesondere für den Fall, dass die Systemregelung die Temperatur in der Umgebung des Schwefelsensors 36 konstant hält. Anstelle der absoluten Temperatur kann auch die Temperaturdifferenz zu der Umgebung oder zu einem einströmenden Gas, wie etwa Luft, gemessen werden. Wird ein vorgegebener Grenzwert oder eine vorgegebene Steigung überschritten, kann eine Warnung ausgegeben werden, die beispielsweise durch den Benutzer oder über eine Kommunikationsschnittstelle durch das Wartungspersonal sichtbar ist, wodurch ein Austausch der Entschwefelungsvorrichtung 10, wie etwa einer Kartusche, veranlasst werden kann. This temperature measurement can be evaluated in a control unit. In this case, the increase in the temperature over time can be determined in the control, in particular in the event that the system control regulates the temperature in the vicinity of the sulfur sensor 36 keeps constant. Instead of the absolute temperature, the temperature difference to the environment or to an incoming gas, such as air, can be measured. If a predetermined limit or a predetermined slope is exceeded, a warning can be issued, which is visible for example by the user or via a communication interface by the maintenance personnel, thereby replacing the desulfurization 10 , such as a cartridge, can be arranged.

In 5 ist eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 gezeigt. In dieser Ausgestaltung kann als Schwefelsensor 36 eine Lambdasonde 42 Verwendung finden. Rein beispielhaft für die Verwendung einer Lambdasonde 42 als Schwefelsensor 36 kann diese in dem Abgaspfad nach der Kathode 4 oder nach dem Nachbrenner 23 eingesetzt werden. Auch hier wird das zu untersuchende Gas auf die Lambdasonde 42 beziehungsweise den Schwefelsensor 36 beziehungsweise in die Sensorführung 37 geleitet, wobei ebenfalls die Degradation des Schwefelsensors 36 beziehungsweise der Lambdasonde 42 gemessen werden kann. Dazu kann ebenfalls ein Strom 38 an sauerstoffhaltigem Gas zugeführt werden. Die Messung kann anhand der Geschwindigkeit der Degradation der Lambdasonde 42, wie in 6 gezeigt, erfolgen. In 6 ist das Signal S der Lambdasonde 42 entlang der Zeit t als Kurve A gezeigt, welches ab einem Punkt a) eine deutlich ansteigende Degradation anzeigt. In 5 is a further embodiment of the fuel cell system according to the invention 1 shown. In this embodiment, as a sulfur sensor 36 a lambda probe 42 Find use. Purely exemplary for the use of a lambda probe 42 as a sulfur sensor 36 this may be in the exhaust path after the cathode 4 or after the afterburner 23 be used. Again, the gas to be tested on the lambda probe 42 or the sulfur sensor 36 or in the sensor guide 37 where also the degradation of the sulfur sensor 36 or the lambda probe 42 can be measured. This can also be a stream 38 be supplied to oxygen-containing gas. The measurement can be based on the speed of the degradation of the lambda probe 42 , as in 6 shown, done. In 6 is the signal S of the lambda probe 42 along the time t shown as curve A, which indicates a significantly increasing degradation from a point a).

Alternativ können zwei Lambdasonden 42, 43 eingesetzt werden, wobei eine Lambdasonde 43 in diesem Fall als Referenz dienen kann und die entsprechenden Signale, verdeutlicht durch die Kurve A für die Lambdasonde 42 und die Kurve B für die Referenz-Lambdasonde 43, verglichen werden, wie dies in 6 gezeigt ist. Dies kann insbesondere interessant sein in Systemen, in denen eine Lambdasonde 43 ohnehin zur Luftmassenstrom- und damit zur Temperatur-Regelung eingesetzt wird. Durch die thermische Ankopplung an einen heißen oder erhitzbaren Teil des Brennstoffzellensystems 2 beziehungsweise die Hotbox 35 beziehungsweise durch eine Anordnung in einem heißen Bereich kann auf die in der Lambdasonde 42, 43 sonst übliche Heizung verzichtet werden, wodurch Kosten gespart werden können. Alternatively, two lambda probes 42 . 43 be used, with a lambda probe 43 in this case can serve as a reference and the corresponding signals, illustrated by the curve A for the lambda probe 42 and the curve B for the reference lambda probe 43 to be compared, as in 6 is shown. This may be particularly interesting in systems where a lambda probe 43 anyway for Luftmassenstrom- and thus used for temperature control. By the thermal coupling to a hot or heatable part of the fuel cell system 2 or the hotbox 35 or by an arrangement in a hot area can on the in the lambda probe 42 . 43 otherwise usual heating can be omitted, whereby costs can be saved.

In 7 ist eine weitere Ausgestaltung des vorliegenden Brennstoffzellensystems 1 gezeigt. Gemäß der Ausgestaltung nach 7 kann der Schwefelsensor 36 als Brennstoffzelle 44, wie etwa als SOFC-Brennstoffzelle, beispielsweise mit einer tubularen, mit außenliegender Kathode und innenliegender Anode ausgestatteter Brennstoffzelle 44 ausgebildet sein. Dabei kann die durch eine Spannungsmessvorrichtung 45 gemessene Spannung als Indikator für den Schwefelgehalt des Anodengases dienen. Zur Vermeidung von Verkokung kann hier ebenfalls in die beispielsweise innenliegende Anode Luft zudosiert werden. In 7 is another embodiment of the present fuel cell system 1 shown. According to the embodiment according to 7 can the sulfur sensor 36 as a fuel cell 44 , such as a SOFC fuel cell, for example, with a tubular, with external cathode and internal anode equipped fuel cell 44 be educated. In this case, by a voltage measuring device 45 measured voltage serve as an indicator of the sulfur content of the anode gas. To avoid coking, air can also be metered into the interior anode, for example, here.

Alternativ kann in der Ausgestaltung gemäß 8 bei der Verwendung einer Brennstoffzelle 44 als Schwefelsensor 36 ein Stromfluss, beispielsweise über einen Widerstand 49, erzeugt werden, wobei auf der Anodenseite Produktwasser entstehen kann. Die Brennstoffzelle 44 kann beispielsweise eine Mitteltemperatur-SOFC-Brennstoffzelle sein. Durch den Stromfluss wird auf der Anode der Brennstoffzelle 44 Wasser erzeugt, weshalb auf die Zuführung von Luft auf die Anode verzichtet werden kann und die Eingangsseite 46 verschlossen sein kann. Der Schwefelsensor 36 kann auch in seiner Ausgestaltung den stromerzeugenden Zellen in dem Brennstoffzellenstapel angepasst sein und dort beispielsweise außerhalb der Stromabnehmerplatten (bei planaren Stacks) oder außerhalb der Stromabnehmer (bei tubularen Stacks) angeordnet sein. Alternatively, in the embodiment according to 8th when using a fuel cell 44 as a sulfur sensor 36 a current flow, for example via a resistor 49 , can be produced, wherein on the anode side product water can arise. The fuel cell 44 For example, it may be a medium temperature SOFC fuel cell. Due to the current flow is on the anode of the fuel cell 44 Produces water, which is why it can be dispensed with the supply of air to the anode and the input side 46 can be closed. The sulfur sensor 36 can also be adapted in its configuration, the power-generating cells in the fuel cell stack and there, for example, outside of the pantograph plates (in planar stacks) or outside of the pantograph (in tubular stacks) can be arranged.

Auch bei der Verwendung einer Brennstoffzelle 44 als Schwefelsensor 36 kann die durch schwefelhaltige Substanzen hervorgerufene Degradation als Maß für den Schwefelgehalt des Anodengases dienen, etwa Messbar durch den Stromfluss beziehungsweise die Spannung, wie oben beschrieben ist, oder durch das messen eines Widerstands des Schwefelsensors 36. Also when using a fuel cell 44 as a sulfur sensor 36 can the through Degradation caused by sulfur-containing substances serve as a measure of the sulfur content of the anode gas, such as measurable by the current flow or the voltage, as described above, or by measuring a resistance of the sulfur sensor 36 ,

Der Schwefelsensor 36 kann insbesondere leicht zugänglich sein und mit der Entschwefelungsvorrichtung 10 wechselbar sein. Alternativ können mehrere Schwefelsensoren 36 zu Beginn eingebaut sein, die nacheinander zur Messung eingesetzt werden. Wenn die Ausgänge zusammengeführt werden, reicht eine gemeinsame Temperaturmessstelle. Die unbenutzten Eingänge werden dann verschlossen. The sulfur sensor 36 In particular, it can be easily accessible and with the desulphurisation device 10 be changeable. Alternatively, several sulfur sensors can be used 36 be installed at the beginning, which are used successively for measurement. When the outputs are merged, a common temperature measuring point is sufficient. The unused inputs are then closed.

Ein Verfahren zum Steuern eines derartigen Brennstoffzellensystems 1 kann dabei die folgenden Verfahrensschritte umfassen:

  • a) Führen eines Anodengases zu der Anode 3 einer Brennstoffzelle 2;
  • b) Führen eines Kathodengases zu der Kathode 4 einer Brennstoffzelle 2;
  • c) Entfernen von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas durch eine Entschwefelungsvorrichtung 10, und
  • d) Ermitteln der Konzentration an schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas durch einen Schwefelsensor 36.
A method of controlling such a fuel cell system 1 can include the following process steps:
  • a) Passing an anode gas to the anode 3 a fuel cell 2 ;
  • b) passing a cathode gas to the cathode 4 a fuel cell 2 ;
  • c) removing sulfur-containing substances from the anode gas through a desulfurization device 10 , and
  • d) Determining the concentration of sulfur-containing substances in the anode gas by a sulfur sensor 36 ,

Insbesondere kann der Schwefelgehalt dabei durch eine Schwefelvergiftung des Schwefelsensors 36 ermittelt werden. In particular, the sulfur content may be due to sulfur poisoning of the sulfur sensor 36 be determined.

Eine Messung braucht dabei nicht kontinuierlich zu erfolgen, sondern kann in bestimmten Zeitabständen oder bei bestimmten Betriebspunkten, in denen die Umgebungstemperatur des Schwefelsensors 36 beziehungsweise der Luftdurchfluss im umgebenden Raum beispielsweise hinreichend bekannt ist, gemessen werden. Dabei kann für den Fall, dass ein Schwefeldurchbruch detektiert wird oder zu erwarten ist und damit die Entschwefelungsvorrichtung getauscht werden sollte, ein Warnhinweis ausgegeben werden. A measurement need not be made continuously, but may at certain intervals or at certain operating points in which the ambient temperature of the sulfur sensor 36 or the air flow in the surrounding space, for example, is sufficiently known to be measured. In this case, in the event that a sulfur breakthrough is detected or is expected and thus the desulfurization should be replaced, a warning will be issued.

Die Zuleitung des zu vermessenden Gases zu dem Schwefelsensor 36 kann mit einem beispielsweise mechanischen oder elektronischen Strömungsbegrenzer ausgestattet sein, so dass auch bei schwankendem Gasdruck immer die gleiche Menge Gas fließt und so konstante Messbedingungen herrschen. The supply of the gas to be measured to the sulfur sensor 36 can be equipped with a mechanical or electronic flow limiter, for example, so that even with fluctuating gas pressure always the same amount of gas flows and thus prevail constant measuring conditions.

Weiterhin können mehrere Schwefelsensoren 36 eingebaut sein, welche nacheinander verwendet werden für den Fall, dass die Schwefelsensoren 36 sukzessive durch schwefelhaltige Substanzen vergiftet sind. Wenn die entsprechenden Ausgänge zusammengeführt werden, kann auch eine gemeinsame Messposition, wie etwa Temperaturmessposition, ausreichend sein. Furthermore, several sulfur sensors 36 be built in, which are used sequentially in the event that the sulfur sensors 36 successively poisoned by sulfur-containing substances. If the corresponding outputs are merged, a common measurement position, such as temperature measurement position, may be sufficient.

Bei Geräten mit einem Spitzenkessel für die Wärmeerzeugung kann der Schwefelsensor 36 weiterhin auch bei diesem in dem heißen Abgasstrom in Brennernähe eingebaut werden. For units with a peak boiler for heat generation, the sulfur sensor can 36 continue to be installed in this burner in the hot exhaust stream near the burner.

Die vorbeschriebene Anordnung des Schwefelsensors 36 kann grundsätzlich auch analog zur Detektion anderer Schadstoffe verwendet werden, wie beispielsweise zur Detektion von Alkali. Möglich ist ferner grundsätzlich ein Einsatz in dem Luft- und/oder Gaspfad, also in dem Kathodengaspfad und/oder in dem Anodengaspfad.The above-described arrangement of the sulfur sensor 36 can in principle also be used analogously to the detection of other pollutants, such as for the detection of alkali. In principle, it is also possible to use it in the air and / or gas path, ie in the cathode gas path and / or in the anode gas path.

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Claims (15)

Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstack, umfassend – wenigstens eine Brennstoffzelle (2); – eine Anodengasführung (9) zum Zuführen von Anodengas zu der Brennstoffzelle (2); – eine Kathodengasführung (15) zum Zuführen von Kathodengas zu der Brennstoffzelle (2); und – eine Entschwefelungsvorrichtung (10) zum Entfernen von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas, wobei – ein Schwefelsensor (36) zur Erfassung des Schwefelgehalts des zugeführten Anodengases vorgesehen ist. Fuel cell system with a fuel cell stack, comprising - at least one fuel cell ( 2 ); An anode gas guide ( 9 ) for supplying anode gas to the fuel cell ( 2 ); A cathode gas guide ( 15 ) for supplying cathode gas to the fuel cell ( 2 ); and a desulphurisation device ( 10 ) for removing sulfur-containing substances from the anode gas, wherein - a sulfur sensor ( 36 ) is provided for detecting the sulfur content of the supplied anode gas. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Schwefelsensor (36) auf einer chemischen und/oder elektrochemischen Reaktion basiert, wobei die Stärke der Reaktion in Abhängigkeit des Schwefelgehalts abnimmt, insbesondere wobei der Schwefelsensor (36) mindestens einen durch eine schwefelhaltige Substanz vergiftbaren Katalysator umfasst, insbesondere wobei der Schwefelgehalt aus der Abnahme der Stärke der Reaktion, insbesondere welche, beispielsweise elektrisch und/oder thermisch, messbar ist, ermittelbar ist.Fuel cell system according to claim 1, wherein the sulfur sensor ( 36 ) based on a chemical and / or electrochemical reaction, wherein the strength of the reaction as a function of the sulfur content decreases, in particular wherein the sulfur sensor ( 36 ) comprises at least one catalyst poisonable by a sulfur-containing substance, in particular wherein the sulfur content can be determined from the decrease in the strength of the reaction, in particular which, for example, electrically and / or thermally, is measurable. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schwefelsensor (36) als katalytischer und/oder elektrochemischer Sensor ausgebildet ist, insbesondere wobei der Schwefelsensor (36) einen Verbrennungskatalysator, eine Brennstoffzelle oder eine Lambdasonde umfasst.Fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the sulfur sensor ( 36 ) is designed as a catalytic and / or electrochemical sensor, in particular wherein the sulfur sensor ( 36 ) comprises a combustion catalyst, a fuel cell or a lambda probe. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei der Katalysator des Schwefelsensors (36) Nickel, Palladium, Platin oder Mischungen daraus umfasst. Fuel cell system according to claim 3, wherein the catalyst of the sulfur sensor ( 36 ) Comprises nickel, palladium, platinum or mixtures thereof. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schwefelsensor (36) – in der Anodengasführung (9) und/oder – in einer Anodenabgasführung (25) zum Abführen von Anodenabgas von der Brennstoffzelle (2) und/oder – in einer von der Anodengasführung (9) und/oder von der Anodenabgasführung (25) abzweigenden Sensorführung (37) angeordnet ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 4, wherein the sulfur sensor ( 36 ) - in the anode gas guide ( 9 ) and / or - in an anode exhaust gas duct ( 25 ) for discharging anode exhaust gas from the fuel cell ( 2 ) and / or - in one of the anode gas guide ( 9 ) and / or from the anode exhaust gas duct ( 25 ) branching sensor guide ( 37 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,wobei die Anodengasführung (9) und/oder die Anodenabgasführung (25) und/oder die Sensorführung (37) eine Innenbeschichtung aufweist, wobei die Innenbeschichtung den Katalysator des Schwefelsensors (36) umfasst.Fuel cell system according to one of claims 1 to 5, wherein the anode gas guide ( 9 ) and / or the anode exhaust gas duct ( 25 ) and / or the sensor guide ( 37 ) has an inner coating, wherein the inner coating of the catalyst of the sulfur sensor ( 36 ). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schwefelsensor (36) in gasleitender Verbindung, insbesondere in direkter gasleitender Verbindung, mit der Entschwefelungsvorrichtung (10) angeordnet ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 6, wherein the sulfur sensor ( 36 ) in gas-conducting connection, in particular in direct gas-conducting connection, with the desulphurisation device ( 10 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Entschwefelungsvorrichtung (10) eine bestimmte Flusstrecke für das Anodengas aufweist und wobei die Sensorführung (37) von der Entschwefelungsvorrichtung (10) an einer Stelle abzweigt, die in einem Bereich von wobei der Schwefelsensor (36) an einer Stelle angeordnet ist, die in einem Bereich von Fuel cell system according to one of claims 1 to 7, wherein the desulfurization device ( 10 ) has a certain flow path for the anode gas and wherein the sensor guide ( 37 ) from the desulfurization device ( 10 ) branches off at a point which is in a range from where the sulfur sensor ( 36 ) is disposed at a position which is in a range of Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei – ein Temperatursensor (41) zum Ermitteln der Temperatur des Schwefelsensors (36) und/oder des Sensorabgases vorgesehen ist, und wobei der Schwefelgehalt aus einer Abnahme der Temperatur des Schwefelsensors (36) und/oder des Sensorabgases ermittelbar ist, und/oder wobei – eine Spannungs- und/oder Strom- und/oder Widerstandsmessvorrichtung zum Ermitteln von Strom, Widerstand und/oder Spannung des Schwefelsensors (36) vorgesehen ist, wobei der Schwefelgehalt aus einer Veränderung der Spannung und/oder des Stroms und/oder des Widerstands des Schwefelsensors (36) ermittelbar ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 8, wherein - a temperature sensor ( 41 ) for determining the temperature of the sulfur sensor ( 36 ) and / or the sensor exhaust gas is provided, and wherein the sulfur content from a decrease in the temperature of the sulfur sensor ( 36 ) and / or the sensor exhaust gas can be determined, and / or wherein - a voltage and / or current and / or resistance measuring device for determining the current, resistance and / or voltage of the sulfur sensor ( 36 ), wherein the sulfur content from a change in the voltage and / or the current and / or the resistance of the sulfur sensor ( 36 ) can be determined. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schwefelsensor (36) in gasleitender Verbindung zu der Kathodengasführung (15) und/oder einer Kathodenabgasführung (21) zum Abführen von Kathodenabgas von der Brennstoffzelle (2) und/oder einer Luftzufuhr angeordnet ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 9, wherein the sulfur sensor ( 36 ) in gas-conducting connection to the cathode gas guide ( 15 ) and / or a cathode exhaust gas duct ( 21 ) for discharging cathode exhaust gas from the fuel cell ( 2 ) and / or an air supply is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schwefelsensor (36) durch eine thermische Ankopplung an einen heizbaren Teil des Brennstoffzellensystems (1) durch beim Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) entstehende Abwärme erhitzbar ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 10, wherein the sulfur sensor ( 36 ) by a thermal coupling to a heatable part of the fuel cell system ( 1 ) during operation of the fuel cell system ( 1 ) Waste heat can be heated. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schwefelsensor (36) in einen Wärmetauscher (28, 48), in einen Reformer (6), und/oder in einen Nachbrenner (23) integriert ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 11, wherein the sulfur sensor ( 36 ) in a heat exchanger ( 28 . 48 ), into a reformer ( 6 ), and / or in an afterburner ( 23 ) is integrated. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Schwefelbeladung der Entschwefelungsvorrichtung (10) in Abhängigkeit des durch den Schwefelsensor (36) ermittelten Schwefelgehalts ermittelbar ist, insbesondere wobei bei dem Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts der Schwefelbeladung ein Warnhinweis, insbesondere zum Erneuern der Entschwefelungsvorrichtung (10), ausgebbar ist. Fuel cell system according to one of claims 1 to 12, wherein a sulfur loading of the desulfurization device ( 10 ) as a function of the sulfur sensor ( 36 ) is determined, in particular wherein when exceeding a predetermined threshold value of sulfur loading a warning, in particular for renewing the desulfurization ( 10 ), is dispensable. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), umfassend die Verfahrensschritte: a) Führen eines Anodengases zu der Anode (3) einer Brennstoffzelle (2); b) Führen eines Kathodengases zu der Kathode (4) einer Brennstoffzelle (2); c) Entfernen von schwefelhaltigen Substanzen aus dem Anodengas durch eine Entschwefelungsvorrichtung (10), und d) Ermitteln der Konzentration an schwefelhaltigen Substanzen in dem Anodengas durch einen Schwefelsensor (36), insbesondere wobei der Schwefelgehalt durch eine Schwefelvergiftung des Schwefelsensors (36) ermittelt wird. Method for operating a fuel cell system ( 1 ), comprising the method steps: a) passing an anode gas to the anode ( 3 ) a fuel cell ( 2 ); b) passing a cathode gas to the cathode ( 4 ) a fuel cell ( 2 ); c) removing sulfur-containing substances from the anode gas through a desulphurisation device ( 10 ), and d) determining the concentration of sulfur-containing substances in the anode gas by a sulfur sensor ( 36 ), in particular wherein the sulfur content is due to sulfur poisoning of the sulfur sensor ( 36 ) is determined. Verwendung eines Brennstoffzellensystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder Blockheizkraftwerken.Use of a fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 10 in combined heat and power plants or combined heat and power plants.
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