DE102015100186A1

DE102015100186A1 - Fuel cell system, a method for heating such a system and an aircraft with such a system

Info

Publication number: DE102015100186A1
Application number: DE102015100186.1A
Authority: DE
Inventors: c/o Airbus Operations GmbH Lüdders Hauke Peer; c/o Airbus Operations GmbH Zandstra Sijmen; c/o Airbus Operations GmbH Engel Wolfgang; c/o Airbus Operations GmbH Escribano-Prieto Fernando
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-07-14

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem (2) weist mindestens eine Brennstoffzelle (4) mit einem ersten Einlass (18) zum Zuführen eines Brennstoffs und einem zweiten Einlass (20) zum Zuführen eines Oxidanten und einen Auslass zum Abführen von Reaktionsprodukten, eine Warmluftquelle (16), einen Temperatursensor (40), eine Steuereinheit (38) und eine Einrichtung zum Übertragen von Wärme von Warmluft (14) aus der Warmluftquelle (16) an die mindestens eine Brennstoffzelle (4) auf. Der Temperatursensor (40) ist mit der Steuereinheit (38) verbunden und die Steuereinheit (38) ist dazu eingerichtet, bei Unterschreiten einer vorbestimmten, durch den Temperatursensor (40) detektierten Temperatur über die Einrichtung mit Hilfe von Warmluft (14) aus der Warmluftquelle (16) die mindestens eine Brennstoffzelle (4) zu erwärmen.A fuel cell system (2) comprises at least one fuel cell (4) having a first inlet (18) for supplying a fuel and a second inlet (20) for supplying an oxidant and an outlet for discharging reaction products, a hot air source (16), a temperature sensor (40), a control unit (38) and means for transferring heat from hot air (14) from the hot air source (16) to the at least one fuel cell (4). The temperature sensor (40) is connected to the control unit (38) and the control unit (38) is adapted to operate below a predetermined temperature detected by the temperature sensor (40) via the device with the aid of warm air (14) from the hot air source ( 16) to heat the at least one fuel cell (4).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, ein Verfahren zum Anwärmen eines Brennstoffzellensystems sowie ein Flugzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem. The invention relates to a fuel cell system, a method for heating a fuel cell system and an aircraft with such a fuel cell system.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

Im Stand der Technik sind verschiedene Inertisierungs- und Feuerlöschsysteme für Flugzeuge bekannt, welche das in Zukunft nicht mehr zugelassene Gas Halon oder sauerstoffabgereicherte Abluft aus dem Betrieb von Brennstoffzellensystemen einsetzen. Insbesondere bei der Verwendung eines brennstoffzellenbasierten Systems muss dessen einwandfreie Inbetriebnahme sichergestellt werden.In the prior art various inerting and fire extinguishing systems for aircraft are known, which use the future no longer approved gas halon or oxygen-depleted exhaust air from the operation of fuel cell systems. In particular, when using a fuel cell based system its proper commissioning must be ensured.

Aus DE 10 2005 010 399 B4 sind ein Luftfahrzeug mit einem Brennstoffzellen-Notsystem und ein Verfahren zur außenluftunabhängigen Energie-Notversorgung bekannt. DE 10 2008 006 742 A1 zeigt etwa ein Brennstoffzellensystem für ein Flugzeug, das eine Brennstoffzelle mit einem Oxidationsmitteleinlass zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Mediums in die Brennstoffzelle aufweist, der mit einem Abluftauslass einer Kabine des Luftfahrzeugs verbindbar ist.Out DE 10 2005 010 399 B4 an aircraft with a fuel cell emergency system and a method for external air independent emergency power supply are known. DE 10 2008 006 742 A1 shows, for example, a fuel cell system for an aircraft having a fuel cell with an oxidant inlet for supplying an oxygen-containing medium in the fuel cell, which is connectable to an exhaust outlet of a cabin of the aircraft.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Insbesondere bei niedriger Umgebungstemperatur und der Anordnung von Brennstoffzellen in einem nicht druckbeaufschlagten Bereich eines Flugzeugs kann erforderlich sein, vor Inbetriebnahme insbesondere durch elektrische Heizeinrichtungen eine für die Brennstoffzellen akzeptable Starttemperatur zu schaffen. Particularly at low ambient temperature and the arrangement of fuel cells in a non-pressurized area of an aircraft, it may be necessary to create a start temperature which is acceptable for the fuel cells before commissioning, in particular by means of electrical heating devices.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, das möglichst ohne elektrische Heizeinrichtungen vorwärmbar ist, so dass effizient eine reibungsfreie und materialschonende Inbetriebnahme der Brennstoffzellen ermöglicht wird ohne aufwendige elektrische Heizeinrichtungen verwenden zu müssen. It is an object of the invention to propose a fuel cell system which can be preheated as far as possible without electric heaters, so that a smooth and material-friendly commissioning of the fuel cell is efficiently made possible without having to use expensive electrical heaters.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen. The object is achieved by a fuel cell system having the features of independent claim 1. Advantageous embodiments and further developments can be taken from the subclaims and the following description.

Es wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, das mindestens eine Brennstoffzelle mit einem ersten Einlass zum Zuführen eines Brennstoffs und einem zweiten Einlass zum Zuführen eines Oxidanten und einen Auslass zum Abführen von Reaktionsprodukten aufweist. Ferner weist das Brennstoffzellensystem eine Warmluftquelle, einen Temperatursensor, eine Steuereinheit und eine Einrichtung zum Übertragen von Wärme der Warmluft aus der Warmluftquelle an die mindestens Brennstoffzelle auf. Der Temperatursensor ist mit der Steuereinheit verbunden und die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, bei Unterschreiten einer vorbestimmten, durch den Temperatursensor detektierten Temperatur über die Einrichtung mithilfe von Warmluft aus der Warmluftquelle die mindestens eine Brennstoffzelle zu erwärmen.A fuel cell system is proposed which has at least one fuel cell with a first inlet for supplying a fuel and a second inlet for supplying an oxidant and an outlet for discharging reaction products. Furthermore, the fuel cell system has a hot air source, a temperature sensor, a control unit, and a device for transferring heat of the hot air from the hot air source to the at least one fuel cell. The temperature sensor is connected to the control unit, and the control unit is configured to heat the at least one fuel cell when a predetermined temperature detected by the temperature sensor is passed through the device by means of hot air from the hot air source.

Der Begriff der „mindestens einen Brennstoffzelle“ ist derart zu verstehen, dass sowohl einzelne Brennstoffzellen als auch eine Gruppe von Brennstoffzellen in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem eingesetzt werden kann. Eine Gruppe von Brennstoffzellen kann aus einzelnen parallel oder seriell miteinander verbundenen Brennstoffzellen oder in Form von Brennstoffzellenstapeln (fuel cell stacks) ausgeführt sein. Bei letzteren können gemeinsame Einlässe und Leitungen für die Zufuhr und Verteilung von Brennstoff und Oxidanten verwendet werden, gleichzeitig wird eine gemeinsame Kühlung erleichtert. Es ist weiterhin nicht auszuschließen, dass auch mehrere Brennstoffzellenstapel nebeneinander betrieben werden. The term "at least one fuel cell" is to be understood such that both individual fuel cells and a group of fuel cells can be used in the fuel cell system according to the invention. A group of fuel cells may be made up of individual fuel cells connected in parallel or in series, or in the form of fuel cell stacks. In the latter, common inlets and conduits may be used for the supply and distribution of fuel and oxidants while facilitating joint cooling. Furthermore, it can not be ruled out that several fuel cell stacks are operated side by side.

Der erste Einlass zum Zuführen eines Brennstoffs kann beispielsweise mit einer Anodenseite der mindestens einen Brennstoffzelle verbunden sein und Wasserstoff aufnehmen, der an die Anode der mindestens einen Brennstoffzelle geleitet wird. An dem zweiten Einlass kann Sauerstoff oder Luft als Oxidant zugeführt werden, die der Umgebung der Brennstoffzelle, einer Abluftleitung aus einer Kabine des Flugzeugs, einer Rezirkulationsleitung, einer Abluftleitung von Monumenten innerhalb des Flugzeugrumpfes oder einer Warmluftquelle stammt. Der Oxidant wird an die Kathodenseite der mindestens einen Brennstoffzelle geleitet, die durch einen Elektrolyten von der Anodenseite separiert ist. Nach Zuführen des Brennstoffs und des Oxidanten entstehen bei Abnahme der bereitgestellten elektrischen Leistung Wasser und sauerstoffabgereicherte Luft an der Kathodenseite, welche dann durch den Auslass aus der mindestens einen Brennstoffzelle austritt, wenn Luft als Oxidant verwendet wird.The first inlet for supplying a fuel may, for example, be connected to an anode side of the at least one fuel cell and receive hydrogen, which is conducted to the anode of the at least one fuel cell. At the second inlet, oxygen or air may be supplied as an oxidant originating in the vicinity of the fuel cell, an exhaust duct from a cabin of the aircraft, a recirculation duct, an exhaust duct of monuments within the fuselage or a hot air source. The oxidant is directed to the cathode side of the at least one fuel cell, which is separated by an electrolyte from the anode side. Upon delivery of the fuel and oxidant, as the electrical power supplied decreases, water and oxygen-depleted air form on the cathode side, which then exits the at least one fuel cell through the outlet when air is used as the oxidant.

Eine Warmluftquelle ist in dem Zusammenhang mit der Erfindung derart zu verstehen, dass eine Leitung, ein Anschluss, ein Auslass oder dergleichen vorhanden ist, aus dem Warmluft entnommen werden kann. Die Warmluftquelle kann durch eine Zapfluftquelle realisiert sein. Die Zapfluftquelle ist eine Einrichtung in einem durch Turboluftstrahltriebwerke betriebenen Flugzeug, bei dem Luft aus einer oder mehreren Verdichterstufen selektiv abgezapft und bereitgestellt werden kann. Die Zapfluft steht hierbei üblicherweise unter einem Überdruck und kann durch Öffnen eines Ventils abgegeben bzw. entnommen werden. Der Zapfluftquelle kann ein Kühler bzw. Vorkühler vorgeschaltet sein, der die den betreffenden Triebwerken entnommene Zapfluft auf eine für die Einrichtung zum Übertragen von Wärme an die mindestens eine Brennstoffzelle schonende Temperatur von ca. unter 100°C kühlt. Statt einer Zapfluftquelle kann auch ein Auslass oder eine mit dem Auslass verbundene Leitung eines Kompressors verwendet werden, der Luft komprimiert und hierbei auch erwärmt, so dass eine zu einer vorgekühlten und druckbeaufschlagten Zapfluftquelle äquivalente Warmluftquelle bereitgestellt wird.A hot air source is to be understood in the context of the invention such that a conduit, a port, an outlet or the like is present, can be removed from the hot air. The hot air source can be realized by a bleed air source. The bleed air source is a device in an aircraft powered by turbofan engines in which air from one or more compressor stages may be selectively tapped and provided. The bleed air is usually under an overpressure and can be dispensed or removed by opening a valve. The bleed air source may be preceded by a cooler or pre-cooler, which cools the bleed air taken from the respective engines to a gentle temperature of approximately below 100 ° C. for the device for transferring heat to the at least one fuel cell. Instead of a bleed air source, an outlet or outlet connected conduit of a compressor may be used which compresses and also heats air to provide a source of warm air equivalent to a pre-cooled and pressurized bleed air source.

Der Temperatursensor kann mit der mindestens einen Brennstoffzelle thermisch gekoppelt sein, mit einem Gehäuse, welches die mindestens eine Brennstoffzelle beherbergt, mit der Einrichtung zum Übertragen von Wärme oder mit einem Innenraum des Gehäuses gekoppelten Stelle. Zum Vereinfachen und Kompaktieren des Brennstoffzellensystems kann sich anbieten, einen Temperatursensor zu verwenden, der bereits für die Funktion der Brennstoffzelle bzw. deren Kühlung bereits vorhanden ist. Die Steuereinheit kann folglich einer Steuereinheit entsprechen, die den Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle steuert oder überwacht. The temperature sensor may be thermally coupled to the at least one fuel cell having a housing housing the at least one fuel cell with the means for transferring heat or a location coupled to an interior of the housing. For simplifying and compacting the fuel cell system, it may be advisable to use a temperature sensor which is already present for the function of the fuel cell or its cooling. The control unit may consequently correspond to a control unit which controls or monitors the operation of the at least one fuel cell.

Die Steuereinheit ist bevorzugt eine Einheit, die einen Controller, eine Recheneinheit oder dergleichen aufweist oder einen Teil eines Controllers oder einer Recheneinheit mithilfe einer logischen Verknüpfung oder eines geeigneten Algorithmus nutzt. Die Steuereinheit ist für die Funktion der Vorwärmung mit dem Temperatursensor verknüpft und kann durch Kenntnis einer vorbestimmten (Mindest-)Temperatur feststellen, ob eine Vorwärmung durch Übertragen von Wärme von der Warmluft an die mindestens eine Brennstoffzelle notwendig ist. The control unit is preferably a unit which has a controller, a computing unit or the like or uses a part of a controller or a computing unit by means of a logic operation or a suitable algorithm. The control unit is linked to the temperature sensor for the function of the preheating and, by knowing a predetermined (minimum) temperature, can determine whether preheating by transfer of heat from the hot air to the at least one fuel cell is necessary.

Die vorbestimmte Temperatur kann bevorzugt –10°C oder mehr betragen, um insbesondere Vereisungseffekten beim Start der mindestens einen Brennstoffzelle vorzubeugen.The predetermined temperature may preferably be -10 ° C or more, in particular to prevent icing effects at the start of the at least one fuel cell.

Durch die Kopplung einer Einrichtung zum Erwärmen der mindestens einen Brennstoffzelle mit einer Warmluftquelle kann besonders effizient eine Vorerwärmung eines Brennstoffzellensystems erreicht werden, ohne elektrische Heizeinrichtungen mit einem hohen Bedarf an elektrischer Leistung zu verwenden. Die Brennstoffzelle muss während der Vorwärmung weiterhin nicht betrieben werden, nicht einmal bei geringer Leistung. Die Vorerwärmung wird folglich mit Mitteln erreicht, die unabhängig von einem Brennstoffvorrat für den Betrieb der Brennstoffzelle sind. Weiterhin muss die Brennstoffzelle nicht auf Basis eines bestimmten Anlaufprozesses betrieben werden, sondern kann gestartet werden, wenn sie bereits eine akzeptable Starttemperatur besitzt. Folglich wird weniger Brennstoff verbraucht, so dass ein geringerer Brennstoffvorrat notwendig ist und seltener aufgefüllt werden muss. Somit kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem mit einem besonders geringen Gewicht sicher und zuverlässig eine Vorerwärmung zulassen, so dass der Betrieb bzw. die Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems verbessert wird. Eine beschleunigte Inbetriebnahme kann bedarfsweise erreicht werden. By coupling a device for heating the at least one fuel cell with a hot air source, preheating of a fuel cell system can be achieved particularly efficiently without using electric heating devices with a high demand for electrical power. The fuel cell still does not need to be operated during preheating, even at low power. The preheating is thus achieved by means which are independent of a fuel supply for the operation of the fuel cell. Furthermore, the fuel cell does not have to be operated on the basis of a specific start-up process, but can be started if it already has an acceptable starting temperature. As a result, less fuel is consumed, so a lower fuel supply is necessary and must be replenished less frequently. Thus, the fuel cell system of the invention with a particularly low weight can safely and reliably allow preheating, so that the operation or the commissioning of the fuel cell system is improved. An accelerated commissioning can be achieved if necessary.

Die Warmluftquelle ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit dem zweiten Einlass verbindbar, so dass die Brennstoffzelle mit Warmluft als Oxidanten betreibbar ist. Dies hat den Vorteil, dass eine aufwendige Förderung von Luft oder eines anderen Oxidanten nicht erforderlich ist, denn die Warmluft ist insbesondere bei Ausführung der Warmluftquelle als Zapfluftquelle bereits durch die Entnahme aus den betreffenden Triebwerken druckbeaufschlagt und weist eine gleichbleibend hohe Qualität auf. The hot air source can be connected in a particularly advantageous embodiment with the second inlet, so that the fuel cell with hot air is operable as an oxidant. This has the advantage that a costly delivery of air or other oxidant is not required, because the hot air is already pressurized in particular by execution of the hot air source as Zapfluftquelle by the removal from the respective engines and has a consistently high quality.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Brennstoffzellensystem ferner eine Kühleinrichtung auf, die thermisch mit der mindestens einen Brennstoffzelle gekoppelt ist. Ferner weist das Brennstoffzellensystem einen ersten Wärmetauscher auf, der mit der Kühleinrichtung und der Warmluftquelle thermisch koppelbar ist. Der erste Wärmetauscher ist von Warmluft durchströmbar und gibt beim Durchströmen von Warmluft Wärme an die Kühleinrichtung ab. Die Kühleinrichtung der mindestens einen Brennstoffzelle ist somit eine Einrichtung zur Erfüllung mehrerer Funktionen, d.h. entweder einer Wärmeabfuhr von der mindestens einen Brennstoffzelle nach außen oder eine Wärmezufuhr zum Anwärmen der mindestens einen Brennstoffzelle. Für dieses Grundprinzip ist die Art und Ausführung der Kühleinrichtung nicht erheblich. Sie kann sowohl auf einem Kühlkreislauf mit einem Kühlmedium basieren, als auch auf dem reinen Wärmetransport durch einen Feststoff. Die notwendige Modifikation eines bereits existierenden Brennstoffzellensystems zur Integration der Funktion des Anwärmens ist somit sehr überschaubar. In an advantageous embodiment, the fuel cell system further comprises a cooling device, which is thermally coupled to the at least one fuel cell. Furthermore, the fuel cell system has a first heat exchanger, which is thermally coupled to the cooling device and the hot air source. Warm air can flow through the first heat exchanger and releases heat to the cooling device as hot air flows through it. The cooling device of the at least one fuel cell is thus a device for performing a plurality of functions, i. either a heat dissipation from the at least one fuel cell to the outside or a heat supply for heating the at least one fuel cell. For this basic principle, the type and design of the cooling device is not significant. It can be based both on a cooling circuit with a cooling medium, as well as on the pure heat transport through a solid. The necessary modification of an already existing fuel cell system for integrating the function of heating is thus very manageable.

Die Kühleinrichtung des Brennstoffzellensystems kann einen Kühlkreislauf mit einem zweiten Wärmetauscher aufweisen, wobei ein Kälteträger durch den Kühlkreislauf gefördert wird und der zweite Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, Wärme aus dem Kühlkreislauf nach außen abzugeben. Der Kälteträger kann dabei flüssig und/oder gasförmig sein. Die Verwendung eines flüssigen Kälteträgers kann sich anbieten, da die Förderung eines flüssigen Kälteträgers sehr einfach ist und eine Vielzahl von nicht brennbaren und eine geringe Dichte und/oder eine hohe Wärmekapazität aufweisenden Kälteträger kommerziell verfügbar sind. Der zweite Wärmetauscher kann an einem für die Wärmeabgabe günstigen Ort, beispielsweise an einer Außenhaut des Flugzeugs, in einem Stauluftkanal, in oder an einem Kraftstofftank oder an anderen eine Wärmesenke bereitstellenden Positionen platziert werden und wird über eine Rohr- und/oder Schlauchverbindung mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden. Zur Wärmeübertragung von bzw. an die mindestens eine Brennstoffzelle kann ein weiterer, dritter Wärmetauscher verwendet werden, der auch in Form von Kühlmittelkanälen in einem Gehäuse der mindestens einen Brennstoffzelle ausgeführt sein kann. The cooling device of the fuel cell system may have a cooling circuit with a second heat exchanger, wherein a coolant is conveyed through the cooling circuit and the second heat exchanger is adapted to emit heat from the cooling circuit to the outside. The refrigerant can be liquid and / or gaseous. The use of a liquid refrigerant can be offered, since the promotion of a liquid refrigerant is very simple and a variety of non-combustible and low density and / or high heat capacity having brines are commercially available. The second heat exchanger can be connected to one for heat dissipation favorable location, for example, on an outer skin of the aircraft, placed in a ram air channel, in or on a fuel tank or at other heat sink providing positions and is connected via a pipe and / or hose connection with the second heat exchanger. For heat transfer from or to the at least one fuel cell, a further, third heat exchanger can be used, which can also be embodied in the form of coolant channels in a housing of the at least one fuel cell.

Bei Versorgung des zweiten Einlasses mit Warmluft aus der Warmluftquelle kann der erste Wärmetaucher stromaufwärts des zweiten Einlasses angeordnet sein, so dass Warmluft aus der Warmluftquelle nach Durchströmen des ersten Wärmetauschers in den zweiten Einlass strömt. Der erste Wärmetauscher kann folglich nicht nur die mindestens eine Brennstoffzelle über die Warmluft erwärmen, sondern kühlt gleichzeitig die insbesondere als Zapfluft realisierte Warmluft auf ein für die mindestens eine Brennstoffzelle erträgliches Niveau, bevor die Warmluft bzw. Zapfluft in den zweiten Einlass strömt. Dies betrifft nicht nur den Prozess der Vorerwärmung, sondern auch den regulären Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle.Upon supply of the second hot air inlet from the hot air source, the first heat exchanger may be located upstream of the second inlet such that warm air from the hot air source flows into the second inlet after flowing through the first heat exchanger. The first heat exchanger can consequently not only heat the at least one fuel cell via the warm air, but at the same time cools the hot air, in particular as bleed air, to a level which is tolerable for the at least one fuel cell before the hot air or bleed air flows into the second inlet. This not only affects the process of preheating, but also the regular operation of the at least one fuel cell.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist ein selektiv betätigbares Auslassventil zwischen der Warmluftquelle und dem zweiten Einlass angeordnet, um nach Durchströmen des ersten Wärmetauschers durch das Auslassventil das Brennstoffzellensystem zu verlassen. Ist der Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle während zumindest eines zeitlichen Abschnitts der Anwärmung nicht gewünscht, kann verhindert werden, dass die Warmluft durch den zweiten Einlass und den Auslass strömen muss.In a further advantageous embodiment, a selectively actuatable outlet valve is arranged between the hot air source and the second inlet, in order to leave the fuel cell system after flowing through the first heat exchanger through the outlet valve. If the operation of the at least one fuel cell is not desired during at least a portion of the heating, it can be prevented that the hot air must flow through the second inlet and the outlet.

Es ist weiter vorteilhaft, ein Ventil zum selektiven Überbrücken des zweiten Wärmetauschers einzusetzen, so dass bei Abgabe von Wärme zum Anwärmen der mindestens einen Brennstoffzelle verhindert wird, dass zugeführte Wärme sofort wieder an die Umgebung abgegeben wird. It is also advantageous to use a valve for selective bridging of the second heat exchanger, so that upon release of heat for heating the at least one fuel cell is prevented that supplied heat is released immediately back to the environment.

Das Brennstoffzellensystem kann ferner ein Gehäuse aufweisen, das die mindestens eine Brennstoffzelle umschließt, wobei die Einrichtung zum Übertragen von Wärme von Warmluft aus der Warmluftquelle eine in dem Gehäuse angeordnete und mit der Warmluftquelle verbindbare Ausblaseinrichtung aufweist, und wobei die Ausblaseinrichtung dazu eingerichtet ist, eine freie Strömung von Warmluft aus der Warmluftquelle in das Gehäuse zu veranlassen. Die Ausblaseinrichtung wird bevorzugt selektiv steuerbar mit dem Warmluftauslass verbunden, um im Inneren des Gehäuses eine freie Strömung von Warmluft zu erreichen, welche zu einem Anstieg der Temperatur in dem Gehäuse führt, so dass die darin befindliche mindestens eine Brennstoffzelle stetig erwärmt wird. Der Temperatursensor kann in diesem Falle beispielsweise im Inneren des Gehäuses in der Nähe der mindestens einen Brennstoffzelle angeordnet sein. The fuel cell system may further include a housing enclosing the at least one fuel cell, the means for transferring heat from warm air from the hot air source having an inflator disposed in the housing and connectable to the hot air source, and wherein the blower is configured to provide a free flow Flow of hot air from the hot air source into the housing to cause. The blowout device is preferably selectively controllably connected to the hot air outlet to achieve a free flow of hot air inside the housing which results in an increase in temperature within the housing such that the at least one fuel cell therein is continuously heated. The temperature sensor may be arranged in this case, for example, in the interior of the housing in the vicinity of the at least one fuel cell.

Die Einrichtung zum Erwärmen kann ferner einen in dem Gehäuse angeordneten Luftauslass aufweisen, so dass Luft aus dem Innern des Gehäuses an die Umgebung abgegeben werden kann. Folglich kann das Gehäuse kontinuierlich von Warmluft zur Erwärmung des Gehäuseinnern durchströmt werden. The means for heating may further comprise an air outlet disposed in the housing so that air can be discharged from the interior of the housing to the environment. Consequently, the housing can be continuously flowed through by hot air for heating the housing interior.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anwärmen eines Brennstoffzellensystems, welches insbesondere die Schritte des Bereitstellens von Warmluft an einer Warmluftquelle, des Erfassens einer Temperatur über einen Temperatursensor an oder in mindestens einer Brennstoffzelle durch eine Steuereinheit, des Vergleichens der erfassten Temperatur mit einer vorbestimmten Temperatur durch eine Steuereinheit und des Leitens von Warmluft an oder in eine Einrichtung zum Übertragen von Wärme von Warmluft aus der Warmluftquelle an die mindestens eine Brennstoffzelle, wenn die erfasste Temperatur die vorbestimmte Temperatur unterschreitet, aufweist. The invention further relates to a method for heating a fuel cell system, which comprises in particular the steps of providing hot air to a hot air source, detecting a temperature via a temperature sensor on or in at least one fuel cell by a control unit, comparing the detected temperature with a predetermined temperature a control unit and the passage of hot air to or in a device for transferring heat from hot air from the hot air source to the at least one fuel cell, when the detected temperature is below the predetermined temperature comprises.

Weiterhin kann das Verfahren das Unterbrechen des Leitens von Warmluft an die Einrichtung zum Übertragen von Wärme aufweisen, sobald die erfasste Temperatur der vorbestimmten Temperatur entspricht oder diese übersteigt.Furthermore, the method may include interrupting the conduction of hot air to the means for transferring heat as soon as the sensed temperature is equal to or exceeds the predetermined temperature.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Flugzeug, aufweisend mindestens eine Warmluftquelle und mindestens ein Brennstoffzellensystem mit den vorgenannten Merkmalen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Warmluftquelle als Zapfluftquelle realisiert.The invention also relates to an aircraft, comprising at least one hot air source and at least one fuel cell system having the aforementioned features. In an advantageous embodiment, the hot air source is realized as a bleed air source.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.Other features, advantages and applications of the present invention will become apparent from the following description of the embodiments and the figures. All described and / or illustrated features alone and in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their composition in the individual claims or their back references. In the figures, the same reference numerals for identical or similar objects.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems mit einem zur Anwärmung nutzbaren Kühlkreislauf in einer schematischen, blockbasierten Darstellung. 1 shows a first embodiment of a fuel cell system with a to Heating usable cooling circuit in a schematic, block-based representation.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems mit einer freien Gehäuseströmung in einer schematischen, blockbasierten Darstellung. 2 shows a further embodiment of a fuel cell system with a free housing flow in a schematic, block-based representation.

3 zeigt ein Flugzeug mit einem Brennstoffzellensystem. 3 shows an aircraft with a fuel cell system.

DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 2, das einen Brennstoffzellenstapel mit mehreren Brennstoffzellen 4 aufweist. Eine Brennstoffzelle 4 weist einen Kathodenbereich 6, einen Anodenbereich 8 sowie eine Kühleinrichtung 10 auf, die mit einem Kühlkreislauf 12 thermisch verbunden ist, um Wärme beim Betrieb der Brennstoffzelle 4 in den Kühlkreislauf 12 zu übertragen. Zum Betreiben der Brennstoffzelle 4 ist die Zufuhr von Wasserstoff als Brennstoff und eines Oxidanten erforderlich, welcher durch Warmluft 14 aus einer Warmluftquelle 16 realisiert wird und dem Kathodenbereich 6 zugeführt wird. An dem Anodenbereich 8 ist ein erster Einlass 18 angeordnet, durch den Brennstoff zu der mindestens einen Brennstoffzelle 4 geführt werden kann, während der Kathodenbereich 6 einen zweiten Einlass 20 besitzt, der mit Warmluft 14 als Oxidanten beaufschlagt werden kann. 1 shows a fuel cell system 2 that a fuel cell stack with multiple fuel cells 4 having. A fuel cell 4 has a cathode area 6 , an anode area 8th and a cooling device 10 on that with a cooling circuit 12 thermally connected to heat during operation of the fuel cell 4 in the cooling circuit 12 transferred to. To operate the fuel cell 4 is the supply of hydrogen as a fuel and an oxidant required by hot air 14 from a hot air source 16 is realized and the cathode area 6 is supplied. At the anode area 8th is a first inlet 18 arranged, through the fuel to the at least one fuel cell 4 can be guided while the cathode area 6 a second inlet 20 owns that with warm air 14 can be acted upon as oxidant.

Der Kühlkreislauf 12 wird von einem bevorzugt flüssigen Kälteträger durchströmt, der mit Hilfe einer Kälteträgerpumpe 22 gefördert wird. Die Kühleinrichtung 10 ist etwa als Wärmetauscher ausgeführt, der thermisch mit der Brennstoffzelle 4 gekoppelt ist und von dem Kälteträger durchströmt wird. Die Kühleinrichtung 10 könnte in einer besonders effizienten Bauweise in Form von Kühlmittelkanälen in einem Gehäuse oder der Elektroden der Brennstoffzelle 4 realisiert sein oder aber in Form eines separaten Bauteils, welches Wärme von der Brennstoffzelle 4 durch engen, wärmeleitenden Kontakt aufnehmen kann. Dadurch wird der Kälteträger beim Durchfließen erwärmt und kann Wärme an einen Wärmetauscher 24 abgeben, der im Folgenden zweiter Wärmetauscher 24 genannt wird, welcher wiederum die Wärme nach außen abführen kann. Dadurch wird eine Kühlung der Brennstoffzelle 4 erreicht. The cooling circuit 12 is traversed by a preferably liquid refrigerant, which by means of a brine pump 22 is encouraged. The cooling device 10 is designed as a heat exchanger that thermally with the fuel cell 4 is coupled and flows through the brine. The cooling device 10 could in a particularly efficient design in the form of coolant channels in a housing or the electrodes of the fuel cell 4 be realized or in the form of a separate component, which heat from the fuel cell 4 can absorb through tight, thermally conductive contact. As a result, the refrigerant is heated when flowing through and can heat to a heat exchanger 24 in the following second heat exchanger 24 is called, which in turn can dissipate the heat to the outside. As a result, a cooling of the fuel cell 4 reached.

Um erfindungsgemäß ein Anwärmen der Brennstoffzelle 4 zu erreichen, ist exemplarisch ein erster Wärmetauscher 26 vorgesehen, der von Warmluft 14 durchströmt werden kann, bevor diese in den zweiten Einlass 20 strömt. Hierdurch wird der Kälteträger, der durch den ersten Wärmetauscher 26 fließt, erwärmt. Über die Kühleinrichtung 10, die von dem erwärmten Kälteträger durchströmt wird, wird daraus resultierend Wärme an die Brennstoffzelle 4 übertragen. Folglich kann durch Einströmen von Warmluft 14 ein Anwärmen der Brennstoffzelle 4 erreicht werden, um deren rasche Inbetriebnahme zu ermöglichen. Durch die Verwendung der Kühleinrichtung 10, welche eine besonders gute thermische Verbindung zu allen aktiven Komponenten der Brennstoffzelle aufweist, ist die Erwärmung zudem sehr gleichmäßig. In accordance with the invention, a heating of the fuel cell 4 to reach, is exemplarily a first heat exchanger 26 provided by warm air 14 can be passed through before this into the second inlet 20 flows. As a result, the refrigerant, through the first heat exchanger 26 flows, warms. About the cooling device 10 , Which is flowed through by the heated refrigerant, resulting in heat to the fuel cell 4 transfer. Consequently, by inflow of hot air 14 a warm-up of the fuel cell 4 be achieved in order to enable their rapid commissioning. By using the cooling device 10 which has a particularly good thermal connection to all active components of the fuel cell, the heating is also very uniform.

Ist beim Anwärmen nicht gewünscht, zumindest über einen gewissen Zeitraum die Brennstoffzelle 4 zu betreiben, kann die Warmluft 14 nach Durchströmen des ersten Wärmetauschers 26 teilweise oder vollständig über ein Auslassventil 28 nach außen abgegeben werden, ohne dass sie in den zweiten Einlass 20 strömt. Die Lebensdauer der Brennstoffzelle 4 wird dadurch nicht beeinträchtigt. Is not desired when warming up, at least for a certain period of time, the fuel cell 4 can operate, the warm air 14 after flowing through the first heat exchanger 26 partially or completely via an outlet valve 28 be discharged to the outside without them in the second inlet 20 flows. The life of the fuel cell 4 will not be affected.

Gleichermaßen kann zur Erhöhung des Wärmeeintrags ein in dem Kühlkreislauf 12 angeordnetes Ventil 30 vorgesehen sein, das den zweiten Wärmetauscher 24 überbrückt, so dass kein Kälteträger durchfließt. Dadurch wird die Wärme des Kälteträgers nicht nach außen abgeführt, sondern verbleibt im Kühlkreislauf 12, so dass dessen Temperaturniveau rasch erhöht wird und folglich die Brennstoffzelle 4 schneller erwärmt wird. Das Ventil 30 kann insbesondere durch ein Bypass-Ventil realisiert werden, welches auch zur Regelung der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 4 verwendet werden kann. Der überbrückte Abschnitt des Kühlkreislaufs 12 kann sich von der mindestens einen Brennstoffzelle 4 über einen sehr großen Bereich im Innern des Flugzeugs erstrecken. Durch dessen Überbrückung und der resultierenden Verkleinerung des Kühlkreislaufs 12 bleibt die durch den warmluftverursachten Wärmeeintrag aufzuheizende Masse sehr gering, so dass die Erwärmung der Brennstoffzelle 4 beschleunigt wird.Similarly, to increase the heat input in the cooling circuit 12 arranged valve 30 be provided, which is the second heat exchanger 24 bridged, so that no refrigerant flows through. As a result, the heat of the brine is not discharged to the outside, but remains in the cooling circuit 12 so that its temperature level is increased rapidly, and consequently the fuel cell 4 is heated faster. The valve 30 can be realized in particular by a bypass valve, which is also used to control the operating temperature of the fuel cell 4 can be used. The bridged section of the cooling circuit 12 can be different from the at least one fuel cell 4 extend over a very large area inside the aircraft. By its bridging and the resulting reduction of the cooling circuit 12 remains to be heated by the heat-induced heat input mass very low, so that the heating of the fuel cell 4 is accelerated.

Die Kopplung der Brennstoffzelle 4 mit einem entsprechenden elektrischen Netzwerk an Bord des Flugzeugs wird exemplarisch über eine Leistungselektronik 32 durchgeführt, die die von der Brennstoffzelle 4 abgegebene Gleichspannung in eine gewünschte Gleich- oder Wechselspannung umwandelt. Je nach Leistung der Brennstoffzelle 4 gibt die Leistungselektronik 32 ebenfalls Wärme ab, welche abzuführen ist. Hierfür kann die Leistungselektronik 32 durch Zweigleitungen 34 und 36 in Parallelschaltung oder direkt in Reihenschaltung in den Kühlkreislauf 12 integriert werden, so dass bei Kühlung der Brennstoffzelle gleichzeitig eine effiziente Kühlung mithilfe eines einzelnen Kühlkreislaufs 12 realisiert wird. Weiterhin wird dadurch auch eine Anwärmung der Leistungselektronik 32 ermöglich, so dass bei Inbetriebnahme der Brennstoffzelle 4 auch eine Mindestbetriebstemperatur der Leistungselektronik 32 vorliegt. The coupling of the fuel cell 4 with a corresponding electrical network on board the aircraft is exemplified by a power electronics 32 performed by the fuel cell 4 output DC voltage converted into a desired DC or AC voltage. Depending on the power of the fuel cell 4 gives the power electronics 32 also heat, which is dissipate. For this purpose, the power electronics 32 through branch lines 34 and 36 connected in parallel or directly in series in the cooling circuit 12 be integrated, so that when cooling the fuel cell at the same time efficient cooling using a single cooling circuit 12 is realized. Furthermore, this is also a warming of the power electronics 32 so that when commissioning the fuel cell 4 also a minimum operating temperature of the power electronics 32 is present.

Zum Initiieren der Anwärmung der Brennstoffzelle 4 kann eine Steuereinheit 38 vorgesehen sein, welche mit einem Temperatursensor 40 kommuniziert, der beispielhaft in dem Kühlkreislauf 12 oder an bzw. in der Brennstoffzelle 4 angeordnet ist. Die Steuereinheit 38 kann hierfür eine durch den Temperatursensor 40 erfasste Temperatur mit einer vorbestimmten Mindesttemperatur vergleichen und beim Feststellen, ob die Mindesttemperatur unterschritten wird, die Anwärmung initiieren. Dies kann durch Inbetriebnahme der Kälteträgerpumpe 22, das Öffnen des Auslassventils 28 und des Schaltens des Ventils 30 zum Überbrücken des zweiten Wärmetauschers 24 geschehen. Während des Anwärmvorgangs kann die Temperatur kontinuierlich oder periodisch weiter erfasst werden, welches mit einem kontinuierlichen oder periodischen Vergleich mit der Mindesttemperatur einhergeht. Sollte diese erreicht oder überschritten werden, kann der Anwärmvorgang unterbrochen und die Inbetriebnahme der Brennstoffzelle 4 bei Bedarf initiiert werden. Es ist vorstellbar, zum Halten eines gewissen Temperaturniveaus in dem Kühlkreislauf 12 ein kontinuierliches Durchströmen des ersten Wärmetauschers 26 mit einem geringen Volumenstrom an Warmluft 14 durchzuführen und die Temperatur durch Ansteuern des Ventils 30 zu regeln. To initiate the heating of the fuel cell 4 can be a control unit 38 be provided, which with a temperature sensor 40 communicates, the example in the cooling circuit 12 or on or in the fuel cell 4 is arranged. The control unit 38 this can be done by the temperature sensor 40 Compare detected temperature with a predetermined minimum temperature and initiate warming when determining whether the minimum temperature is exceeded. This can be done by commissioning the brine pump 22 , the opening of the exhaust valve 28 and the switching of the valve 30 for bridging the second heat exchanger 24 happen. During the warm-up process, the temperature can be continuously or periodically detected, which is accompanied by a continuous or periodic comparison with the minimum temperature. Should this be reached or exceeded, the warm-up process can be interrupted and the start-up of the fuel cell 4 be initiated if necessary. It is conceivable to maintain a certain temperature level in the refrigeration cycle 12 a continuous flow through the first heat exchanger 26 with a low volume flow of hot air 14 perform and the temperature by driving the valve 30 to regulate.

In 2 wird eine alternative Ausführungsform beschrieben, bei dem die Brennstoffzelle 4 in einem Gehäuse 42 untergebracht ist, welches die Brennstoffzelle 4 und exemplarisch die Leistungselektronik 32 umschließt. Die Warmluftquelle 16 versorgt, wie in dem vorherigen Ausführungsbeispiel, den Kathodenbereich 6 der Brennstoffzelle 4, die Kühleinrichtung 10 ist in dieser Darstellung nicht mit anderen Komponenten verbunden.In 2 an alternative embodiment is described in which the fuel cell 4 in a housing 42 is housed, which is the fuel cell 4 and exemplarily the power electronics 32 encloses. The hot air source 16 supplies, as in the previous embodiment, the cathode region 6 the fuel cell 4 , the cooling device 10 is not connected to other components in this illustration.

Zum Anwärmen der mindestens einen Brennstoffzelle 4 ist eine Ausblaseinrichtung 46 vorhanden, welche über ein Ventil 44 mit der Warmluftquelle 16 verbindbar ist. Warmluft 14 kann bei geöffnetem Ventil 44 breitflächig im Innern des Gehäuses 42 ausgeblasen werden, so dass eine freie Strömung von Warmluft 14 in das Gehäuse 42 hinein erfolgt. Durch einen beispielhaft an einem entgegengesetzten Ende des Gehäuses positionierten Luftauslass 48 kann eine sehr gute Durchspülung des Gehäuses 42 erreicht werden, so dass sämtliche darin befindlichen Komponenten erwärmt werden können. For heating the at least one fuel cell 4 is a blow-out device 46 present, which has a valve 44 with the hot air source 16 is connectable. hot air 14 can when the valve is open 44 wide inside the case 42 be blown out, leaving a free flow of hot air 14 in the case 42 into it. By an exemplary positioned at an opposite end of the housing air outlet 48 can be a very good flushing of the housing 42 be reached, so that all components therein can be heated.

Es ist weiterhin auch möglich, die Leistungselektronik 32 oder andere, eventuell temperaturempfindliche Komponenten in separaten Gehäusen unterzubringen, welche nicht von der Anwärmung betroffen sind und außerhalb des Gehäuses 42 positioniert sind. It is also possible, the power electronics 32 or other, possibly temperature-sensitive components housed in separate housings, which are not affected by the warming and outside the housing 42 are positioned.

Der Temperatursensor 40 ist beispielhaft in der Nähe des Luftauslasses 48 positioniert und wird von der ausströmenden Luft umspült, deren Temperaturniveau dem des Innenraums des Gehäuses 42 entsprechen kann. Wird durch die in 2 ebenfalls mit dem Temperatursensor 40 gekoppelte Steuereinheit festgestellt, dass die vorgegebene Mindesttemperatur erreicht oder überschritten ist, kann das Einleiten von Warmluft durch Schließen des Ventils 44 unterbrochen werden. Anschließend ist ein gewöhnlicher Betrieb der Brennstoffzelle 4 ermöglicht. Selbstverständlich könnte das Ventil 44 auch ein Regelventil sein, welches durch Ansteuerung von der Steuereinheit 38 die Regelung der Temperatur im Innern des Gehäuses 42 erlaubt. The temperature sensor 40 is exemplary near the air outlet 48 positioned and is lapped by the outflowing air whose temperature level of the interior of the housing 42 can correspond. Is through the in 2 also with the temperature sensor 40 coupled control unit determines that the predetermined minimum temperature has been reached or exceeded, the introduction of hot air by closing the valve 44 to be interrupted. Subsequently, an ordinary operation of the fuel cell 4 allows. Of course, the valve could 44 also be a control valve, which by controlling the control unit 38 the regulation of the temperature inside the housing 42 allowed.

Zum Halten eines gewissen Temperaturniveaus innerhalb des Gehäuses 42 könnte auch ein kontinuierlicher Volumenstrom an Warmluft 14 in das Gehäuse 42 eingestellt werden, welcher nicht überwacht oder gesteuert werden muss. Das Ventil 44 könnte für diesen Zweck beispielsweise keinen vollständig geschlossenen Zustand aufweisen, sondern eine kleine Öffnungsfläche, die in einem bestimmten Zustand einen gewissen Volumenstrom erlaubt.To maintain a certain temperature level within the housing 42 could also be a continuous volume flow of warm air 14 in the case 42 be set, which does not need to be monitored or controlled. The valve 44 For example, for this purpose, it could not have a completely closed state, but a small opening area which allows a certain volume flow in a certain state.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Warmluftquelle 16 der beiden Ausführungsbeispiele eine Zapfluftquelle sein kann, die mit einem einen Verdichter aufweisenden Triebwerk eines Flugzeugs gekoppelt ist. Alternativ dazu kann die Warmluftquelle 16 auch einen separaten Verdichter umfassen, der verdichtete und erwärmte Luft bereitstellt. Dies kann auch erwärmte Abluft eines Kühlers mindestens eines zu kühlenden Geräts sein, beispielsweise aus einem Avionik-Compartment. At this point it should be noted that the source of hot air 16 the two embodiments may be a bleed air source, which is coupled to a compressor having an engine of an aircraft. Alternatively, the hot air source 16 also include a separate compressor that provides compressed and heated air. This can also be heated exhaust air from a cooler of at least one device to be cooled, for example from an avionics compartment.

Aus der Warmluftquelle 16 strömende Warmluft, insbesondere wenn sie als Zapfluftquelle realisiert ist, kann durch zusätzliche Maßnahmen auf ein für die Brennstoffzelle 4 erträgliches Niveau heruntergekühlt sein kann, ohne dass dies ausdrücklich zeichnerisch dargestellt ist.From the hot air source 16 flowing hot air, especially if it is realized as a bleed air source, can by additional measures on one for the fuel cell 4 bearable level can be cooled down, without this being explicitly illustrated.

3 zeigt schematisch ein Flugzeug 50 in einer Seitenansicht, das einen Rumpf 52 aufweist, in dem das Brennstoffzellensystem 2 angeordnet ist. Das Brennstoffzellensystem 2 ist beispielhaft in einem nicht druckbeaufschlagten Bereich angeordnet, was jedoch keineswegs als Beschränkung aufzufassen ist. Die Anordnung in einem druckbeaufschlagten Bereich des Rumpfs 50 kann ebenso sinnvoll sein. Das Flugzeug 50 kann Triebwerke 54 aufweisen, die Zapfluft bereitstellen können, die zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems 2 wie vorangehend beschrieben verwendbar ist. Alternativ dazu kann auch mindestens ein motorisch betriebener Kompressor (nicht gezeigt) vorhanden sein, der komprimierte Warmluft liefert. 3 schematically shows an aircraft 50 in a side view, a hull 52 in which the fuel cell system 2 is arranged. The fuel cell system 2 is arranged by way of example in a non-pressurized area, but this is by no means to be considered as a limitation. The arrangement in a pressurized area of the fuselage 50 can also be useful. The plane 50 can engines 54 that can provide bleed air for heating the fuel cell system 2 as described above. Alternatively, there may also be at least one powered compressor (not shown) that provides compressed warm air.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisen“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. In addition, it should be noted that "exhibit" no other elements or steps excludes, and "a" or "one" excludes no plurality. It should also be appreciated that features described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005010399 B4 [0003]
DE 102008006742 A1 [0003]

Claims

Fuel cell system ( 2 ), comprising - at least one fuel cell ( 4 ) with a first inlet ( 18 ) for supplying a fuel and a second inlet ( 20 ) for supplying an oxidant and an outlet for discharging reaction products, - a hot air source ( 16 ), - a temperature sensor ( 40 ), - a control unit ( 38 ) and - a device for transferring heat from hot air ( 14 ) from the hot air source ( 16 ) to the at least one fuel cell ( 4 ), the temperature sensor ( 40 ) with the control unit ( 38 ) and the control unit ( 38 ) is set to fall below a predetermined, by the temperature sensor ( 40 ) detected temperature over the device by means of hot air ( 14 ) from the hot air source ( 16 ) the at least one fuel cell ( 4 ) to heat.

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 1, wherein the second inlet with the hot air source ( 20 ) is connectable.

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 1 or 2, further comprising - a cooling device ( 12 ) thermally connected to the at least one fuel cell ( 4 ) and - a first heat exchanger ( 26 ) connected to the cooling device ( 12 ) and the hot air source ( 16 ) is thermally coupled, wherein the first heat exchanger ( 26 ) of warm air ( 14 ) is flowed through and when flowing through hot air ( 14 ) Heat to the cooling device ( 12 ).

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 3, wherein the cooling device ( 12 ) a cooling circuit ( 12 ) with a second heat exchanger ( 24 ), wherein a refrigerant through the cooling circuit ( 12 ) and the second heat exchanger ( 24 ) is adapted to heat from the cooling circuit ( 12 ) to the outside.

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 2 and 3, wherein the first heat exchanger ( 26 ) upstream of the second inlet ( 20 ) is arranged so that hot air ( 14 ) from the hot air source ( 16 ) after flowing through the first heat exchanger ( 26 ) into the second inlet ( 20 ) flows.

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 5, further comprising a selectively actuatable outlet valve ( 28 ) located between the hot air source ( 16 ) and the second inlet ( 20 ) is arranged to after flowing through the first heat exchanger ( 26 ) through the outlet valve ( 28 ) the fuel cell system ( 2 ) to leave.

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 4, further comprising a valve ( 30 ) for selectively bridging the second heat exchanger ( 24 ).

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 1, further comprising a housing ( 42 ) that the at least one fuel cell ( 4 ), wherein the means for transferring heat from hot air ( 14 ) from the hot air source ( 16 ) one in the housing ( 42 ) and with the hot air source ( 16 ) connectable blow-out device ( 46 ), and wherein the blower device ( 46 ) is adapted to allow a free flow of hot air ( 14 ) from the hot air source ( 16 ) in the housing ( 42 ).

Fuel cell system ( 2 ) according to claim 8, further comprising one in the housing ( 42 ) arranged air outlet ( 48 ).

Fuel cell system ( 2 ) according to one of the preceding claims, wherein the hot air source ( 16 ) is a bleed air source and the hot air ( 14 ) is realized in the form of bleed air.

Method for preheating a fuel cell system ( 2 ), comprising the steps of: - providing hot air ( 14 ) at a hot air source ( 16 ), - detecting a temperature via a temperature sensor ( 40 ) on or in at least one fuel cell ( 4 ) by a control unit ( 38 ), - comparing the detected temperature with a predetermined temperature by the control unit ( 38 ), - passing hot air ( 14 ) to or into a device for transferring heat from warm air from the hot air source ( 16 ) to the at least one fuel cell ( 4 ) when the detected temperature falls below the predetermined temperature.

The method of claim 11, further comprising: - interrupting the conduction of hot air ( 14 ) to the means for transferring heat as soon as the sensed temperature equals or exceeds the predetermined temperature.

A method according to claim 11 or 12, wherein the hot air source ( 16 ) is a bleed air source and the hot air ( 14 ) is realized in the form of bleed air.

Plane ( 50 ), comprising at least one fuel cell system ( 2 ) according to one of claims 1 to 10.

Plane ( 50 ) according to claim 14, further comprising at least one bleed-providing engine ( 54 ), which is connectable to the bleed air source.