Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, umfassend eine Brennstoffzelle und einen in einer Luftzuleitung angeordneten Wärmeübertrager zur Erwärmung einer der Brennstoffzelle zugeführten Luft, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennstoffzelle.The present invention relates to a fuel cell system comprising a fuel cell and a heat exchanger arranged in an air supply line for heating air supplied to the fuel cell, as well as a method for operating such a fuel cell.
Stand der TechnikState of the art
Es sind Brennstoffzellensysteme bekannt, bei denen Luft, welche einer Brennstoffzelle zugeführt wird, mittels eines Wärmeübertragers vorgewärmt wird.Fuel cell systems are known in which air which is fed to a fuel cell is preheated by means of a heat exchanger.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs zeichnet sich demgegenüber durch ein elektrisches Heizelement zur, insbesondere zusätzlichen, Erwärmung und/oder Kühlung der der Brennstoffzelle zugeführten Luft aus. Dadurch wird die Betriebseffizienz des Brennstoffzellensystems gesteigert.In contrast, the present invention with the features of the main claim is characterized by an electrical heating element for, in particular additional, heating and / or cooling of the air supplied to the fuel cell. This increases the operating efficiency of the fuel cell system.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch möglich. So ist es vorteilhaft, wenn eine Bypassleitung ausgebildet ist, die eine Abzweigung stromaufwärts des Wärmeübertrages von der Luftzuleitung und eine Einmündung stromabwärts des Wärmeübertragers in die Luftzuleitung aufweist, wodurch die Regelbarkeit des Brennstoffzellensystems erhöht wird.The features listed in the subclaims allow advantageous developments of the invention according to the main claim. It is advantageous if a bypass line is formed which has a branch upstream of the heat transfer from the air supply line and a junction downstream of the heat exchanger into the air supply line, whereby the controllability of the fuel cell system is increased.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das elektrische Heizelement in der Bypassleitung angeordnet ist, wodurch eine effiziente Erwärmung und/oder Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers ermöglicht wird.It is also advantageous if the electrical heating element is arranged in the bypass line, which enables efficient heating and / or cooling of the air downstream of the heat exchanger.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das elektrische Heizelement in der Luftzuleitung angeordnet ist, wodurch ebenfalls eine effiziente Erwärmung und/oder Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers ermöglicht wird.It is also advantageous if the electrical heating element is arranged in the air supply line, which also enables efficient heating and / or cooling of the air downstream of the heat exchanger.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das elektrische Heizelement in der Luftzuleitung stromabwärts des Wärmeübertragers angeordnet ist, wodurch eine besonders effiziente Erwärmung und/oder Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers ermöglicht wirdIt is particularly advantageous if the electrical heating element is arranged in the air supply line downstream of the heat exchanger, which enables particularly efficient heating and / or cooling of the air downstream of the heat exchanger
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das elektrische Heizelement in der Luftzuleitung stromabwärts des Wärmeübertragers und stromaufwärts der Einmündung angeordnet ist, wodurch ebenfalls eine besonders effiziente Erwärmung und/oder Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers ermöglicht wird.It is also particularly advantageous if the electrical heating element is arranged in the air supply line downstream of the heat exchanger and upstream of the confluence, which also enables particularly efficient heating and / or cooling of the air downstream of the heat exchanger.
Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn das elektrische Heizelement in der Luftzuleitung stromabwärts der Einmündung und stromaufwärts der Brennstoffzelle angeordnet ist, wodurch ebenfalls eine besonders effiziente Erwärmung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers ermöglicht wird.It is also particularly advantageous if the electrical heating element is arranged in the air supply line downstream of the confluence and upstream of the fuel cell, which also enables particularly efficient heating of the air downstream of the heat exchanger.
Von Vorteil ist es auch, wenn das elektrische Heizelement stromabwärts der Brennstoffzelle angeordnet ist, wodurch ebenfalls eine effiziente Erwärmung und/oder Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers ermöglicht wird.It is also advantageous if the electrical heating element is arranged downstream of the fuel cell, which also enables efficient heating and / or cooling of the air downstream of the heat exchanger.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems nach der vorhergehenden Beschreibung, umfassend eine Brennstoffzelle und einen in einer Luftzuleitung angeordneten Wärmeübertrager zur Erwärmung einer der Brennstoffzelle zugeführten Luft. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels eines elektrischen Heizelements eine, insbesondere zusätzliche, Erwärmung und/oder Kühlung der der Brennstoffzelle zugeführten Luft durchgeführt wird. Dadurch wird die Betriebseffizienz des Brennstoffzellensystems gesteigert.The invention also relates to a method for operating a fuel cell system, in particular a fuel cell system according to the preceding description, comprising a fuel cell and a heat exchanger arranged in an air supply line for heating an air supplied to the fuel cell. The method is characterized in that by means of an electrical heating element, in particular additional heating and / or cooling of the air supplied to the fuel cell is carried out. This increases the operating efficiency of the fuel cell system.
Vorteilhaft ist es, wenn die Kühlung mittels des elektrischen Heizelements während eines Normalbetriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird, wodurch eine besonders effiziente Regelung des Brennstoffzellensystems im Normalbetrieb erfolgen kann. It is advantageous if the cooling is carried out by means of the electrical heating element during normal operation of the fuel cell system, whereby a particularly efficient regulation of the fuel cell system can take place in normal operation.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Erwärmung mittels des elektrischen Heizelements während eines Startvorgangs und/oder während eines Normalbetriebs des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird. Wodurch sowohl ein schneller Startvorgang, als auch eine effiziente Regelung des Brennstoffzellensystems im Normalbetrieb erfolgen kann.It is also advantageous if the heating is carried out by means of the electrical heating element during a starting process and / or during normal operation of the fuel cell system. As a result, both a quick start process and efficient regulation of the fuel cell system can take place in normal operation.
FigurenlisteFigure list
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems,
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzell ensystems,
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems,
In the drawings, exemplary embodiments of the invention are shown schematically and explained in more detail in the description below. Show it - 1 a schematic representation of an embodiment of a fuel cell system,
- 2 a schematic representation of a further exemplary embodiment of a fuel cell system,
- 3rd a schematic representation of a further embodiment of a fuel cell system,
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellensystems 10 gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Brennstoffzelle 12, im vorliegenden Fall eine Festoxidbrennstoffzelle 13 (englisch: solid oxide fuel cell, SOFC), und einen in einer Luftzuleitung 14 angeordneten Wärmeübertrager 16 zur Erwärmung einer der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft in einem Normalbetrieb. Im vorliegenden Fall wird die Luft, beispielsweise in einem Normalbetrieb, einer Kathode 18 der Brennstoffzelle 12 zugeführt, während einer Anode 20 reformierter Brennstoff, im vorliegenden Wasserstoff, zugeführt wird. In der Brennstoffzelle 12 wird der reformierte Brennstoff unter Erzeugung von Strom und Wärme elektrochemisch umgesetzt.In 1 Figure 3 is a schematic representation of an embodiment of a fuel cell system 10 shown. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 12th , in the present case a solid oxide fuel cell 13th (English: solid oxide fuel cell, SOFC), and one in an air supply line 14th arranged heat exchanger 16 for heating one of the fuel cells 12th supplied air in normal operation. In the present case, the air becomes a cathode, for example in normal operation 18th the fuel cell 12th fed while an anode 20th Reformed fuel, in the present hydrogen, is supplied. In the fuel cell 12th the reformed fuel is converted electrochemically with the generation of electricity and heat.
Der reformierte Brennstoff wird erzeugt, indem dem Brennstoffzellensystem 10 über eine Brennstoffleitung 22 Brennstoff, im vorliegenden Fall Erdgas, zugeführt wird, welcher in einem Reformer 24 reformiert wird.The reformed fuel is generated by the fuel cell system 10 via a fuel line 22nd Fuel, in the present case natural gas, is supplied, which in a reformer 24 is reformed.
Die Brennstoffzelle 12 ist abgasseitig an einem Nachbrenner 26 angeschlossen. Dem Nachbrenner 26 wird über eine Kathodenabgasleitung 28 Kathodenabgas und über eine Anodenabgasleitung 30 Anodenabgas zugeführt. Das Kathodenabgas enthält überwiegend unverbrauchte Luft, während Anodenabgas unter Anderem nicht-umgesetzten Brennstoff enthält. Mittels des Nachbrenners 26 wird das Anodenabgas, bzw. der darin enthaltene nicht-umgesetzte Brennstoff, unter Beimischung des Kathodenabgases, bzw. der darin enthaltenen Luft, verbrannt, wodurch zusätzliche Wärme erzeugt werden kann.The fuel cell 12th is on the exhaust side of an afterburner 26th connected. The afterburner 26th is via a cathode exhaust line 28 Cathode exhaust and via an anode exhaust line 30th Anode exhaust gas supplied. The cathode exhaust gas contains predominantly unused air, while anode exhaust gas contains, among other things, unreacted fuel. By means of the afterburner 26th the anode exhaust gas, or the unreacted fuel contained therein, is burned with admixture of the cathode exhaust gas or the air contained therein, whereby additional heat can be generated.
Das bei der Verbrennung im Nachbrenner 26 entstehende heiße Abgas wird über eine Abgasleitung 32 abgeführt. Der Reformer 24 ist dabei stromabwärts des Nachbrenners 26 an der Abgasleitung 32 angeschlossen, so dass Wärme von dem heißen Abgas auf den Reaktionsraum des Reformers 24 übertragen wird. Entsprechend kann die Wärme des heißen Abgases für die Reformierung des zugeführten Brennstoffs im Reformer 24 genutzt werden.That with the combustion in the afterburner 26th The resulting hot exhaust gas is via an exhaust pipe 32 discharged. The reformer 24 is downstream of the afterburner 26th on the exhaust pipe 32 connected so that heat from the hot exhaust gas to the reaction chamber of the reformer 24 is transmitted. Correspondingly, the heat of the hot exhaust gas can be used to reform the fuel supplied in the reformer 24 be used.
Stromabwärts des Reformers 24 ist auch der Wärmeübertrager 16 an der Abgasleitung 32 angeschlossen, so dass die verbleibende Wärme des heißen Abgases aus der Abgasleitung 32 auf die zugeführte Luft in der Luftleitung übertragen werden kann. Entsprechend kann die verbleibende Wärme des heißen Abgases für ein Vorwärmen der zugeführten Luft in der Luftzuleitung genutzt werden.Downstream of the reformer 24 is also the heat exchanger 16 on the exhaust pipe 32 connected so that the remaining heat of the hot exhaust gas from the exhaust pipe 32 can be transferred to the air supplied in the air line. Correspondingly, the remaining heat of the hot exhaust gas can be used to preheat the air supplied in the air supply line.
Darüber hinaus weist das Brennstoffzellensystem 12 eine Rückführleitung 34 auf, mittels welcher Anodenabgas teilweise aus der Anodenabgasleitung 30 abgezweigt und der Brennstoffleitung 22 zugeführt werden kann. Die Rückführleitung 34 bildet entsprechend mit der Brennstoffleitung 22 einen Anodenrezirkulationskreis 36 mittels welchem Anodenabgas zur Anode der Brennstoffzelle 12 rückgeführt werden kann, so dass ggf. nicht-umgesetzter Brennstoff im Anodenabgas im Nachgang umgesetzt werden kann, wodurch der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 10 weiter erhöht werden kann.In addition, the fuel cell system 12th a return line 34 on, by means of which anode exhaust gas partially from the anode exhaust line 30th branched off and the fuel line 22nd can be fed. The return line 34 forms accordingly with the fuel line 22nd an anode recirculation circuit 36 by means of which anode exhaust gas to the anode of the fuel cell 12th can be returned, so that any unreacted fuel in the anode exhaust gas can subsequently be converted, thereby increasing the efficiency of the fuel cell system 10 can be increased further.
Über Verdichter 38 in den jeweiligen Leitungen, kann die Zufuhr von Luft in der Luftzufuhrleitung 14, die Zufuhr von Brennstoff in der Brennstoffleitung 22 und die Rezirkulationsrate des Anodenabgases im Anodenrezirkulationskreis 36 geregelt und/oder aufeinander abgestimmt werden.About compressors 38 in the respective lines, the supply of air can be in the air supply line 14th , the supply of fuel in the fuel line 22nd and the rate of recirculation of the anode off-gas in the anode recirculation circuit 36 regulated and / or coordinated.
Das vorliegende Brennstoffzellensystem 10 zeichnet sich nun durch ein elektrisches Heizelement 40 zur, im vorliegenden Fall zusätzlichen, Erwärmung und/oder Kühlung der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft aus, wodurch die Betriebseffizienz des Brennstoffzellensystems 10 gesteigert wird.The present fuel cell system 10 is now characterized by an electrical heating element 40 for, in the present case additional, heating and / or cooling of the fuel cell 12th supplied air, thereby increasing the operational efficiency of the fuel cell system 10 is increased.
Im vorliegenden Fall weist das Brennstoffzellensystem 10 eine Bypassleitung 42, insbesondere zur Kühlung der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft, auf, die eine Abzweigung 44 stromaufwärts des Wärmeübertrages 16 von der Luftzuleitung 14 und eine Einmündung 46 stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in die Luftzuleitung 16 aufweist. Die Bypassleitung 42 ist entsprechend dazu vorgesehen eine Kühlung der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft zu ermöglicht, wodurch wiederum die Regelbarkeit des Brennstoffzellensystems 10 erhöht wird.In the present case, the fuel cell system 10 a bypass line 42 , especially for cooling the fuel cell 12th supplied air, on which a branch 44 upstream of the heat transfer 16 from the air supply line 14th and a confluence 46 downstream of the heat exchanger 16 into the air supply line 16 having. The bypass line 42 a cooling of the fuel cell is provided accordingly 12th to allow supplied air, which in turn allows the controllability of the fuel cell system 10 is increased.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrische Heizelement 40 in der Bypassleitung 42 angeordnet. Mittels des elektrischen Heizelements 40 kann die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 vor Eintritt in die Kathode 18 der Brennstoffzelle 12, beispielsweise im Normalbetrieb, gekühlt und, beispielsweise in einem Startbetrieb, gewärmt werden. So kann die der Brennstoffzelle 12 zugeführte Luft wahlweise zusätzlich erwärmt oder gekühlt werden. Entsprechend kann das Temperaturniveau der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft gezielt geregelt werden, wodurch wiederum die Regelbarkeit des Brennstoffzellensystems 10 zusätzlich effizient gesteigert wird. Insbesondere werden dazu keine zusätzlichen Wärmeübertrager oder sonstige komplexen Bauteile benötigt, wodurch wiederum Leitungen eingespart und die Kompaktheit des Brennstoffzellensystems 10 erhöht wird.In the in 1 The embodiment shown is the electrical heating element 40 in the bypass line 42 arranged. By means of the electric heating element 40 can the air downstream of the heat exchanger 16 before entering the cathode 18th the fuel cell 12th , for example, in normal operation, cooled and, for example, in a start-up operation, heated. This is what the fuel cell can do 12th supplied air can optionally be additionally heated or cooled. The temperature level of the fuel cell can be correspondingly 12th supplied air can be specifically regulated, which in turn increases the controllability of the fuel cell system 10 is also efficiently increased. In particular, no additional heat exchangers or other complex components are required, which in turn saves lines and increases the compactness of the fuel cell system 10 is increased.
Unter einem Normalbetrieb kann im Rahmen dieser Erfindung der planmäßige Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 bei üblicher Beanspruchung verstanden werden. Insbesondere ist das Brennstoffzellensystem 10 im Normalbetrieb auch in der Lage den maximal möglichen Wirkungsgrad zu erreichen. Die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 12 des Brennstoffzellensystems 10 liegt dabei in der Regel zwischen 600 °C und 800 °C.In the context of this invention, normal operation can be the scheduled operation of the fuel cell system 10 can be understood under normal use. In particular, the fuel cell system is 10 in normal operation also able to achieve the maximum possible efficiency. The operating temperature of the fuel cell 12th of the fuel cell system 10 is usually between 600 ° C and 800 ° C.
Unter einem Startbetrieb kann im Rahmen dieser Erfindung der Betrieb während eines Startvorgangs des Brennstoffzellensystems 10 verstanden werden. Insbesondere wird die Brennstoffzelle 12 des Brennstoffzellensystems 10 während des Startvorgangs auf eine für den Normalbetrieb geeignete Betriebstemperatur, beispielsweise von 600 °C, aufgewärmt. Insbesondere kann unter einem Startvorgang das Starten und/oder Hochfahren des Brennstoffzellensystems 10 aus einem ausgeschalteten Zustand und/oder aus einem Standby-Zustand in den Normalbetrieb verstanden werden.In the context of this invention, a start-up operation can be the operation during a start-up process of the fuel cell system 10 be understood. In particular, the fuel cell 12th of the fuel cell system 10 warmed up to an operating temperature suitable for normal operation, for example 600 ° C., during the start-up process. In particular, the fuel cell system can be started and / or started up under a start process 10 can be understood from a switched-off state and / or from a standby state to normal operation.
Das Kühlen der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgt in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise im Normalbetrieb, indem die abgezweigte Luft in der Bypassleitung 42 auf ein geringeres Temperaturniveau aufgewärmt wird, als die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 durch die Wärmeübertragung von dem Abgas in der Abgasleitung 32 auf die Luft in der Luftzuleitung 14, wobei dann die kühlere Luft aus der Bypassleitung 42 an der Einmündung 46 der wärmeren Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 beigemischt wird. Durch Regelung der Menge an beigemischter, kühlerer Luft aus der Bypassleitung 42 und/oder Einstellen der elektrischen Leistung des elektrischen Heizelements 40 kann dabei die Erwärmung der Luft in der Bypassleitung 42 gezielt geregelt werden, wodurch entsprechend auch die Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 gezielt geregelt werden kann. Somit kann eine gezielte Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft hin zu niedrigeren Temperaturen erfolgen.The cooling of the fuel cell 12th supplied air takes place in the in 1 embodiment shown, for example in normal operation, by the branched air in the bypass line 42 is heated to a lower temperature level than the air downstream of the heat exchanger 16 by the heat transfer from the exhaust gas in the exhaust pipe 32 on the air in the air supply line 14th , then the cooler air from the bypass line 42 at the confluence 46 the warmer air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th is added. By regulating the amount of admixed, cooler air from the bypass line 42 and / or adjusting the electrical power of the electrical heating element 40 can cause the air in the bypass line to be heated 42 can be controlled in a targeted manner, whereby the cooling of the air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th can be regulated in a targeted manner. This enables targeted regulation of the temperature level of the fuel cell 12th supplied air to take place at lower temperatures.
Das Erwärmen der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgt in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise im Normalbetrieb oder Startbetrieb, indem die abgezweigte Luft in der Bypassleitung 42 auf ein höheres Temperaturniveau aufgewärmt wird, als die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 durch die Wärmeübertragung von dem Abgas in der Abgasleitung 32 auf die Luft in der Luftzuleitung 14, wobei dann die wärmere Luft aus der Bypassleitung 42 an der Einmündung 46 der kühleren Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 beigemischt wird. Durch Regelung der Menge an beigemischter, wärmerer Luft aus der Bypassleitung 42 und/oder Einstellen der elektrischen Leistung des elektrischen Heizelements 40 kann dabei die Erwärmung der Luft in der Bypassleitung 42 gezielt geregelt werden, wodurch entsprechend auch die Erwärmung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 gezielt geregelt werden kann. Somit kann eine gezielte Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft hin zu höheren Temperaturen erfolgen.The heating of the fuel cell 12th supplied air takes place in the in 1 embodiment shown, for example in normal operation or starting operation, by the branched air in the bypass line 42 is heated to a higher temperature level than the air downstream of the heat exchanger 16 by the heat transfer from the exhaust gas in the exhaust pipe 32 on the air in the air supply line 14th , then the warmer air from the bypass line 42 at the confluence 46 the cooler air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th is added. By regulating the amount of added, warmer air from the bypass line 42 and / or adjusting the electrical power of the electrical heating element 40 can cause the air in the bypass line to be heated 42 can be controlled in a targeted manner, which also increases the heating of the air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th can be regulated in a targeted manner. This enables targeted regulation of the temperature level of the fuel cell 12th supplied air to take place at higher temperatures.
In 2 und 3 sind weitere Ausführungsbeispiele des Brennstoffzellensystems 10 gezeigt. In den gezeigten Fällen ist das elektrische Heizelement 40 jeweils in der Luftzuleitung 14 angeordnet. Auch diesen Fällen kann die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 vor Eintritt in die Kathode 18 der Brennstoffzelle 12, beispielsweise im Normalbetrieb, gekühlt und, beispielsweise in einem Startbetrieb, gewärmt werden. So kann auch in diesen Fällen die der Brennstoffzelle 12 zugeführte Luft wahlweise zusätzlich erwärmt oder gekühlt werden. Entsprechend kann ebenfalls das Temperaturniveau der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft gezielt geregelt werden, wodurch wiederum die Regelbarkeit des Brennstoffzellensystems 10 zusätzlich effizient gesteigert wird. In 2 and 3rd are further exemplary embodiments of the fuel cell system 10 shown. In the cases shown, the heating element is electrical 40 each in the air supply line 14th arranged. In these cases, too, the air can be downstream of the heat exchanger 16 before entering the cathode 18th the fuel cell 12th , for example, in normal operation, cooled and, for example, in a start-up operation, heated. The fuel cell can also do this in these cases 12th supplied air can optionally be additionally heated or cooled. The temperature level of the fuel cell can also be corresponding 12th supplied air can be specifically regulated, which in turn increases the controllability of the fuel cell system 10 is also efficiently increased.
Insbesondere werden dazu ebenfalls keine zusätzlichen Wärmeübertrager oder sonstige komplexen Bauteile benötigt, wodurch wiederum Leitungen eingespart und die Kompaktheit des Brennstoffzellensystems 10 erhöht werden.In particular, no additional heat exchangers or other complex components are required, which in turn saves lines and increases the compactness of the fuel cell system 10 increase.
In den in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das elektrische Heizelement 40 in der Luftzuleitung 14 stromabwärts des Wärmeübertragers 16 angeordnet, wodurch die Luft die am elektrischen Heizelement 40 ankommt durch den Wärmeübertrager 16 schon vorgewärmt wird und somit für ein zusätzliches Erwärmen der Luft durch das elektrische Heizelement 40 weniger Energie erbracht werden muss. Entsprechend wird durch die gezeigten Ausführungen Energie gespart, wodurch wiederum der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 12 gesteigert wird.In the in 2 and 3rd Shown embodiments is the electrical heating element 40 in the air supply line 14th downstream of the heat exchanger 16 arranged, causing the air to pass through the electric heating element 40 arrives through the heat exchanger 16 is already preheated and thus for additional heating of the air by the electrical heating element 40 less energy has to be provided. Correspondingly, the embodiments shown save energy, which in turn increases the efficiency of the fuel cell system 12th is increased.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrische Heizelement 40 in der Luftzuleitung 14 stromabwärts des Wärmeübertragers 16 und stromaufwärts der Einmündung 46 angeordnet. So kann eine besonders effiziente Erwärmung und/oder Kühlung der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgen.In the in 2 The embodiment shown is the electrical heating element 40 in the air supply line 14th downstream of the heat exchanger 16 and upstream of the confluence 46 arranged. This enables particularly efficient heating and / or cooling of the fuel cell 12th supplied air.
Das Kühlen der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgt in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise im Normalbetrieb, indem die abgezweigte Luft in der Bypassleitung 42 nicht aufgewärmt wird, während die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 durch die Wärmeübertragung von dem Abgas in der Abgasleitung 32 auf die Luft in der Luftzuleitung 14 erwärmt wird, wobei dann die kühlere Luft aus der Bypassleitung 42 an der Einmündung 46 der wärmeren Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 beigemischt wird. Durch Regelung der Menge an beigemischter, kühlerer Luft aus der Bypassleitung 42 kann dabei die Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 gezielt geregelt werden. Somit kann eine gezielte Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft hin zu niedrigeren Temperaturen erfolgen.The cooling of the fuel cell 12th supplied air takes place in the in 2 embodiment shown, for example in normal operation, by the branched air in the bypass line 42 is not warmed up while the air is downstream of the heat exchanger 16 by the heat transfer from the exhaust gas in the exhaust pipe 32 on the air in the air supply line 14th is heated, then the cooler air from the bypass line 42 at the confluence 46 the warmer air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th is added. By regulating the amount of admixed, cooler air from the bypass line 42 can cool the air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th can be regulated in a targeted manner. This enables targeted regulation of the temperature level of the fuel cell 12th supplied air to take place at lower temperatures.
Das Erwärmen der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgt in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise im Normalbetrieb oder Startbetrieb, indem die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 durch die Wärmeübertragung von dem Abgas in der Abgasleitung 32 auf die Luft in der Luftzuleitung 14 und zusätzlich durch das elektrische Heizelement 40 erwärmt wird, wobei keine kühlere Luft über die Bypassleitung 42 beigemischt wird. Durch Einstellen der elektrischen Leistung des elektrischen Heizelements 40 kann dabei das Erwärmen der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 gezielt geregelt werden. Somit kann eine gezielte Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft hin zu höheren Temperaturen erfolgen.The heating of the fuel cell 12th supplied air takes place in the in 2 embodiment shown, for example in normal operation or start-up operation, by the air downstream of the heat exchanger 16 by the heat transfer from the exhaust gas in the exhaust pipe 32 on the air in the air supply line 14th and additionally by the electrical heating element 40 is heated, with no cooler air passing through the bypass line 42 is added. By adjusting the electrical power of the electrical heating element 40 can thereby heat the air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th can be regulated in a targeted manner. This enables targeted regulation of the temperature level of the fuel cell 12th supplied air to take place at higher temperatures.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das elektrische Heizelement 40 in der Luftzuleitung 14 stromabwärts der Einmündung 46 und stromaufwärts der Brennstoffzelle 12 angeordnet. So kann ebenfalls eine besonders effiziente Erwärmung und/oder Kühlung der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgen.In the in 3rd The embodiment shown is the electrical heating element 40 in the air supply line 14th downstream of the confluence 46 and upstream of the fuel cell 12th arranged. This also enables particularly efficient heating and / or cooling of the fuel cell 12th supplied air.
Das Kühlen der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgt in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise im Normalbetrieb, indem die abgezweigte Luft in der Bypassleitung 42 nicht aufgewärmt wird, während die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 durch die Wärmeübertragung von dem Abgas in der Abgasleitung 32 auf die Luft in der Luftzuleitung 14 erwärmt wird, wobei dann die kühlere Luft aus der Bypassleitung 42 an der Einmündung 46 der wärmeren Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 beigemischt wird. Durch Regelung der Menge an beigemischter, kühlerer Luft aus der Bypassleitung 42 kann dabei die Kühlung der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 gezielt geregelt werden. Somit kann eine gezielte Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft hin zu niedrigeren Temperaturen erfolgen.The cooling of the fuel cell 12th supplied air takes place in the in 3rd embodiment shown, for example in normal operation, by the branched air in the bypass line 42 is not warmed up while the air is downstream of the heat exchanger 16 by the heat transfer from the exhaust gas in the exhaust pipe 32 on the air in the air supply line 14th is heated, then the cooler air from the bypass line 42 at the confluence 46 the warmer air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th is added. By regulating the amount of admixed, cooler air from the bypass line 42 can cool the air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th can be regulated in a targeted manner. This enables targeted regulation of the temperature level of the fuel cell 12th supplied air to take place at lower temperatures.
Das Erwärmen der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgt in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise im Normalbetrieb oder Startbetrieb, indem die Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 durch die Wärmeübertragung von dem Abgas in der Abgasleitung 32 auf die Luft in der Luftzuleitung 14 und zusätzlich durch das elektrische Heizelement 40 erwärmt wird, wobei keine kühlere Luft über die Bypassleitung 42 beigemischt wird. Durch Einstellen der elektrischen Leistung des elektrischen Heizelements 40 kann dabei das Erwärmen der Luft stromabwärts des Wärmeübertragers 16 in der Luftzuleitung 14 gezielt geregelt werden. Somit kann eine gezielte Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft hin zu höheren Temperaturen erfolgen.The heating of the fuel cell 12th supplied air takes place in the in 3rd embodiment shown, for example in normal operation or start-up operation, by the air downstream of the heat exchanger 16 by the heat transfer from the exhaust gas in the exhaust pipe 32 on the air in the air supply line 14th and additionally by the electrical heating element 40 is heated, with no cooler air passing through the bypass line 42 is added. By adjusting the electrical power of the electrical heating element 40 can thereby heat the air downstream of the heat exchanger 16 in the air supply line 14th can be regulated in a targeted manner. This enables targeted regulation of the temperature level of the fuel cell 12th supplied air to take place at higher temperatures.
Durch eine Kombination der Bypassleitung 12 und des elektrischen Heizelements 40, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, kann eine gezielte Regelung sowohl zu niedrigeren, als auch zu höheren Temperaturen der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft erfolgen, wodurch eine besonders effiziente Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft, gemäß den vorhergehend beschriebenen Vorteilen, ermöglicht wird.By a combination of the bypass line 12th and the electric heating element 40 As described in the previous exemplary embodiments, specific regulation can be made both to lower and to higher temperatures of the fuel cell 12th supplied air take place, whereby a particularly efficient control of the temperature level of the fuel cell 12th supplied air, according to the advantages described above, is made possible.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches bildlich nicht dargestellt ist, wäre auch eine Kombination der gezeigten Ausführungsbeispiele möglich. So könnte eine Vielzahl an elektrischen Heizelementen 40 an den gezeigten Stellen des Brennstoffzellensystems 10 angeordnet werden. Dabei ist es denkbar, dass eine übergeordnete Regelung die jeweiligen elektrischen Heizelemente 40 und die Menge an beigemischter Luft über die Bypassleitung 42 aufeinander abstimmt, um so eine Regelung des Temperaturniveaus der der Brennstoffzelle 12 zugeführten Luft hin zu niedrigeren und/oder höheren Temperaturen zu ermöglichen.In an alternative exemplary embodiment, which is not shown in the figure, a combination of the exemplary embodiments shown would also be possible. So could a variety of electrical heating elements 40 at the points shown on the fuel cell system 10 to be ordered. It is conceivable that a higher-level control system controls the respective electrical heating elements 40 and the amount of added air via the bypass line 42 coordinated with one another, so as to regulate the temperature level of the fuel cell 12th to allow air supplied to lower and / or higher temperatures.
In allen gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem elektrischen Heizelement 40 um eine Heizwendel 41 bestehend aus einem Heizdraht. Jedoch wären auch andere dem Fachmann geläufige Varianten eines elektrischen Heizelements denkbar.In all the exemplary embodiments shown, it is the electrical heating element 40 around a heating coil 41 consisting of a heating wire. However, other variants of an electrical heating element familiar to the person skilled in the art would also be conceivable.
