DE10349630A1

DE10349630A1 - Brennstoffzelle mit Heiz- und/oder Kühlkreislauf

Info

Publication number: DE10349630A1
Application number: DE10349630A
Authority: DE
Inventors: Gesine Arends; Peter Riegger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-06-02
Also published as: GB0423601D0; GB2407432B; GB2407432A; JP2005129537A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einem inneren Heiz- und/oder Kühlkreislauf, welcher mit einem externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf thermisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regulierung des durch die Brennstoffzelle (1) hindurch verlaufenden inneren Heiz- und/oder Kühlmittelstroms ein Bypassventil (5) vorhanden ist, um wahlweise eine zum inneren Kühlmittelstrom parallel verlaufende Bypassleitung (27) für wenigstens einen Teil des Kühlmittelstroms anzusteuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit einem Heiz- und/oder Kühlkreislauf nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.

Brennstoffzellen oder auch Brennstoffzellenmodule werden unter anderem für Kraft-Wärme-Kopplungssysteme (KWK-System) verwendet. Bezüglich der Brennstoffzelle oder des Brennstoffzellenmoduls wird nachfolgend nicht unterschieden, ob es sich um eine einzelne Brennstoffzelle handelt oder um ein Brennstoffzellenmodul, in welchem eine oder mehrere, beliebig verschaltete Brennstoffzellen miteinander verbunden sind. Nachfolgend wird hier ganz allgemein der Begriff "Brennstoffzelle" verwendet.

Kraft-Wärme-Kopplungssysteme sind so konzipiert, dass sie sowohl die elektrische Energie als auch die bei der Erzeugung der elektrischen Energie entstehende Wärme in ein betreffendes System einspeisen. Es wird versucht, die Brennstoffzelle mit einem möglichst guten elektrischen Wirkungsgrad zu betreiben und die unter diesen Bedingungen anfallende Abwärme in das System einzuspeisen.

Um einen möglichst guten Wirkungsgrad für die Brennstoffzelle zu erreichen, muss diese mit einer bestimmten, möglichst gleichbleibenden Betriebstemperatur betrieben werden. Die Betriebstemperatur hängt vom Typ der Brennstoffzelle ab. Polymer-Elektrolyt-Membran-Zellen (PEM-Zellen) werden derzeit typischerweise bei 80° C bis 90° C betrieben.

Die Brennstoffzelle bzw. das Brennstoffzellenmodul ist dabei vorzugsweise so aufgebaut, dass um eine oder mehrere Brennstoffzellen herum, und gegebenenfalls auch zwischen diesen, Kühlvorrichtungen angebracht sind, durch welche ein Kühlmedienstrom hindurchfließen kann. Prinzipiell kann die Brennstoffzelle auch mit gasförmigen Medien, z.B. Luft gekühlt werden, um so die in der Brennstoffzelle entstehende Abwärme aufzunehmen und aus der Brennstoffzelle bzw. dem Brennstoffzellenmodul wieder herauszuleiten. Dazu sind entsprechende Anschlüsse für den Eingang in die Brennstoffzelle hinein und aus der Brennstoffzelle heraus vorgesehen.

Entsprechend der von der Brennstoffzelle geforderten, auch Schwankungen unterlegenen, elektrischen Leistung produziert diese nun abhängig davon mehr oder weniger Abwärme. Dadurch ist es erforderlich, entsprechende Maßnahmen für die Regulierung der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle vorzusehen. Eine solche Maßnahme für die Regulierung des Kühlkreislaufes für eine Brennstoffzelle ist beispielsweise aus der US 6,087,028 zu entnehmen. Hierbei wird ein im Kühlkreislauf für die Brennstoffzelle angeordneter Kühler mittels eines Ventilators gekühlt und die Wärme nach außen abgeführt. Die Ansteuerung des Ventilators erfolgt über eine intelligente Schaltung.

Eine solche Vorrichtung kann eine Brennstoffzelle in einem gewissen Betriebsbereich regeln. Dazu sind jedoch aufgrund schwankender Regelparameter immer wieder Abweichungen von der optimalen Betriebstemperatur gegeben. Insbesondere entstehen Probleme zur Einregelung einer optimalen Betriebstemperatur für die Brennstoffzelle dann, wenn schwankende Außentemperaturen zusätzlich berücksichtig werden müssen. Dies kann beispielsweise über einen jahreszeitlichen Verlauf gesehen von –20°C bis +35 oder +40°C oder auch noch mehr liegen.

Bei solchen Schwankungen der Außentemperaturen leidet der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle enorm und die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzelle sinkt entsprechend ab.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Brennstoffzelle mit Heiz- und/oder Kühlkreislauf zu beschreiben, bei der eine bessere Steuerung und/oder Regulierung der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des Anspruchs 1.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich die erfindungsgemäße Brennstoffzelle dadurch aus, dass die Brennstoffzelle mit einem Heiz- und/oder Kühlkreislauf ausgestattet ist, welcher mit einem externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf thermisch gekoppelt ist, und dass für die Regulierung des durch die Brennstoffzelle hindurch verlaufenden inneren Heiz- und/oder Kühlmittelstroms ein Bypassventil vorhanden ist, um wahlweise eine zum inneren Kühlmittelstrom parallel verlaufende Bypassleitung für wenigstens einen Teil des Kühlmittelstroms anzusteuern.

Dadurch kann eine möglichst genaue Regulierung der Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms durch die Brennstoffzelle hindurch erreicht werden. Somit kann die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle in einem Bereich unabhängig vom externen Heiz-/Kühlkreis so reguliert werden, dass ein möglichst guter Wirkungsgrad für sie gewährleistet werden kann.

In einer ersten Ausführungsform kann es nun vorgesehen sein, dass eine vom Heiz- und/oder Kühlbedarf der Brennstoffzelle abhängige, für die Regulierung des durch sie hindurchgehenden Heiz- und/oder Kühlmittelstroms, auf das Bypassventil wirkende Steuer- und/oder Regeleinheit vorhanden ist.

Durch eine entsprechende Steuer- und/oder Regeleinheit ist es möglich, das Bypassventil abhängig vom Betriebspunkt der Brennstoffzelle und dem Zustand des externen Heiz-/Kühlkreises zu regulieren. Das heißt, je nachdem, wie viel elektrische Energie von der Brennstoffzelle abgenommen wird, erwärmt sich diese und entsprechend dieser steigenden Erwärmung kann das Bypassventil durch eine Steuer- und/oder Regeleinheit verstellt werden, so dass dadurch wiederum eine möglichst optimale Temperaturdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms durch die Brennstoffzelle hindurch eingestellt werden kann.

Dazu ist es in einer Weiterbildung vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit für das Bypassventil zum Betrieb der Brennstoffzelle so ausgebildet ist, dass sich eine optimale Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass des durch sie hindurchgehenden Heiz- und/oder Kühlmittelstroms ergibt, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit für das Bypassventil zum Betrieb der Brennstoffzelle so ausgebildet ist, dass sich eine von schwankenden Außentemperaturbedingungen unabhängige Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms durch die Brennstoffzelle ergibt.

Dadurch kann zusätzlich eine Verbesserung des Wirkungsgrades für die Brennstoffzelle erreicht werden, so dass diese in einem Bereich unabhängig vom externen Heiz-/Kühlkreis beispielsweise sowohl im Sommer als auch im Winter in ihrem optimalen Betriebstemperaturbereich betrieben werden kann.

Für die Förderung des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms im Heiz- und/oder Kühlkreislauf kann dazu vorzugsweise auch eine Pumpe vorgesehen sein. Durch diese Pumpe kann der Heiz- und/oder Kühlmittelstrom wesentlich besser umgewälzt werden.

In einer besonderen Ausführungsform kann es dazu vorgesehen sein, dass mittels dieser Pumpe oder mittels einer zweiten Pumpe die Förderung des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms im Kurzschlussbetrieb der Brennstoffzelle für ihre unter Berücksichtigung der optimalen Temperaturdifferenz rasche Aufwärmung vorgesehen ist. Dadurch kann z.B. im Anlaufbetrieb der Brennstoffzelle ihre bei der Erzeugung der elektrischen Energie anfallende Abwärme für die weitere Vorwärmung der Brennstoffzelle selbst verwendet werden, wobei durch die Umwälzung des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms eine möglich gleichmäßige Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle bewirkt wird. Dadurch ergibt sich wiederum eine optimale Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass des durch die Brennstoffzelle hindurchgehenden Heiz- und/oder Kühlmittelstroms.

In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass ein Wärmetauscher im Heiz- und/oder Kühlkreislauf der Brennstoffzelle zur Auskopplung des Wärmestromes in den externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf vorgesehen ist. In einer demgegenüber verbesserten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass ein Wärmetauscher zur Einkopplung eines Wärmestroms aus dem externen Heiz- und/oder Kühlkreislaufs vorgesehen ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Brennstoffzelle im Anlaufbetrieb durch extern zugeführte Wärme rasch auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, so dass dadurch wiederum der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystems verbessert wird.

Dazu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass aus einer externen Heizung Wärme abgezogen wird oder dass aus einem gegebenenfalls extern vorhandenen Wärmespeicher Wärme abgezogen wird, um die Brennstoffzelle möglichst rasch auf ihre optimale Betriebstemperatur zu bringen. Dazu kann es vorgesehen sein, dass wiederum zusätzlich eine oder gegebenenfalls auch noch mehrere Pumpen in dem externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf vorgesehen sind. Ebenfalls kann es noch vorgesehen sein, dass in diesen externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf ein Brenner oder eine äquivalente Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme vorgesehen ist.

Gegebenenfalls können in diesem externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf auch weitere Heiz- und/oder Kühlkörper angeordnet sein, über die die während des Brennstoffzellenbetriebs abgegebene Abwärme sinnvoll genutzt werden kann.

In einer demgegenüber verbesserten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass ein Wärmetauscher zur Einkopplung eines Wärmestroms aus einer Leitung für das Anodenrestgas der Brennstoffzelle in deren Heiz- und/oder Kühlkreislauf vorgesehen ist. Dadurch wird es zusätzlich ermöglicht, den Wirkungsgrad des Gesamtsystems zu verbessern.

In einer weiteren Ausführungsform ist es wiederum möglich, dass ein Wärmetauscher zur Einkopplung eines Wärmestroms aus einer Leitung für die Abluft der Brennstoffzelle in deren Heiz- und/oder Kühlkreislauf vorgesehen ist. Auch hierdurch kann der Wirkungsgrad des KWK-Systems entsprechend verbessert werden.

Um einen noch besseren Wirkungsgrad des KWK-Systems zu erreichen, kann es in einer weiteren, demgegenüber noch verbesserten Ausführungsform vorgesehen sein, dass ein Wärmetauscher für die Einkopplung eines Wärmestroms aus einer Gas- bzw. Brennstoffaufbereitungsvorrichtung im Heiz- und/oder Kühlkreislauf der Brennstoffzelle vorgesehen ist. Dadurch kann die bei der Aufbereitung des Gases bzw. des Brennstoffs entstehende Restwärme zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des KWK-Systems genutzt werden.

In einer solchen Ausführungsform kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Gas- bzw. Brennstoffzufuhr aus einer der Brennstoffzelle vorgeschalteten Gas- bzw. Brennstoffaufbereitungsvorrichtung vorgesehen ist. Dadurch kann beispielsweise eine kompakte Brennstoffzellenvorrichtung mit vorgeschalteter Gas- bzw. Brennstoffaufbereitung realisiert werden, die zusätzlich durch die Nutzung deren Abwärme eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Gesamtsystems ermöglicht.

Zur Anordnung des Bypassventils wird an dieser Stelle angegeben, dass dieses sowohl vor als auch nach der Brennstoffzelle angeordnet sein kann. Ausschlaggebend ist lediglich die parallele Führung des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms zu dem die Brennstoffzelle selbst durchfließenden Heiz- und/oder Kühlmittelstroms, so dass je nach Bedarf zwischen 100 % und 0 % des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms durch die Brennstoffzelle bzw. entsprechend zwischen 0 % und 100 % parallel an dieser vorbei geführt werden können.

Das heißt, während des Warmlaufbetriebs der Brennstoffzelle wird der gesamte Heiz- und/oder Kühlmittelstrom vorzugsweise durch die Brennstoffzellen geleitet, um diese möglichst rasch und gleichmäßig auf ihre Betriebstemperatur zu bringen. Wird nun zusätzlich Wärme aus weiteren, oben angeführten Wärmequellen, beispielsweise einem Wärmetauscher, der mit einer der Brennstoffzelle vorgeschalteten Gas- bzw. Brennstoffaufbereitungsvorrichtung in den Heiz- und/oder Kühlkreislauf eingeleitet, so kann ein Teil des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms parallel an der Brennstoffzelle vorbeigeführt werden, so dass diese weiterhin eine für ihre optimale Betriebstemperatur entsprechende Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass für den durch sie hindurchgeführten Heiz- und/oder Kühlmedienstrom aufweist.

Dazu kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Pumpen in ihrer Förderleistung regulierbar ist. Somit kann auch der Volumenstrom pro Zeit durch die Brennzelle bzw. auch an ihr vorbei beeinflusst werden.

Generell können zur Einkopplung alle möglichen Wärmequellen herangezogen werden, die zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads des KWK-Systems geeignet sind. Entsprechend der Zufuhr zusätzlicher Wärme aus solchen zusätzlichen Wärmequellen ist dann das Bypassventil und gegebenenfalls der Volumenstrom des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms einzustellen, um eine optimale Temperaturdifferenz für die Brennstoffzelle zu erreichen.

Bezüglich der Steuer- und/oder Regeleinheit kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Kennfeldsteuerung abhängig von der Temperatur und/oder vom Zustand des externen Heiz-Kühlkreises und/oder von Temperaturparametern zusätzlicher Wärmequellen den Durchfluss des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms durch den Heiz- und/oder Kühlkreislauf und/oder durch die Kühlvorrichtung der Brennstoffzelle steuert.

Des weiteren können beispielsweise die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle selbst, die Einlauf- und die Auslauftemperatur aus der Brennstoffzelle sowie gegebenenfalls auch der Volumenstrom des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms berücksichtigt werden. In einem solchen Fall kann es sich dann um eine Regelung für den Heiz- und/oder Kühlmittelstrom handeln. Selbstverständlich kann auch die Ventilstellung des Bypassventils für die Regulierung des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms durch die Brennstoffzelle hindurch berücksichtigt werden. Dazu kann beispielsweise auch ein thermostatgesteuertes Bypassventil eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und anhand der gezeigten Figur nachfolgend näher erläutert.
Die beigefügte Figur zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Brennstoffzelle mit Heiz- und/oder Kühlkreislauf.
Die beigefügte Figur zeigt eine Brennstoffzelle 1 mit Heiz- und/oder Kühlkreislauf 2, welcher mit einem externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf 4 mittels eines Wärmetauschers 3 thermisch gekoppelt ist. Parallel zum die Brennstoffzelle 1 durchfließenden Heiz- und/oder Kühlmittelstrom ist eine Leitung 27 vorgesehen, die mittels eines Bypassventils 5 den Anteil des die Brennstoffzelle 1 durchfließenden Heiz- und/oder Kühlmittelstroms bestimmt.
Je nach Einstellung des Bypassventils 5 kann der Heiz- und/oder Kühlmittelstrom zwischen 0 % und 100 % durch die Brennstoffzelle l hindurchfließen oder im umgekehrten Fall zwischen 100 % und 0 % durch die parallel zur Brennstoffzelle 1 geführten Leitung 27.
Im Heiz- und/oder Kühlkreislauf 2 befindet sich zur Abgabe der bei der Erzeugung elektrischer Energie entstehenden Abwärme an den externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf 4 der Wärmetauscher 3 zwischengeschaltet. In diesen Heiz- und/oder Kühlkreislauf 2 können nun weitere Wärmetauscher 8, 29, 30 eingebracht sein. Diese drei Wärmetauscher sind in gestrichelter Darstellung gezeigt, d.h. sie sind wahlweise vorhanden.
Der Wärmetauscher 8 ist dabei mit einer in einer vorzugsweisen Ausführung vorgesehenen Gas- bzw. Brennstoffaufbereitungsvorrichtung 9 gekoppelt. Die darin entstehende Abwärme kann über den Wärmetauscher 8 in den Heiz- und/oder Kühlkreislauf 2 eingekoppelt werden. Diese Wärme kann beispielsweise mittels des Bypassventils 5 an der Brennstoffzelle 1 vorbeigeleitet werden, wenn die Brennstoffzelle 1 mit der Zufuhr dieser Wärmemenge über ihre optimale Betriebstemperatur hinauskommen würde. Ebenfalls wäre die Erhöhung des Volumenstroms pro Zeit durch eine Leistungserhöhung der Pumpe 6 möglich um mehr Wärme durch den Heiz- und/oder Kühlkreislauf 2 durchzuschleusen.
Die Leitungen 24, 25 und 26 beschreiben den Heiz- und/oder Kühlkreislauf 2 für die Brennstoffzelle 1. Parallel zur Brennstoffzelle 1 ist nun eine Leitung 27 vorgesehen, die im Knoten 23 abgezweigt und zum Bypassventil 5 geführt wird, so dass der durch diese Leitung fließende Heiz- und/oder Kühlmittelstrom an der Brennstoffzelle 1 vorbeigeführt werden kann.
In einer besonderen Ausführungsform kann es nun vorgesehen sein, dass wiederum zu dieser Leitung 27, und somit auch zum durch die Brennstoffzelle 1 hindurchfließenden Kühlmittelstrom, eine weitere Leitung 34 vorgesehen ist, die vom Knoten 32 in der Leitung 26 zum Knoten 33 in der Leitung 25 führt. In dieser Leitung 34 ist dann eine Pumpe 31 eingebaut, die im Anlaufbetrieb für die Brennstoffzelle 1 einen Kurzschluss für den Heiz- und/oder Kühlmittelstrom der Brennstoffzelle bewirkt, um eine möglichst rasche und gleichmäßige Aufwärmung der Brennstoffzelle 1 zu ermöglichen.
Die wahlweise vorhandene Gas- bzw. Brennstoffaufbereitungsvorrichtung 9 ist mit einer Gas- bzw. Brennstoffzufuhrleitung 18, einer Luft- bzw. Sauerstoffzufuhrleitung 19 und gegebenenfalls einer Wasserzufuhrleitung 20 ausgestattet. Über die Gas- bzw. Brennstoffzufuhrleitung 21 kann an den Anschluss 10 und die daran anschließende Leitung für die Gas- bzw. Brennstoffzufuhr 13 der Brennstoffzelle 1 Gas bzw. Brennstoff zugeführt werden. Über den Anschluss 22 kann an die Leitung 12 für die Brennstoffzelle 1 Luft- bzw. Sauerstoff zugeführt werden.
Über die Leitung 14 kann die Abluft aus der Brennstoffzelle 1 erfasst und dem gegebenenfalls vorhandenen Wärmetauscher 30 zur Nutzung der Abwärme zugeführt werden. Über die Leitung 15 kann das Anodenrestgas erfasst und einem gegebenenfalls vorhandenen Wärmetauscher 29 ebenfalls zur Einspeisung der darin vorhandenen Restwärme zugeführt werden. Die Weiterführung des Anodenrestgases und der Abluft ist hier lediglich durch eine Pfeilrichtung aus dem Wärmetauscher dargestellt. Ebenfalls sinnvoll ist eine Einkopplung im externen Heizkreis 4, da so eine bessere Nutzung der Kondensationswärme erzielt werden kann.
Um den Heiz- und/oder Kühlmittelstrom im Heiz- oder Kühlkreislauf 2 in Fluss zu versetzen, ist zwischen den Leitungen 24 und 25 eine Pumpe 6 eingebaut. Diese Pumpe 6 fördert den Heiz- und/oder Kühlmittelstrom je nach Stellung des Bypassventils 5 voll oder nur teilweise durch die Kühlvorrichtung in der Brennstoffzelle 1 hindurch, um diese zu kühlen. Bei entsprechender Stellung des Bypassventils 5 kann er aber auch an dieser parallel vorbei in den Wärmetauscher 3 und von diesem weiter in die Leitung 26 geführt werden.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass die Pumpe 6 in ihrer Leistung regulierbar ist.
Über die elektrischen Anschlüsse 16 und 17 kann die von der Brennstoffzelle 1 erzeugte elektrische Energie abgegriffen werden.
Zum externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf ist in der Abbildung noch die externe Heiz- und/oder Kühlvorrichtung 7 dargestellt. Diese ist über die Leitungen 28 mit dem Wärmetauscher 3 verbunden. Dabei sind in durchgezogenen Strichen die Fließrichtung dieses Heiz- und/oder Kühlmittelstroms dargestellt. Durch die in gestrichelter Darstellung gezeigten Pfeile ist die Umkehrrichtung dieses Heiz- und/oder Kühlmittelstroms dargestellt, welche für den Fall vorgesehen ist, dass eine externe Vorwärmung für die Brennstoffzelle 1 erfolgen soll. In der externen Heiz- und/oder Kühlvorrichtung sind noch Symbole dargestellt, die eine Pumpe, einen Speicher, einen Brenner, ein Ventil und einen Heizkörper beispielhaft für weitere mögliche Komponenten einer externen Heiz- und/oder Kühlvorrichtung aufzeigen.

Claims

Brennstoffzelle mit einem inneren Heiz- und/oder Kühlkreislauf, welcher mit einem externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf thermisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regulierung des durch die Brennstoffzelle (1) hindurch verlaufenden inneren Heiz- und/oder Kühlmittelstroms ein Bypassventil (5) vorhanden ist, um wahlweise eine zum inneren Kühlmittelstrom parallel verlaufende Bypassleitung (27) für wenigstens einen Teil des Kühlmittelstroms anzusteuern.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Heiz- und/oder Kühlbedarf der Brennstoffzelle (1) abhängige, für die Regulierung des durch sie hindurchgehenden Heiz- und/oder Kühlmittelstroms, auf das Bypassventil (5) wirkende Steuer- und/oder Regeleinheit vorhanden ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit für das Bypassventil (5) zum Betrieb der Brennstoffzelle (1) so ausgebildet ist, dass sich eine optimale Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass des durch sie hindurchgehenden Heiz- und/oder Kühlmittelstroms ergibt.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit für das Bypassventil (5) zum Betrieb der Brennstoffzelle (1) so ausgebildet ist, dass sich eine von schwankenden Außentemperaturbedingungen unabhängige Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms durch die Brennstoffzelle (1) ergibt.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (6) für die Förderung des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms im Heiz- und/oder Kühlkreislauf (2) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (31) für die Förderung des Heiz- und/oder Kühlmittelstroms im Kurzschlussbetrieb der Brennstoffzelle (1) für ihre, unter Berücksichtigung der optimalen Temperaturdifferenz, rasche Aufwärmung vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (3) im Heiz- und/oder Kühlkreislauf (2) zur Auskopplung des Wärmestromes in den externen Heiz- und Kühlkreislauf (4) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (3) im Heiz- und/oder Kühlkreislauf (2) zur Einkopplung eines Wärmestromes aus dem externen Heiz- und/oder Kühlkreislauf (4) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (29) zur Einkopplung eines Wärmestromes aus einer Leitung (15) für das Anodenrestgas der Brennstoffzelle (1) in deren Heiz- und/oder Kühlkreislauf (2) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (30) zur Einkopplung eines Wärmestromes aus einer Leitung (14) für die Abluft der Brennstoffzelle (1) in deren Heiz- und/oder Kühlkreislauf (2) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (8) für die Einkopplung eines Wärmestromes aus einer Gas- bzw. Brennstoffaufbereitungsvorrichtung (9) im Heiz- und/oder Kühlkreislauf (2) der Brennstoffzelle (1) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gas- bzw. Brennstoffzufuhr (21) aus einer der Brennstoffzelle (1) vorgeschalteten Gas- bzw. Brennstoffaufbereitungsvorrichtung (9) vorgesehen ist.