EP2548248A1 - Fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system and method for operating a fuel cell system

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Publication number
EP2548248A1
EP2548248A1 EP10795221A EP10795221A EP2548248A1 EP 2548248 A1 EP2548248 A1 EP 2548248A1 EP 10795221 A EP10795221 A EP 10795221A EP 10795221 A EP10795221 A EP 10795221A EP 2548248 A1 EP2548248 A1 EP 2548248A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel cell
storage volume
burner
anode
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10795221A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Meenakshi Sundaresan
Steffen Dehn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2548248A1 publication Critical patent/EP2548248A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04111Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231Purging of the reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell system according to the closer defined in the preamble of claim 1 and a method for operating a fuel cell system according to the closer defined in the preamble of claim 5 Art.
  • Fuel cell systems are for the production of electrical energy from the
  • the fuel cell or the fuel cell stack typically always has a cathode region, which is supplied with oxygen, for example in supplied air. Furthermore, the fuel cell has an anode region, which is supplied with a fuel, typically a hydrogen-containing gas or hydrogen, in gaseous form.
  • the design can be chosen such that only a minimal amount of fuel exits the anode region, while the greater part of the fuel in the anode region is used up. This is referred to as a "near-dead-end stack.”
  • the alternative would be a fuel cell without an exit in the anode area, a so-called “dead-end stack,” in which all the fuel supplied is used up.
  • it may also be provided to apply a large excess of fuel to the anode region. Then, a comparatively large amount of fuel as exhaust gas from the Outflow anode area. In order not to waste this fuel, this is then in the circulation, in a so-called "anode loop", back to the entrance of the
  • a similar structure is also known from US 2005/0214617 A1.
  • a collecting tank or storage volume for the exhaust gas from the anode area is used.
  • the delivery to the environment is also carried out continuously and comparatively slowly, so that a corresponding mixture with the exhaust gas from the cathode region provides for a total exhaust gas, which is at all times below a critical fuel-oxygen mixture and can be delivered unburned to the environment ,
  • Fuel cell can be burned in a burner.
  • the afterburned Exhaust gases or the hot exhaust gas of this afterburning can then be used in an expansion device, such as a turbine.
  • an expansion device such as a turbine.
  • the cited patent describes the construction of a turbocharger, in which this turbine drives a compressor or compressor for the supply air to the cathode region.
  • an electric machine may be provided which provides additional drive power for the compressor when needed, and which at a
  • Excess energy at the turbine can also be operated as a generator.
  • the electrical energy thus generated can then be stored or otherwise used.
  • This structure is also called electric turbocharger or ETC.
  • DE 103 25 452 A1 also describes the possibility of a "Boosf" operation, in which additional fuel is supplied to the burner, which then provides additional energy to the expansion device, if necessary, and so can either improve the air supply to the cathode area or directly generates electrical energy via the electric machine.
  • this boost mode can be used, for example, to quickly provide a large amount of electrical energy in the event of an acceleration request of the vehicle in the short term until its dynamics
  • the present invention has now set itself the task of a
  • a procedural solution for operating such a fuel cell system results from the features in the characterizing part of claim 5.
  • the solution according to the invention provides that a fuel cell system is constructed in which the exhaust gases from the region of the anode are temporarily stored in a storage volume before they reach the area of a burner from there. In the burner they are then implemented accordingly and the hot exhaust gases of the burner drive an expansion device, in which the hot exhaust gases are relaxed.
  • the expansion device the energy content in the exhaust gases from the region of the anode by combustion, for example, together with the exhaust gases from the cathode, which contain residual oxygen, are used.
  • the expansion device is designed as a turbine in a turbocharger. If, in addition, a valve device for controlling or regulating the volume flow emerging from the storage volume, according to a very favorable development of the expansion device
  • the fuel cell system according to the invention is provided, then the combustion of the exhaust gases from the anode region can always take place via the turbine as an expansion device in a very targeted manner, when the energy for conveying supply air to the cathode is required in any case.
  • the method according to the invention for operating a fuel cell system thereby provides a valve device according to the storage volume.
  • Anode exhaust gas from the storage volume can be influenced. Particularly preferably, this can be adjusted depending on the degree of filling in the storage volume.
  • a corresponding collection of the discontinuously flowing exhaust gas in the storage volume From there it can then be continuously or with a corresponding energy requirement via a be continuously supplied to the burner for a certain period of time so as to be able to provide the requested performance in the area of the expansion device.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a possible structure of a
  • Fig. 2 is a flowchart for operating the illustrated in Fig. 1
  • FIG. 1 shows a fuel cell system 1 by way of example.
  • This consists in the core of a fuel cell 2, which should be constructed as a stack of PEM fuel cells by way of example.
  • This stack 2 or stack of individual fuel cells has an anode region 3 and a cathode region 4.
  • the anode region 3 is supplied with hydrogen from a hydrogen storage device 5, in which case pressure reducers, valves and the like have been dispensed with in the illustration of FIG. Regardless, these are present in the manner known per se.
  • the cathode region 4 of the fuel cell 2 is supplied via a compressor 6, which is designed here as part of an electric turbocharger 7 (ETC) described in more detail later, air.
  • ETC electric turbocharger 7
  • the hydrogen in the anode region is reacted in a conventional manner with the oxygen in the cathode region 4 air, wherein water and electrical power is generated.
  • From the cathode region 4 then flows an exhaust gas, which in
  • an oxygen-depleted exhaust air together with a certain proportion of water and water vapor.
  • This comparatively cool exhaust air in turn flows through the charge air cooler 8 and cools there after the compressor. 6 heated supply air on its way to the cathode region 4. After the intercooler 8, the air flows into a mixer 9 and from there into a burner 10, which
  • a pore burner for example, as a pore burner, but in particular as a catalytic burner is formed.
  • the mixer 9 In order to produce a combustible mixture in the mixer 9, the mixer 9 also flows to an exhaust gas from the anode region 3 of the fuel cell in a manner to be described later. If required, optional hydrogen can also be passed to the mixer 9 via a valve device 1, so that in each case a mixture is produced in the mixer 9, which can be burned in the burner 10. The hot exhaust gases of the burner 10 then flow into an expansion device 12, which in turn is formed here as part of the electric turbocharger 7.
  • Expansion device 12 is typically formed as a turbine, which is arranged on a common shaft with the compressor 6.
  • an electric machine 13 is also arranged on the common shaft.
  • Expansion device 2 the electric machine 3 can be operated as a generator. Then, additional electrical energy can be generated via the expansion device 12 and the electric machine 13, which is available as an alternative or in addition to the electrical energy from the fuel cell 2.
  • additional electrical energy can be generated via the expansion device 12 and the electric machine 13, which is available as an alternative or in addition to the electrical energy from the fuel cell 2.
  • the expansion device 12 is not the entire for the fuel cell.
  • Compressor 6 can provide needed energy, the electric machine 13 can also be operated by a motor, so as to compensate for the required energy difference.
  • the anode region 3 should now be formed as a so-called “near-dead-end" anode region 3. This means that the
  • Anode region 3 is flowed through by hydrogen and is designed so that only a very small proportion of hydrogen and optionally diffused through the membranes nitrogen and a certain amount of product water is obtained as the exhaust gas.
  • Such near-dead-end anode regions are typically constructed as cascaded anode regions 3, that is to say that from section to section in FIG.
  • the available active area of the anode region 3 decreases, in particular to a similar extent as the hydrogen in the anode region 3 is consumed. This ensures that approximately the same amount or concentration of hydrogen per active unit area, which is covered by the hydrogen, is available.
  • Such structures allow the abandonment of a complex anode loop, which typically has a
  • Conveyor such as a hydrogen circulation fan or the like, is operated to lead unused hydrogen back to the anode inlet.
  • a near-dead-end anode region 3 can manage with a hydrogen excess of a few percent in a cascaded configuration.
  • This gas is discharged from the fuel cell 2.
  • This can be done with a continuous flow, for example through a diaphragm or the like.
  • it can also be done via a valve device 14, a so-called purge valve, the purge valve 14 in a clocked manner, so that the exhaust gas from the
  • Anoden Club 3 is discharged discontinuously or intermittently. This generally allows a better discharge of the product water occurring in the anode region 3, since then there is always a greater pressure difference for blowing off this product water, than with a continuous outflow of the exhaust gases from the anode region 3.
  • the anode exhaust gases then reach the valve device 14 by way of example in a water separator 15, which is designed as a simple water trap. From the water separator 15, the water passes through a valve device 16 and a corresponding line element in the region of the exhaust air after the
  • Expansion device 12 The exhaust gas freed from the liquid water passes through a check valve in a storage volume 17 and from there via a valve means 18 to the mixer 9, together with the exhaust gas from the cathode region 4 and optionally via the valve means 11 optionally supplied hydrogen from the hydrogen storage device 5 mixed and the burner 10 to be supplied. These streams are shown in the representation of Figure 1 as solid lines.
  • Pressure sensor 19 is arranged in the region of the storage volume 17.
  • a hydrogen concentration sensor 20 is located in the region of the flow between the mixer 9 and the burner 10.
  • a flow sensor 21 for hydrogen is also located in the line member which connects the valve means 11 to the mixer 9. The sensors deliver their values, as shown by the dashed lines, to an electronic control unit 22. From this control electronics 22, the existing in the fuel cell system 1 valve devices 11, 14, 16 and 18 are controlled accordingly or the flow rates through these valve devices 11, 14th , 16 and 18 regulated.
  • the structure according to the invention thus provides a storage volume 17 together with the burner 10, the hot exhaust gases are used in an expansion device 12 in addition to the generation of energy.
  • This structure allows a very efficient operation of the burner 10, as this, the hydrogen from the storage volume 17 can be continuously or continuously supplied as needed.
  • the storage volume 17 allows a discontinuous discharge of the anode exhaust gases via the valve device 14. This is preferable due to the higher pressure difference compared to conceivable fading over a fixed aperture, as due to the higher pressure difference more water is discharged from the anode region 3. As a result, the system performance of the fuel cell 2 is improved.
  • Storage volume 17 can in particular via the pressure sensor 19 and the
  • Valve means 18 are controlled so that the outflow of the exhaust gas from the storage volume 17, for example, as a function of the pressure and thus in
  • Control electronics 22 may also be stored in the discontinuous discharge of exhaust gas from the anode region 3, the frequency of this intermittent delivery via the valve device 14. Depending on the load condition of the
  • Fuel cell 2 can be selected as a suitable strategy for discharging the exhaust gas from the anode region 3. At the same time, the amount of exhaust gas which flows into the region of the storage volume 17 can be detected via the frequency and the amount of exhaust gases produced corresponding to the load point. That way, without that a pressure sensor 19 is absolutely necessary, also the degree of filling of
  • Storage volume can be determined and so the continuation of the from the
  • Storage volume of outflowing gas can be adjusted based on the degree of filling.
  • this structure with the storage volume 17 can play its special advantages.
  • the hydrogen concentration of the gas flowing to the burner 10 can be determined.
  • an expected temperature during combustion in the burner 10 via the control electronics 22 can be predicted. If this calculation indicates that a permissible maximum temperature threatens to be exceeded, then the flow rate of hydrogen detected via the flow sensor 21 can be correspondingly restricted or regulated to a lower flow rate via the valve device 11. This can ensure that the expected temperature in the burner 10 does not exceed the maximum permissible temperature.
  • the requirement for the power to the boost operation up to a system-related upper limit can be met. This is at relatively low demand for additional hydrogen from the
  • the size of the storage volume 17 is of crucial importance to the functionality. It may well be appropriate to choose the storage volume comparatively large. However, in particular when using the fuel cell system 1 in a motor vehicle, the size is to be minimized by space limitations and the desire for a low weight of the fuel cell system 1. Taking a fuel cell 2 in a typically used for motor vehicles
  • Fuel cell system 1 for example, a PEM fuel cell with a power in the order of 50 to 90 kW, so there are per second, depending on the load case of the fuel cell 2 exhaust gas volumes from the anode area 3, if this is operated as a near-dead end stack, which are in the order of 0.2 to about 10 liters. Now it is that, in particular for the operation at low load one
  • Caching of the anode exhaust gas 3 should be possible over several seconds. At full load, in addition to the anode exhaust gas 3, a comparatively large amount of water is also produced. which must be discharged to maintain the functionality of the anode region 3. In this constellation, the caching of the
  • Anode exhaust gases 3 therefore only take place for a rather short period.
  • the result is an optimized storage volume in the order of 1 to 3 liters, especially in the Order of about 2 liters for the above system.
  • the structure can thus be optimized with respect to the functionality and the space with a storage volume 7 with a storage capacity of about 2 liters.
  • step A1 the pressure in the storage volume 17 is detected.
  • Process step A2 is compared with this pressure, referred to below as P17, with a predetermined reference pressure.
  • the reference pressure typically indicates the pressure value for the full storage volume 17. As soon as the pressure P17 reaches or exceeds this reference pressure, the storage volume 17 is filled. If the pressure P17 detected in the storage volume 17 is above the predetermined reference pressure, the step A3 is triggered, in which the flow through the valve device 18 is increased, the storage volume 17 thus empties or the fill level increases less rapidly. If the pressure P17 in the storage volume 17 is smaller than the predetermined reference pressure, the selection jumps to method step A4 and the valve device 18 of the storage volume 17 is closed. After step A4, the process is completed and can be restarted directly or after a short wait.
  • step A5 the operating point of the fuel cell is then detected. Based on the operating point of the fuel cell can then be determined in step A6, whether a discharge of anode exhaust gas is required. If this is not the case, the valve device 14 is closed in step A8. If deflation is required, step A7 is initiated after step A6, in which via the valve device 14th From the anode region 3 exhaust gas is discharged into the storage volume 17. In the following step A9 is then questioned whether the fuel cell system 1 is currently in boost mode. If this is not the case, the system jumps back to the start or to method step A1. Is it against that
  • Fuel cell system 1 immediately in boost mode, so will continue to
  • Step A10 jumped and with the hydrogen sensor 20 is the
  • Process step A11 is then calculated or detected hydrogen flow rate through the valve device 11 to the mixer 9 and influenced accordingly in the method step A12, typically throttled. Then the process ends in the end labeled oval box. The procedure can then be restarted directly or after a short waiting time.
  • the fuel efficiency of the fuel cell system 1 can be increased by a storage volume 17 for intermediate storage of the exhaust gas from the anode area 3 and an expansion device 12 downstream of the burner 10, in particular if it is an anode area 3 in near-dead space. End execution is.
  • a storage volume 17 for intermediate storage of the exhaust gas from the anode area 3 and an expansion device 12 downstream of the burner 10, in particular if it is an anode area 3 in near-dead space. End execution is.

Abstract

A fuel cell system (1) has the following components: - at least one fuel cell (2) which has an anode region (3) and a cathode region (4); a burner (10) for burning exhaust gases from the fuel cell (2) and additional fuel which can be optionally supplied; a storage volume (17) for temporarily storing exhaust gases which flow continuously or discontinuously out of the anode region (3) of the fuel cell (2) via a valve device (14), wherein the storage volume (17) is arranged between the anode region (3) and the burner (10). According to the invention, the hot exhaust gases of the burner (1) are expanded in an expansion apparatus (12). A solution according to the method makes provision for operation of a fuel cell system of this kind to be operated with an additional valve device (18) behind the storage volume (17).

Description

Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems  Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems nach der im Oberbegriff des Anspruchs 5 näher definierten Art. The invention relates to a fuel cell system according to the closer defined in the preamble of claim 1 and a method for operating a fuel cell system according to the closer defined in the preamble of claim 5 Art.
Brennstoffzellensysteme sind zur Erzeugung von elektrischer Energie aus dem Fuel cell systems are for the production of electrical energy from the
allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die nachfolgenden Ausführungen sollen sich dabei auf ein Brennstoffzellensystem mit einem Stapel von einzelnen Brennstoffzellen beziehen, welche beispielhaft als PEM-Brennstoffzellen ausgebildet sind. Grundsätzlich lassen sich die Ideen jedoch auch auf andere Brennstoffzellentypen analog übertragen. Die Brennstoffzelle beziehungsweise der Brennstoffzellenstapel weist typischerweise immer einen Kathodenbereich auf, welcher mit Sauerstoff, beispielsweise in zugeführter Luft, versorgt wird. Ferner weist die Brennstoffzelle einen Anodenbereich auf, welcher mit einem Brennstoff, typischerweise einem wasserstoffhaltigen Gas oder Wasserstoff, in gasförmiger Form versorgt wird. known in the general art. The following statements are intended to refer to a fuel cell system with a stack of individual fuel cells, which are exemplified as PEM fuel cells. In principle, however, the ideas can also be applied analogously to other types of fuel cells. The fuel cell or the fuel cell stack typically always has a cathode region, which is supplied with oxygen, for example in supplied air. Furthermore, the fuel cell has an anode region, which is supplied with a fuel, typically a hydrogen-containing gas or hydrogen, in gaseous form.
Für den Anodenbereich ist es nun so, dass dieser entweder von dem Brennstoff durchströmt wird, sodass eine Überschussmenge an Brennstoff als Abgas aus dem Anodenbereich kommt. Je nach Ausführungsform kann der Aufbau dabei so gewählt werden, dass nur eine minimale Menge an Brennstoff aus dem Anodenbereich austritt, während der größte Teil des Brennstoffs in dem Anodenbereich aufgebraucht wird. Man spricht dann von einem sogenannten„Near-Dead-End-Stack". Die Alternative hierzu wäre eine Brennstoffzelle ohne Ausgang im Anodenbereich, ein sogenannter„Dead-End- Stack", bei dem der gesamte zugeführte Brennstoff aufgebraucht wird. Als weitere sehr verbreitete Alternative beim Aufbau eines Anodenbereichs kann es außerdem vorgesehen sein, den Anodenbereich mit einem starken Überschuss an Brennstoff zu beaufschlagen. Dann wird eine vergleichsweise große Menge an Brennstoff als Abgas aus dem Anodenbereich herausströmen. Um diesen Brennstoff nicht zu vergeuden, wird dieser dann im Kreislauf, in einer sogenannten„Anodenloop", zurück zum Eingang des For the anode region, it is now the case that it is either flowed through by the fuel, so that an excess amount of fuel as exhaust gas comes from the anode region. Depending on the embodiment, the design can be chosen such that only a minimal amount of fuel exits the anode region, while the greater part of the fuel in the anode region is used up. This is referred to as a "near-dead-end stack." The alternative would be a fuel cell without an exit in the anode area, a so-called "dead-end stack," in which all the fuel supplied is used up. As another very common alternative in the construction of an anode region, it may also be provided to apply a large excess of fuel to the anode region. Then, a comparatively large amount of fuel as exhaust gas from the Outflow anode area. In order not to waste this fuel, this is then in the circulation, in a so-called "anode loop", back to the entrance of the
Anodenbereichs geführt und dort mit dem frischen dem Anodenbereich zuströmenden Brennstoff vermischt. Anode area out and mixed there with the fresh fuel flowing to the anode area.
Mit der Zeit reichert sich im Anodenbereich Stickstoff an, welcher durch die Membranen der Brennstoffzellen von dem Kathodenbereich beziehungsweise der im Kathodenbereich befindlichen Luft in den Anodenbereich diffundiert. Außerdem bildet sich ein Teil des Produktwassers, welches bei der Stromerzeugung mit der Brennstoffzelle entsteht, im Anodenbereich. Bei den typischerweise bevorzugten Bauformen eines Anodenbereichs entweder mit Anodenloop oder in der Art eines Near-Dead-End-Stacks können diese unerwünschten Stoffe mit dem Abgas aus dem Anodenbereich abgeführt werden, oder werden im Falle einer Anodenloop über ein Ablassventil typischerweise von Zeit zu Zeit abgeführt. All diese Abgase, egal ob aus einem Anodenloop oder aus dem Over time, nitrogen accumulates in the anode region, which diffuses through the membranes of the fuel cells from the cathode region or the air in the cathode region into the anode region. In addition, a part of the product water, which is produced during power generation with the fuel cell, forms in the anode region. In the typically preferred anodes of either anode loop or near-dead-end stack design, these undesirable substances may be removed from the anode region with the exhaust gas or, in the case of an anode loop, are typically exhausted from time to time via a drain valve , All these exhaust gases, whether from an anode loop or from the
Anodenbereich direkt, weisen dabei neben Wasser und inerten Gasen immer auch einen Rest des Brennstoffs beziehungsweise Wasserstoffs auf. Es ist daher aus dem Stand der Technik bekannt, diese Stoffe über einen Brenner oder dergleichen nachzuverbrennen, um Brennstoffemissionen an die Umgebung zu vermeiden. Anode area directly, in addition to water and inert gases always have a remainder of the fuel or hydrogen. It is therefore known from the prior art to post-combust these substances via a burner or the like in order to avoid fuel emissions to the environment.
Aus der DE 11 2004 001 483 B4 ist in diesem Zusammenhang ein Aufbau bekannt, bei dem das Abgas aus dem Anodenbereich der Brennstoffzelle in einer Kammer beziehungsweise einem Speichervolumen zwischengespeichert wird, um dann - beispielsweise kontinuierlich - einem Brenner zugeführt zu werden. From DE 11 2004 001 483 B4, a construction is known in which the exhaust gas from the anode region of the fuel cell is temporarily stored in a chamber or a storage volume in order then to be supplied to a burner, for example continuously.
Ein ähnlicher Aufbau ist auch aus der US 2005/0214617 A1 bekannt. Hier wird ebenfalls ein Sammelbehälter bzw. Speichervolumen für das Abgas aus dem Anodenbereich genutzt. Die Abgabe an die Umgebung erfolgt dabei ebenfalls kontinuierlich und vergleichsweise langsam, sodass eine entsprechende Mischung mit dem Abgas aus dem Kathodenbereich für ein Gesamtabgas sorgt, welches zu allen Zeiten unterhalb eines kritischen Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs liegt und so unverbrannt an die Umgebung abgegeben werden kann. A similar structure is also known from US 2005/0214617 A1. Here too, a collecting tank or storage volume for the exhaust gas from the anode area is used. The delivery to the environment is also carried out continuously and comparatively slowly, so that a corresponding mixture with the exhaust gas from the cathode region provides for a total exhaust gas, which is at all times below a critical fuel-oxygen mixture and can be delivered unburned to the environment ,
Aus dem weiteren Stand der Technik ist es außerdem bekannt, dass, wie es From the further prior art it is also known that, as it
beispielsweise in der DE 103 06 234 B4 beschrieben wird, die Abgase einer For example, in DE 103 06 234 B4, the exhaust gases of a
Brennstoffzelle in einem Brenner nachverbrannt werden können. Die nachverbrannten Abgase beziehungsweise das heiße Abgas dieser Nachverbrennung kann dann in einer Expansionsvorrichtung, beispielsweise einer Turbine, genutzt werden. Die genannte Patentschrift beschreibt dabei den Aufbau eines Turboladers, bei dem diese Turbine einen Kompressor beziehungsweise Verdichter für die Zuluft zu dem Kathodenbereich antreibt. Außerdem kann eine elektrische Maschine vorgesehen sein, welche bei Bedarf zusätzliche Antriebsleistung für den Verdichter bereitstellt, und welche bei einem Fuel cell can be burned in a burner. The afterburned Exhaust gases or the hot exhaust gas of this afterburning can then be used in an expansion device, such as a turbine. The cited patent describes the construction of a turbocharger, in which this turbine drives a compressor or compressor for the supply air to the cathode region. In addition, an electric machine may be provided which provides additional drive power for the compressor when needed, and which at a
Energieüberschuss an der Turbine auch als Generator betrieben werden kann. Die so erzeugte elektrische Energie kann dann eingespeichert oder anderweitig genutzt werden. Dieser Aufbau wird auch elektrischer Turbolader oder ETC bezeichnet. Excess energy at the turbine can also be operated as a generator. The electrical energy thus generated can then be stored or otherwise used. This structure is also called electric turbocharger or ETC.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 103 25 452 A1 außerdem die Möglichkeit eines„Boosf'-Betriebs, bei welchem zusätzlicher Brennstoff für den Brenner zugeführt wird, welcher dann im Bedarfsfall zusätzliche Energie an der Expansionsvorrichtung bereitstellt und so entweder die Luftzufuhr zum Kathodenbereich verbessern kann oder über die elektrische Maschine unmittelbar elektrische Energie erzeugt. Im Anwendungsfall bei einem Fahrzeug kann dieser Boostbetrieb beispielsweise dazu genutzt werden, im Falle einer Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs kurzfristig sehr schnell eine große Menge an elektrischer Energie bereitzustellen, bis die in ihrer Dynamik In this context, DE 103 25 452 A1 also describes the possibility of a "Boosf" operation, in which additional fuel is supplied to the burner, which then provides additional energy to the expansion device, if necessary, and so can either improve the air supply to the cathode area or directly generates electrical energy via the electric machine. In the case of application in a vehicle, this boost mode can be used, for example, to quickly provide a large amount of electrical energy in the event of an acceleration request of the vehicle in the short term until its dynamics
vergleichsweise langsame Brennstoffzelle die Anforderung entsprechend umsetzt und den Energiebedarf ihrerseits vollständig deckt. Über einen solchen Boostbetrieb kann also die Dynamik der elektrischen Leistungserzeugung durch das Brennstoffzellensystem verbessert werden. comparatively slow fuel cell, the requirement correspondingly implemented and the energy needs in turn completely covers. By means of such a boost operation, the dynamics of the electric power generation by the fuel cell system can thus be improved.
Die hier vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, ein The present invention has now set itself the task of a
Brennstoffzellensystem anzugeben, welches die Energienutzung und die Dynamik in dem Brennstoffzellensystem optimiert, und welches mit minimalem Bauraum und effizienter Nutzung der eingesetzten Energie die an das Brennstoffzellensystem gerichteten Specify fuel cell system, which optimizes the energy use and dynamics in the fuel cell system, and which with minimal space and efficient use of energy used to the fuel cell system directed
Leistungsanforderungen bedient. Serviced requirements.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Eine verfahrensgemäße Lösung zum Betreiben eines derartigen Brennstoffzellensystems ergibt sich aus den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5. Die erfindungsgemäße Lösung sieht es vor, dass ein Brennstoffzellensystem aufgebaut wird, bei welchem die Abgase aus dem Bereich der Anode in einem Speichervolumen zwischengespeichert werden, bevor sie von dort in den Bereich eines Brenners gelangen. In dem Brenner werden sie dann entsprechend umgesetzt und die heißen Abgase des Brenners treiben eine Expansionsvorrichtung an, in welcher die heißen Abgase entspannt werden. Damit kann mit der Expansionsvorrichtung der Energieinhalt in den Abgasen aus dem Bereich der Anode durch eine Verbrennung, beispielsweise zusammen mit den Abgasen aus der Kathode, welche Restsauerstoff enthalten, genutzt werden. Die According to the invention this object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1. A procedural solution for operating such a fuel cell system results from the features in the characterizing part of claim 5. The solution according to the invention provides that a fuel cell system is constructed in which the exhaust gases from the region of the anode are temporarily stored in a storage volume before they reach the area of a burner from there. In the burner they are then implemented accordingly and the hot exhaust gases of the burner drive an expansion device, in which the hot exhaust gases are relaxed. Thus, with the expansion device, the energy content in the exhaust gases from the region of the anode by combustion, for example, together with the exhaust gases from the cathode, which contain residual oxygen, are used. The
Energiebilanz eines derartigen Systems wird also besser ausfallen als bei einem System, bei welchem die Abgase lediglich verbrannt werden, um das Austreten von Energy balance of such a system will therefore be better than in a system in which the exhaust gases are only burned to the leakage of
Brennstoffemissionen zu verhindern. Außerdem ermöglicht der Einsatz eines Prevent fuel emissions. In addition, the use of a
Speichervolumens eine sehr effiziente Ansteuerung und einen sehr effizienten Betrieb der Expansionsvorrichtung beziehungsweise des Brenners, da Kathodenabgas gesammelt und gezielt dem Brenner zugeführt werden kann, insbesondere wenn ein entsprechender Energiebedarf vorhanden ist. Storage volume a very efficient control and a very efficient operation of the expansion device or the burner, since cathode exhaust gas can be collected and selectively fed to the burner, especially if a corresponding energy demand is present.
In entsprechenden Weiterbildungen der Erfindung ist es hierfür vorgesehen, dass die Expansionsvorrichtung als Turbine in einem Turbolader ausgebildet ist. Wenn außerdem noch eine Ventileinrichtung zur Steuerung oder Regelung des aus dem Speichervolumen austretenden Volumenstroms, gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung des In corresponding developments of the invention, it is provided for this purpose that the expansion device is designed as a turbine in a turbocharger. If, in addition, a valve device for controlling or regulating the volume flow emerging from the storage volume, according to a very favorable development of the
erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, vorgesehen ist, dann kann über die Turbine als Expansionsvorrichtung sehr gezielt immer dann die Verbrennung der Abgase aus dem Anodenbereich erfolgen, wenn die Energie zum Fördern von Zuluft zur Kathode ohnehin benötigt wird. The fuel cell system according to the invention is provided, then the combustion of the exhaust gases from the anode region can always take place via the turbine as an expansion device in a very targeted manner, when the energy for conveying supply air to the cathode is required in any case.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems sieht dabei eine Ventileinrichtung nach dem Speichervolumen vor. Die Strömung des The method according to the invention for operating a fuel cell system thereby provides a valve device according to the storage volume. The flow of
Anodenabgases aus dem Speichervolumen kann so beeinflusst werden. Besonders bevorzugt kann diese in Abhängigkeit des Füllgrads in dem Speichervolumen eingestellt werden. So kann beispielsweise aus einem diskontinuierlichen Abströmen des Abgases aus dem Anodenbereich, welches insbesondere zum Entfernen von im Anodenbereich angesammeltem Wasser von besonderem Vorteil ist, ein entsprechendes Sammeln des diskontinuierlich abströmenden Abgases in dem Speichervolumen erfolgen. Von dort kann es dann kontinuierlich oder bei einem entsprechenden Energiebedarf über einen gewissen Zeitraum kontinuierlich dem Brenner zugeführt werden, um so im Bereich der Expansionsvorrichtung die angeforderte Leistung bereitstellen zu können. Anode exhaust gas from the storage volume can be influenced. Particularly preferably, this can be adjusted depending on the degree of filling in the storage volume. Thus, for example, from a discontinuous outflow of the exhaust gas from the anode region, which is particularly advantageous for removing water accumulated in the anode region, a corresponding collection of the discontinuously flowing exhaust gas in the storage volume. From there it can then be continuously or with a corresponding energy requirement via a be continuously supplied to the burner for a certain period of time so as to be able to provide the requested performance in the area of the expansion device.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich. Dieses wird unter Bezugnahme auf die Figuren nachfolgend näher beschrieben. Further advantageous embodiments of the device according to the invention and the method according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment. This will be described in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus eines  Fig. 1 is a schematic representation of a possible structure of a
erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems; und  fuel cell system according to the invention; and
Fig. 2 einen Ablaufplan zum Betreiben des in Fig. 1 dargestellten Fig. 2 is a flowchart for operating the illustrated in Fig. 1
Brennstoffzellensystems.  Fuel cell system.
In der Darstellung der Figur 1 ist beispielhaft ein Brennstoffzellensystem 1 zu erkennen. Dieses besteht im Kern aus einer Brennstoffzelle 2, welche beispielhaft als Stapel von PEM-Brennstoffzellen aufgebaut sein soll. Dieser Stapel 2 oder Stack von einzelnen Brennstoffzellen weist einen Anodenbereich 3 und einen Kathodenbereich 4 auf. Dem Anodenbereich 3 wird Wasserstoff aus einer Wasserstoffspeichereinrichtung 5 zugeführt, wobei hier auf Druckminderer, Ventile und dergleichen in der Darstellung der Figur 1 verzichtet wurde. Ungeachtet dessen sind diese in der an sich bekannten Art und Weise vorhanden. Dem Kathodenbereich 4 der Brennstoffzelle 2 wird über einen Verdichter 6, welcher hier als Teil eines später noch näher beschriebenen elektrischen Turboladers 7 (ETC) ausgebildet ist, Luft zugeführt. Der Verdichter 6 ist beim hier dargestellten Aufbau bevorzugt als Strömungsverdichter ausgebildet, alternative Ausgestaltungen und 1 shows a fuel cell system 1 by way of example. This consists in the core of a fuel cell 2, which should be constructed as a stack of PEM fuel cells by way of example. This stack 2 or stack of individual fuel cells has an anode region 3 and a cathode region 4. The anode region 3 is supplied with hydrogen from a hydrogen storage device 5, in which case pressure reducers, valves and the like have been dispensed with in the illustration of FIG. Regardless, these are present in the manner known per se. The cathode region 4 of the fuel cell 2 is supplied via a compressor 6, which is designed here as part of an electric turbocharger 7 (ETC) described in more detail later, air. The compressor 6 is preferably formed in the structure shown here as a flow compressor, alternative embodiments and
Bauweisen des Verdichters 6 wären jedoch ebenso denkbar. Die über den Verdichter 6 angesaugte Luft strömt dann zu einem Ladeluftkühler 8 und von dort in den Constructions of the compressor 6, however, would also be conceivable. The intake via the compressor 6 air then flows to a charge air cooler 8 and from there into the
Kathodenbereich 4 der Brennstoffzelle 2. In der Brennstoffzelle 2 wird in an sich bekannter Art und Weise der Wasserstoff im Anodenbereich mit dem Sauerstoff der im Kathodenbereich 4 befindlichen Luft umgesetzt, wobei Wasser und elektrische Leistung erzeugt wird. Aus dem Kathodenbereich 4 strömt dann ein Abgas, welches im Cathode region 4 of the fuel cell 2. In the fuel cell 2, the hydrogen in the anode region is reacted in a conventional manner with the oxygen in the cathode region 4 air, wherein water and electrical power is generated. From the cathode region 4 then flows an exhaust gas, which in
Wesentlichen eine an Sauerstoff abgereicherte Abluft zusammen mit einem gewissen Anteil an Wasser und Wasserdampf ist. Diese vergleichsweise kühle Abluft strömt dann wiederum durch den Ladeluftkühler 8 und kühlt dort die nach dem Verdichter 6 aufgeheizte Zuluft auf ihrem Weg zum Kathodenbereich 4. Nach dem Ladeluftkühler 8 strömt die Luft in einen Mischer 9 und von dort in einen Brenner 10, welcher Essentially, an oxygen-depleted exhaust air together with a certain proportion of water and water vapor. This comparatively cool exhaust air in turn flows through the charge air cooler 8 and cools there after the compressor. 6 heated supply air on its way to the cathode region 4. After the intercooler 8, the air flows into a mixer 9 and from there into a burner 10, which
beispielsweise als Porenbrenner, insbesondere jedoch als katalytischer Brenner ausgebildet ist. for example, as a pore burner, but in particular as a catalytic burner is formed.
Um in dem Mischer 9 ein brennbares Gemisch zu erzeugen, strömt dem Mischer 9 außerdem ein Abgas aus dem Anodenbereich 3 der Brennstoffzelle in später noch näher beschriebener Art und Weise zu. Bei Bedarf kann außerdem über eine Ventileinrichtung 1 optionaler Wasserstoff zu dem Mischer 9 geleitet werden, sodass in dem Mischer 9 in jedem Fall ein Gemisch entsteht, welches in dem Brenner 10 verbrannt werden kann. Die heißen Abgase des Brenners 10 strömen dann in eine Expansionsvorrichtung 12, welche hier wiederum als Teil des elektrischen Turboladers 7 ausgebildet ist. Die In order to produce a combustible mixture in the mixer 9, the mixer 9 also flows to an exhaust gas from the anode region 3 of the fuel cell in a manner to be described later. If required, optional hydrogen can also be passed to the mixer 9 via a valve device 1, so that in each case a mixture is produced in the mixer 9, which can be burned in the burner 10. The hot exhaust gases of the burner 10 then flow into an expansion device 12, which in turn is formed here as part of the electric turbocharger 7. The
Expansionsvorrichtung 12 wird typischerweise als Turbine ausgebildet, welche auf einer gemeinsamen Welle mit dem Verdichter 6 angeordnet ist. Bei der hier verwendeten Ausgestaltung als elektrischer Turbolader 7 ist auf der gemeinsamen Welle außerdem eine elektrische Maschine 13 angeordnet. Expansion device 12 is typically formed as a turbine, which is arranged on a common shaft with the compressor 6. In the embodiment used here as an electric turbocharger 7, an electric machine 13 is also arranged on the common shaft.
Im Wesentlichen kann man dabei drei verschiedene Betriebsarten des elektrischen Turboladers 7 unterscheiden. Entweder die Expansionsvorrichtung 12 kann die gesamte für den Verdichter 6 benötigte Energie bereitstellen, dann wird die elektrische Maschine 13 lediglich leer mitlaufen. Bei einem Energieüberschuss im Bereich der In essence, one can distinguish three different operating modes of the electric turbocharger 7. Either the expansion device 12 can provide all the energy needed for the compressor 6, then the electric machine 13 will only idle. With an energy surplus in the range of
Expansionsvorrichtung 2 kann die elektrische Maschine 3 als Generator betrieben werden. Dann kann zusätzlich elektrische Energie über die Expansionsvorrichtung 12 und die elektrische Maschine 13 erzeugt werden, welche alternativ oder ergänzend zur elektrischen Energie aus der Brennstoffzelle 2 zur Verfügung steht. Damit kann beispielsweise bei der Ausrüstung eines Fahrzeugs mit dem Brennstoffzellensystem 1 ein sprunghafter Anstieg der Leistungsanforderung innerhalb sehr kurzer Zeit erfüllt werden. Über die Ventileinrichtung 11 wird dann bei Bedarf optionaler Brennstoff für den Brenner 10 zur Verfügung gestellt werden, sodass über einen Boost beziehungsweise Turbo- Boost die elektrische Energie an der elektrischen Maschine 13 bereitsteht. Im letzten Anwendungsfall, in dem die Expansionsvorrichtung 12 nicht die gesamte für den Expansion device 2, the electric machine 3 can be operated as a generator. Then, additional electrical energy can be generated via the expansion device 12 and the electric machine 13, which is available as an alternative or in addition to the electrical energy from the fuel cell 2. Thus, for example, when equipping a vehicle with the fuel cell system 1, a sudden increase in the power requirement can be fulfilled within a very short time. If required, optional fuel for the burner 10 is then made available via the valve device 11 so that the electric energy is available at the electric machine 13 via a boost or turbo boost. In the last application, in which the expansion device 12 is not the entire for the
Verdichter 6 benötigte Energie bereitstellen kann, kann die elektrische Maschine 13 auch motorisch betrieben werden, um so die benötigte Energiedifferenz auszugleichen. Im bevorzugten Aufbau der Erfindung soll der Anodenbereich 3 nun als sogenannter „Near-Dead-End"-Anodenbereich 3 ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass der Compressor 6 can provide needed energy, the electric machine 13 can also be operated by a motor, so as to compensate for the required energy difference. In the preferred construction of the invention, the anode region 3 should now be formed as a so-called "near-dead-end" anode region 3. This means that the
Anodenbereich 3 von Wasserstoff durchströmt wird und so ausgestaltet ist, dass als Abgas lediglich ein sehr kleiner Anteil an Wasserstoff sowie gegebenenfalls durch die Membranen hindurchdiffundierter Stickstoff und eine gewisse Menge an Produktwasser anfällt. Solche Near-Dead-End-Anodenbereiche werden typischerweise als kaskadierte Anodenbereiche 3 aufgebaut, also so, dass von Abschnitt zu Abschnitt in Anode region 3 is flowed through by hydrogen and is designed so that only a very small proportion of hydrogen and optionally diffused through the membranes nitrogen and a certain amount of product water is obtained as the exhaust gas. Such near-dead-end anode regions are typically constructed as cascaded anode regions 3, that is to say that from section to section in FIG
Strömungsrichtung des Wasserstoffs die zur Verfügung stehende aktive Fläche des Anodenbereichs 3 abnimmt, insbesondere in ähnlichem Maß wie der Wasserstoff im Anodenbereich 3 aufgebraucht wird. Damit ist sichergestellt, dass in etwa dieselbe Menge beziehungsweise Konzentration an Wasserstoff je aktiver Flächeneinheit, welche von dem Wasserstoff überströmt wird, zur Verfügung steht. Derartige Aufbauten erlauben den Verzicht auf eine aufwändige Anodenloop, welche typischerweise über eine Flow direction of the hydrogen, the available active area of the anode region 3 decreases, in particular to a similar extent as the hydrogen in the anode region 3 is consumed. This ensures that approximately the same amount or concentration of hydrogen per active unit area, which is covered by the hydrogen, is available. Such structures allow the abandonment of a complex anode loop, which typically has a
Fördereinrichtung, beispielsweise ein Wasserstoffrezirkulationsgebläse oder dergleichen, betrieben wird, um unverbrauchten Wasserstoff zurück zum Anodeneingang zu führen. Conveyor, such as a hydrogen circulation fan or the like, is operated to lead unused hydrogen back to the anode inlet.
Ein Near-Dead-End-Anodenbereich 3 kann beispielsweise in kaskadierter Ausgestaltung mit einem Wasserstoffüberschuss von wenigen Prozent auskommen. Dieses Gas wird aus der Brennstoffzelle 2 abgelassen. Dies kann mit einer kontinuierlichen Strömung, beispielsweise durch eine Blende oder dergleichen erfolgen. Es kann insbesondere jedoch auch über eine Ventileinrichtung 14, ein sogenanntes Purge-Ventil, das Purge- Ventil 14 in getakteter Art und Weise erfolgen, sodass das Abgas aus dem For example, a near-dead-end anode region 3 can manage with a hydrogen excess of a few percent in a cascaded configuration. This gas is discharged from the fuel cell 2. This can be done with a continuous flow, for example through a diaphragm or the like. However, in particular, it can also be done via a valve device 14, a so-called purge valve, the purge valve 14 in a clocked manner, so that the exhaust gas from the
Anodenbereich 3 diskontinuierlich beziehungsweise intermittierend abgegeben wird. Dies ermöglicht im Allgemeinen einen besseren Austrag des im Anodenbereich 3 anfallenden Produktwassers, da zum Abblasen dieses Produktwassers dann immer eine größere Druckdifferenz vorliegt, als bei einem kontinuierlichen Abströmen der Abgase aus dem Anodenbereich 3. Die Anodenabgase gelangen nach der Ventileinrichtung 14 dann beispielhaft in einen Wasserabscheider 15, welcher als einfache Wasserfalle ausgebildet ist. Vom Wasserabscheider 15 gelangt das Wasser über eine Ventileinrichtung 16 und ein entsprechendes Leitungselement in den Bereich der Abluft nach der Anodenbereich 3 is discharged discontinuously or intermittently. This generally allows a better discharge of the product water occurring in the anode region 3, since then there is always a greater pressure difference for blowing off this product water, than with a continuous outflow of the exhaust gases from the anode region 3. The anode exhaust gases then reach the valve device 14 by way of example in a water separator 15, which is designed as a simple water trap. From the water separator 15, the water passes through a valve device 16 and a corresponding line element in the region of the exhaust air after the
Expansionsvorrichtung 12. Das vom flüssigen Wasser befreite Abgas gelangt über ein Rückschlagventil in ein Speichervolumen 17 und von dort über eine Ventileinrichtung 18 zu dem Mischer 9, um zusammen mit dem Abgas aus dem Kathodenbereich 4 und gegebenenfalls über die Ventileinrichtung 11 optional zugeführtem Wasserstoff aus der Wasserstoffspeichereinrichtung 5 vermischt und dem Brenner 10 zugeführt zu werden. Diese Stoffströme sind in der Darstellung der Figur 1 dabei als durchgezogene Linien dargestellt. Expansion device 12. The exhaust gas freed from the liquid water passes through a check valve in a storage volume 17 and from there via a valve means 18 to the mixer 9, together with the exhaust gas from the cathode region 4 and optionally via the valve means 11 optionally supplied hydrogen from the hydrogen storage device 5 mixed and the burner 10 to be supplied. These streams are shown in the representation of Figure 1 as solid lines.
In der Darstellung der Figur 1 sind außerdem diverse Sensoren zu erkennen. Ein In the illustration of Figure 1 also various sensors can be seen. One
Drucksensor 19 ist im Bereich des Speichervolumens 17 angeordnet. Außerdem befindet sich ein Wasserstoffkonzentrationssensor 20 im Bereich der Strömung zwischen dem Mischer 9 und dem Brenner 10. Ein Durchflusssensor 21 für Wasserstoff befindet sich außerdem in dem Leitungselement, welches die Ventileinrichtung 11 mit dem Mischer 9 verbindet. Die Sensoren liefern ihre Werte, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt, an eine Steuerungselektronik 22. Von dieser Steuerungselektronik 22 aus werden dann die in dem Brennstoffzellensystem 1 vorhandenen Ventileinrichtungen 11 , 14, 16 und 18 entsprechend gesteuert beziehungsweise die Durchflüsse durch diese Ventileinrichtungen 11 , 14, 16 und 18 geregelt. Pressure sensor 19 is arranged in the region of the storage volume 17. In addition, a hydrogen concentration sensor 20 is located in the region of the flow between the mixer 9 and the burner 10. A flow sensor 21 for hydrogen is also located in the line member which connects the valve means 11 to the mixer 9. The sensors deliver their values, as shown by the dashed lines, to an electronic control unit 22. From this control electronics 22, the existing in the fuel cell system 1 valve devices 11, 14, 16 and 18 are controlled accordingly or the flow rates through these valve devices 11, 14th , 16 and 18 regulated.
Der erfindungsgemäße Aufbau sieht also ein Speichervolumen 17 zusammen mit dem Brenner 10 vor, dessen heiße Abgase in einer Expansionsvorrichtung 12 zusätzlich zur Erzeugung von Energie verwendet werden. Dieser Aufbau erlaubt einen sehr effizienten Betrieb des Brenners 10, da diesem der Wasserstoff aus dem Speichervolumen 17 kontinuierlich oder bei Bedarf kontinuierlich zugeführt werden kann. Außerdem ermöglicht das Speichervolumen 17 ein diskontinuierliches Ablassen der Anodenabgase über die Ventileinrichtung 14. Dies ist aufgrund der höheren Druckdifferenz im Vergleich zum auch denkbaren Abblassen über eine feste Blende zu bevorzugen, da aufgrund der höheren Druckdifferenz mehr Wasser aus dem Anodenbereich 3 ausgetragen wird. Dadurch wird die Systemperformance der Brennstoffzelle 2 verbessert. Der Aufbau mit dem The structure according to the invention thus provides a storage volume 17 together with the burner 10, the hot exhaust gases are used in an expansion device 12 in addition to the generation of energy. This structure allows a very efficient operation of the burner 10, as this, the hydrogen from the storage volume 17 can be continuously or continuously supplied as needed. In addition, the storage volume 17 allows a discontinuous discharge of the anode exhaust gases via the valve device 14. This is preferable due to the higher pressure difference compared to conceivable fading over a fixed aperture, as due to the higher pressure difference more water is discharged from the anode region 3. As a result, the system performance of the fuel cell 2 is improved. The construction with the
Speichervolumen 17 kann dabei insbesondere über den Drucksensor 19 und die Storage volume 17 can in particular via the pressure sensor 19 and the
Ventileinrichtung 18 so gesteuert werden, dass der Abstrom des Abgases aus dem Speichervolumen 17 beispielsweise in Abhängigkeit des Drucks und damit in Valve means 18 are controlled so that the outflow of the exhaust gas from the storage volume 17, for example, as a function of the pressure and thus in
Abhängigkeit des Füllgrads des Speichervolumens 17 veränderbar ist. In der Dependence of the degree of filling of the storage volume 17 is variable. In the
Steuerungselektronik 22 kann außerdem bei der diskontinuierlichen Abgabe von Abgas aus dem Anodenbereich 3 die Frequenz dieser intermittierenden Abgabe über die Ventileinrichtung 14 gespeichert werden. In Abhängigkeit des Lastzustands der Control electronics 22 may also be stored in the discontinuous discharge of exhaust gas from the anode region 3, the frequency of this intermittent delivery via the valve device 14. Depending on the load condition of the
Brennstoffzelle 2 kann so eine geeignete Strategie zum Ablassen des Abgases aus dem Anodenbereich 3 ausgewählt werden. Gleichzeitig kann über die Frequenz und die dem Lastpunkt entsprechende Menge an entstehenden Abgasen die Abgasmenge, welche in den Bereich des Speichervolumens 17 strömt, erfasst werden. Auf diese Art kann, ohne dass ein Drucksensor 19 zwingend notwendig ist, ebenfalls der Füllgrad des Fuel cell 2 can be selected as a suitable strategy for discharging the exhaust gas from the anode region 3. At the same time, the amount of exhaust gas which flows into the region of the storage volume 17 can be detected via the frequency and the amount of exhaust gases produced corresponding to the load point. That way, without that a pressure sensor 19 is absolutely necessary, also the degree of filling of
Speichervolumens bestimmt werden und so das Weiterführen des aus dem Storage volume can be determined and so the continuation of the from the
Speichervolumen ausströmenden Gases anhand des Füllgrads eingestellt werden. Storage volume of outflowing gas can be adjusted based on the degree of filling.
Insbesondere im Boost-Betrieb, also wenn über die Ventileinrichtung 11 zusätzlicher Wasserstoff zu dem Mischer 9 und damit zu dem Brenner 10 gefördert wird, weil im Bereich der Expansionsvorrichtung 12 zusätzliche Energie erforderlich ist, kann dieser Aufbau mit dem Speichervolumen 17 seine besonderen Vorteile ausspielen. Über den Wasserstoffsensor 20 kann die Wasserstoffkonzentration des zu dem Brenner 10 strömenden Gases bestimmt werden. Damit lässt sich eine zu erwartende Temperatur bei der Verbrennung im Brenner 10 über die Steuerungselektronik 22 vorausberechnen. Ergibt diese Berechnung, dass eine zulässige Maximaltemperatur droht überschritten zu werden, so kann über die Ventileinrichtung 11 der über den Durchflusssensor 21 erfasste Durchfluss von Wasserstoff entsprechend eingeschränkt beziehungsweise auf einen geringeren Durchfluss geregelt werden. Damit kann sichergestellt werden, dass die zu erwartende Temperatur im Brenner 10 die zulässige Maximaltemperatur nicht übersteigt. Dennoch kann aufgrund des zusätzlichen Wasserstoffs und des in dem Speichervolumen 17 zwischengespeicherten Wasserstoffs die Anforderung hinsichtlich der Leistung an den Boost-Betrieb bis hin zu einer systembedingten Obergrenze erfüllt werden. Dies ist bei vergleichsweise geringem Bedarf an zusätzlichem Wasserstoff aus der In particular, in the boost mode, that is, when the valve device 11 additional hydrogen to the mixer 9 and thus to the burner 10 is promoted, because in the expansion device 12 additional energy is required, this structure with the storage volume 17 can play its special advantages. Via the hydrogen sensor 20, the hydrogen concentration of the gas flowing to the burner 10 can be determined. Thus, an expected temperature during combustion in the burner 10 via the control electronics 22 can be predicted. If this calculation indicates that a permissible maximum temperature threatens to be exceeded, then the flow rate of hydrogen detected via the flow sensor 21 can be correspondingly restricted or regulated to a lower flow rate via the valve device 11. This can ensure that the expected temperature in the burner 10 does not exceed the maximum permissible temperature. Nevertheless, due to the additional hydrogen and the hydrogen stored in the storage volume 17, the requirement for the power to the boost operation up to a system-related upper limit can be met. This is at relatively low demand for additional hydrogen from the
Wasserstoffspeichereinrichtung 5 und damit sehr energieeffizient möglich. Hydrogen storage device 5 and thus very energy efficient possible.
Die Größe des Speichervolumens 17 ist für die Funktionalität von entscheidender Bedeutung. Es kann durchaus angebracht sein, das Speichervolumen vergleichsweise groß zu wählen. Insbesondere beim Einsatz des Brennstoffzellensystems 1 in einem Kraftfahrzeug ist die Größe jedoch durch Bauraumeinschränkungen und den Wunsch nach einem geringen Gewicht des Brennstoffzellensystems 1 zu minimieren. Nimmt man eine Brennstoffzelle 2 in einem typischerweise für Kraftfahrzeuge eingesetzten The size of the storage volume 17 is of crucial importance to the functionality. It may well be appropriate to choose the storage volume comparatively large. However, in particular when using the fuel cell system 1 in a motor vehicle, the size is to be minimized by space limitations and the desire for a low weight of the fuel cell system 1. Taking a fuel cell 2 in a typically used for motor vehicles
Brennstoffzellensystem 1 , beispielsweise eine PEM-Brennstoffzelle mit einer Leistung in der Größenordnung von 50 bis 90 kW, so ergeben sich pro Sekunde je nach Lastfall der Brennstoffzelle 2 Abgasvolumina aus dem Anodenbereich 3, wenn dieser als Near-Dead- End-Stack betrieben wird, welche in der Größenordnung von 0,2 bis ca. 10 Litern liegen. Nun ist es so, dass insbesondere für den Betrieb bei niedriger Last eine Fuel cell system 1, for example, a PEM fuel cell with a power in the order of 50 to 90 kW, so there are per second, depending on the load case of the fuel cell 2 exhaust gas volumes from the anode area 3, if this is operated as a near-dead end stack, which are in the order of 0.2 to about 10 liters. Now it is that, in particular for the operation at low load one
Zwischenspeicherung des Anodenabgases 3 über mehrere Sekunden möglich sein sollte. Bei voller Last entsteht neben dem Anodenabgas 3 auch vergleichsweise viel Wasser, welches zur Aufrechterhaltung der Funktionalität des Anodenbereichs 3 ausgetragen werden muss. Bei dieser Konstellation muss die Zwischenspeicherung des Caching of the anode exhaust gas 3 should be possible over several seconds. At full load, in addition to the anode exhaust gas 3, a comparatively large amount of water is also produced. which must be discharged to maintain the functionality of the anode region 3. In this constellation, the caching of the
Anodenabgases 3 daher nur für einen eher geringen Zeitraum erfolgen. Setzt man nun für die niedrige Last einen Zeitraum von einigen Sekunden, beispielsweise 4 bis 8 Sekunden, an und für die Volllast einen Zeitraum von weniger als 1 Sekunde, so ergibt sich ein optimiertes Speichervolumen in der Größenordnung von 1 bis 3 Litern, insbesondere in der Größenordnung von ca. 2 Litern für das oben genannte System. Der Aufbau lässt sich also hinsichtlich der Funktionalität sowie des Bauraums mit einem Speichervolumen 7 mit einer Speicherkapazität von ca. 2 Litern optimieren. Anode exhaust gases 3 therefore only take place for a rather short period. Setting now for the low load a period of a few seconds, for example 4 to 8 seconds, and for the full load a period of less than 1 second, the result is an optimized storage volume in the order of 1 to 3 liters, especially in the Order of about 2 liters for the above system. The structure can thus be optimized with respect to the functionality and the space with a storage volume 7 with a storage capacity of about 2 liters.
Nachfolgend ist nun anhand eines Ablaufdiagramms in Figur 2 ein beispielhafter Betrieb für das in Figur 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 1 dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. An exemplary operation for the fuel cell system 1 shown in FIG. 1 will now be described below with reference to a flowchart in FIG. 2 and will be explained in more detail below.
In Figur 2 startet der beschriebene Steuerungsablauf, welcher typischerweise in der Steuerungselektronik 22 ausgeführt werden wird, in der mit Start bezeichneten ovalen Box. Im Schritt A1 wird der Druck im Speichervolumen 17 erfasst. Im zweiten In FIG. 2, the described control sequence, which will typically be carried out in the control electronics 22, starts in the oval box labeled Start. In step A1, the pressure in the storage volume 17 is detected. In the second
Verfahrensschritt A2 wird dieser nachfolgend als P17 bezeichnete Druck mit einem vorgegebenen Referenzdruck verglichen. Der Referenzdruck gibt dabei typischerweise den Druckwert für das volle Speichervolumen 17 an. Sobald der Druck P17 diesen Referenzdruck erreicht beziehungsweise übersteigt, ist das Speichervolumen 17 also gefüllt. Liegt der im Speichervolumen 17 erfasste Druck P17 über dem vorgegebenen Referenzdruck, so wird der Schritt A3 ausgelöst, in welchem der Durchfluss durch die Ventileinrichtung 18 vergrößert wird, das Speichervolumen 17 sich also leert oder der Füllgrad weniger schnell ansteigt. Wird der Druck P17 im Speichervolumen 17 kleiner als der vorgegebene Referenzdruck, so springt die Auswahl zum Verfahrensschritt A4 und die Ventileinrichtung 18 des Speichervolumens 17 wird geschlossen. Nach dem Schritt A4 ist das Verfahren beendet und kann direkt oder nach kurzer Wartezeit wieder gestartet werden. Process step A2 is compared with this pressure, referred to below as P17, with a predetermined reference pressure. The reference pressure typically indicates the pressure value for the full storage volume 17. As soon as the pressure P17 reaches or exceeds this reference pressure, the storage volume 17 is filled. If the pressure P17 detected in the storage volume 17 is above the predetermined reference pressure, the step A3 is triggered, in which the flow through the valve device 18 is increased, the storage volume 17 thus empties or the fill level increases less rapidly. If the pressure P17 in the storage volume 17 is smaller than the predetermined reference pressure, the selection jumps to method step A4 and the valve device 18 of the storage volume 17 is closed. After step A4, the process is completed and can be restarted directly or after a short wait.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt A5 wird dann der Betriebspunkt der Brennstoffzelle erfasst. Anhand des Betriebspunkts der Brennstoffzelle kann dann im Schritt A6 festgelegt werden, ob ein Ablassen von Anodenabgas erforderlich ist. Ist dies nicht der Fall, so wird die Ventileinrichtung 14 im Schritt A8 geschlossen. Wenn ein Ablassen erforderlich ist, wird nach dem Schritt A6 der Schritt A7 ausgelöst, in dem über die Ventileinrichtung 14 von dem Anodenbereich 3 Abgas in das Speichervolumen 17 abgelassen wird. Im nachfolgenden Schritt A9 wird dann hinterfragt, ob sich das Brennstoffzellensystem 1 augenblicklich im Boost-Betrieb befindet. Falls dies nicht der Fall ist, wird zurück zum Start beziehungsweise zum Verfahrensschritt A1 gesprungen. Ist dagegen das In the subsequent method step A5, the operating point of the fuel cell is then detected. Based on the operating point of the fuel cell can then be determined in step A6, whether a discharge of anode exhaust gas is required. If this is not the case, the valve device 14 is closed in step A8. If deflation is required, step A7 is initiated after step A6, in which via the valve device 14th From the anode region 3 exhaust gas is discharged into the storage volume 17. In the following step A9 is then questioned whether the fuel cell system 1 is currently in boost mode. If this is not the case, the system jumps back to the start or to method step A1. Is it against that
Brennstoffzellensystem 1 augenblicklich im Boost-Betrieb, so wird weiter zum Fuel cell system 1 immediately in boost mode, so will continue to
Verfahrensschritt A10 gesprungen und mit dem Wasserstoffsensor 20 wird die Step A10 jumped and with the hydrogen sensor 20 is the
Konzentration des Wasserstoffs, welcher zu dem Brenner strömt, erfasst. Im Concentration of the hydrogen flowing to the burner detected. in the
Verfahrensschritt A11 wird dann Wasserstoffvolumenstrom durch die Ventileinrichtung 11 zu dem Mischer 9 berechnet beziehungsweise erfasst und im Verfahrensschritt A12 entsprechend beeinflusst, typischerweise gedrosselt. Dann findet der Ablauf in der mit Ende bezeichneten ovalen Box sein Ende. Das Verfahren kann dann direkt oder nach kurzer Wartezeit wieder gestartet werden. Process step A11 is then calculated or detected hydrogen flow rate through the valve device 11 to the mixer 9 and influenced accordingly in the method step A12, typically throttled. Then the process ends in the end labeled oval box. The procedure can then be restarted directly or after a short waiting time.
Mit dem beschriebenen Aufbau und dem beschriebenen Verfahren lässt sich durch ein Speichervolumen 17 zur Zwischenspeicherung des Abgases aus dem Anodenbereich 3 und eine Expansionsvorrichtung 12 nach dem Brenner 10 die Brennstoffeffizienz des Brennstoffellensystems 1 steigern, insbesondere wenn es sich um einen Anodenbereich 3 in Near-Dead-End-Ausführung handelt. Durch die Nachverbrennung und die Nutzung der heißen Abgase in der Expansionsvorrichtung 12 lässt sich also Energie einsparen und der Wirkungsgrad des Gesamtsystems kann gesteigert werden. With the described construction and the described method, the fuel efficiency of the fuel cell system 1 can be increased by a storage volume 17 for intermediate storage of the exhaust gas from the anode area 3 and an expansion device 12 downstream of the burner 10, in particular if it is an anode area 3 in near-dead space. End execution is. By the afterburning and the use of the hot exhaust gases in the expansion device 12 so energy can be saved and the efficiency of the overall system can be increased.

Claims

Patentansprüche claims
1. Brennstoffzellensystem mit 1. fuel cell system with
1.1 wenigstens einer Brennstoffzelle, welche einen Anodenbereich und einen  1.1 at least one fuel cell, which has an anode region and a
Kathodenbereich aufweist;  Having cathode region;
1.2 einem Brenner zur Verbrennung von Abgasen aus der Brennstoffzelle sowie  1.2 a burner for combustion of exhaust gases from the fuel cell and
optional zuführbarem zusätzlichem Brennstoff;  optional additional feedable fuel;
1.3 einem Speichervolumen zur Zwischenspeicherung von Abgasen, welche  1.3 a storage volume for temporary storage of exhaust gases, which
kontinuierlich oder diskontinuierlich über eine Ventileinrichtung aus dem  continuously or discontinuously via a valve device from the
Anodenbereich der Brennstoffzelle abströmen; wobei das Speichervolumen zwischen dem Anodenbereich und dem Brenner angeordnet ist,  Anodenbereich the fuel cell flow out; wherein the storage volume is arranged between the anode area and the burner,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
1.4 in Strömungsrichtung der heißen Abgase des Brenners (10) nach dem Brenner (10) eine Expansionsvorrichtung (12) angeordnet ist.  1.4 in the flow direction of the hot exhaust gases of the burner (10) after the burner (10) an expansion device (12) is arranged.
2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , 2. Fuel cell system according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Expansionsvorrichtung (12) als Turbine in einem Turbolader, insbesondere einem elektrischen Turbolader (7) ausgebildet ist.  the expansion device (12) is designed as a turbine in a turbocharger, in particular an electric turbocharger (7).
3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, 3. Fuel cell system according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Brennstoffzelle (2) mit offener Anode (3), insbesondere mit in  the fuel cell (2) with an open anode (3), in particular with in
Strömungsrichtung kaskadierend abnehmender aktiver Oberfläche, ausgebildet ist.  Flow direction cascading decreasing active surface, is formed.
4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , 2 oder 3, 4. Fuel cell system according to claim 1, 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die eine Ventileinrichtung (18) zur Steuerung oder Regelung des aus dem Speichervolumen (17) austretenden Volumenstroms in Strömungsrichtung nach dem Speichervolumen (17) angeordnet ist. the one valve device (18) for controlling or regulating the from Storage volume (17) exiting flow in the flow direction after the storage volume (17) is arranged.
5. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, 5. A method of operating a fuel cell system according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Strömung des Anodenabgases aus dem Speichervolumen (17) in Abhängigkeit des Füllgrads des Speichervolumens (17) eingestellt wird.  the flow of the anode exhaust gas from the storage volume (17) is adjusted in dependence on the degree of filling of the storage volume (17).
6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Strömung des Anodenabgases aus dem Speichervolumen (17) in Abhängigkeit des Drucks (P17) in dem Speichervolumen (17) eingestellt wird.  the flow of the anode exhaust gas from the storage volume (17) is adjusted in dependence on the pressure (P17) in the storage volume (17).
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, 7. The method according to claim 5 or 6,
dadurch gekennzeichnet dass  characterized in that
das Abströmen des Abgases aus dem Anodenbereich (3)  the outflow of the exhaust gas from the anode region (3)
intermittierend erfolgt, wobei die Strömung des Anodenabgases aus dem  takes place intermittently, wherein the flow of the anode exhaust gas from the
Speichervolumen (17) in Abhängigkeit davon, ob aktuell Abgas aus dem  Storage volume (17) depending on whether currently exhaust from the
Anodenbereich (3) abgegeben wird oder nicht, eingestellt wird.  Anodenbereich (3) is discharged or not, is set.
8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, 8. The method according to claim 5, 6 or 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Strömung des Anodenabgases aus dem Speichervolumen (17) in Abhängigkeit der erfassten oder berechneten Temperatur der Abgase des Brenners (10) eingestellt wird.  the flow of the anode exhaust gas from the storage volume (17) is adjusted in dependence on the detected or calculated temperature of the exhaust gases of the burner (10).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 9. The method according to any one of claims 5 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
bei zusätzlichem Energiebedarf an der Expansionsvorrichtung (12) optionaler Brennstoff zugeführt wird, wobei die Menge an optionalem Brennstoff in  when additional energy is needed at the expansion device (12), optional fuel is supplied, the amount of optional fuel in
Abhängigkeit der erfassten oder vorausberechneten Temperatur im Bereich des Brenners (10) und in Abhängigkeit des aus dem Speichervolumen (17) zur Verfügung stehenden Abgases eingestellt wird. Dependence of the detected or predicted temperature in the region of the burner (10) and in dependence on the exhaust gas available from the storage volume (17) is set.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die zu dem Brenner (10) strömende Menge an Brennstoff mit einem  the amount of fuel flowing to the burner (10) with a
Brennstoffkonzentrationssensor (20) in Strömungsrichtung vor dem Brenner (10) überwacht wird.  Fuel concentration sensor (20) in the flow direction upstream of the burner (10) is monitored.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014103724A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. A fuel cell device and method of operating a fuel cell device
DE102020109892B3 (en) 2020-04-08 2021-08-05 Inhouse Engineering Gmbh Fuel cell system for generating electricity and heat as well as a method for operating the fuel cell system
CN114899450A (en) * 2022-04-08 2022-08-12 海德韦尔(太仓)能源科技有限公司 Fuel cell system with gas turbine supercharger

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2585210B2 (en) * 1985-10-03 1997-02-26 株式会社日立製作所 Fuel cell power plant
JPH03286150A (en) * 1990-04-02 1991-12-17 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Control for turbine-compressor and power generator unit
US6916564B2 (en) * 2000-05-31 2005-07-12 Nuvera Fuel Cells, Inc. High-efficiency fuel cell power system with power generating expander
JP4470346B2 (en) * 2001-01-18 2010-06-02 トヨタ自動車株式会社 In-vehicle fuel cell system and hydrogen off-gas discharge method
JP3692962B2 (en) * 2001-04-16 2005-09-07 日産自動車株式会社 Control device for fuel cell system
EP1432642A1 (en) * 2001-10-01 2004-06-30 Gama-Greenol Research & Developtment, Ltd. Method and device for providing at least one fuel, in particular, for motor vehicle engines
US20040151958A1 (en) * 2003-01-31 2004-08-05 Volker Formanski Fuel cell system with recuperative heat exchanger
DE10306234B4 (en) 2003-02-04 2009-09-17 Daimler Ag Method for supplying air to a fuel cell and apparatus for carrying out the method
JP3918757B2 (en) * 2003-03-27 2007-05-23 日産自動車株式会社 Fuel cell system
DE10325452A1 (en) 2003-06-05 2004-12-30 Daimlerchrysler Ag Operating process for a fuel cell system for a motor vehicle has an electric power supplier with a combustion chamber to provide power during the cell warm up phase
JP4649861B2 (en) 2003-09-09 2011-03-16 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
CN100495789C (en) * 2003-09-09 2009-06-03 丰田自动车株式会社 Fuel cell system
US7651806B2 (en) 2004-03-26 2010-01-26 Gm Global Technology Operations, Inc. Non-flammable exhaust enabler for hydrogen powered fuel cells
JP4593978B2 (en) * 2004-06-01 2010-12-08 小島プレス工業株式会社 Exhaust hydrogen gas dilution device for in-vehicle fuel cell system
DE102004062055A1 (en) * 2004-12-23 2006-07-13 Daimlerchrysler Ag Fuel cell system with at least one fuel cell
JP2007242266A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Canon Inc Fuel cell device, and operation method of fuel cell
FR2917902B1 (en) * 2007-06-19 2009-10-16 Peugeot Citroen Automobiles Sa PASSIVE SECURING METHOD AND DEVICE OF A FUEL CELL ONBOARD ELECTROGENIC GROUP WITH DEPRESSURIZED REGULATION ENHANCING THE EFFICIENCY OF THE PURGES

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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