WO2012076136A1 - Method for operating a fuel cell system and fuel cell system - Google Patents

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WO2012076136A1
WO2012076136A1 PCT/EP2011/006057 EP2011006057W WO2012076136A1 WO 2012076136 A1 WO2012076136 A1 WO 2012076136A1 EP 2011006057 W EP2011006057 W EP 2011006057W WO 2012076136 A1 WO2012076136 A1 WO 2012076136A1
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fuel cell
burner
fuel
reformer
gas
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PCT/EP2011/006057
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Inventor
Steffen Wieland
Bernhard Seyfang
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Enymotion Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary 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
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel cell system.
  • electrical energy is generated chemically.
  • the fuel cell is supplied with a continuous stream of a hydrogen-containing gas and a continuous stream of an oxidizing agent (usually atmospheric oxygen).
  • an oxidizing agent usually atmospheric oxygen.
  • water is produced as an exhaust gas product.
  • the hydrogen is often generated in situ from a hydrocarbonaceous fuel, particularly in portable fuel cell systems.
  • liquefied petroleum gas (LPG) can be used as the hydrocarbon-containing fuel, which is particularly suitable for portable fuel cell systems.
  • the main components of LPG are propane and n-butane.
  • "Fuel in the context of this application, however, can be any starting substance which can be used for the production of hydrogen.
  • the other reactants required for the reaction, in particular oxygen (air) or water, however, are supplied separately to the respective components of the fuel cell system and are not part of the fuel.
  • the fuel cell is preceded by a reformer in which a chemical conversion of the fuel into a hydrogen-containing gas takes place.
  • the reformer can in this case, for example, by the process of steam reforming, partial oxidation or autothermal reforming work.
  • the anode of the fuel cell is supplied by the reformer with a hydrogen-containing gas in an optimum state for the respective system. added composition.
  • the cathode is oxygen, usually supplied as part of ambient air.
  • the object of the invention is to present an optimized operating method for which the complexity of the fuel cell system does not have to be significantly increased.
  • inert gases are understood to mean any gas which is harmless to the operation of the fuel cell, mainly nitrogen, carbon dioxide and water, but it is also possible under certain conditions to use gases other than purge gas which under these conditions react neither with hydrogen or oxygen nor with the materials used in the fuel cell system, so behave inertly under these circumstances.
  • the fuel itself may be used, particularly when the fuel is LPG.
  • the fuel behaves under certain conditions like an inert gas.
  • ambient air for the fuel cell can be uncritically replaced by fuel.
  • the reformer hydrogen-containing gas instead of the fuel flow. In this way, the fuel cell system enters the rated operation.
  • the hydrogen-containing gas can be gradually replaced by the (oxygen-free) fuel.
  • the fuel can also be used to flush out the remaining water in the fuel cell system.
  • the fuel cell is flushed with a gas stream consisting essentially of inert gases such as nitrogen, carbon dioxide or water.
  • the exhaust gas of the fuel cell is first reacted in the burner substantially in inert gases, and this emerging from the burner gas stream is passed through an exhaust gas recirculation for purging by the fuel cell.
  • the burner present in the system which is connected downstream of the fuel cell and converts the hydrogen-containing exhaust gas of the fuel cell and which also operates in rated operation, is used in startup and shutdown mode to produce a gas stream which is preferably completely inert gases, for flushing the system is used by unwanted gases such as hydrogen and water.
  • the inert gas stream produced by the burner can also be passed through the reformer and used to purge the reformer.
  • the combustion air ratio ⁇ describes the ratio between the amount of air supplied and the amount of air required for the stoichiometric conversion. With a ⁇ of 1, the fuel is completely stoichiometrically reacted with the amount of air supplied.
  • the burner with an air ratio of ⁇ - ⁇ 1 operated in a first rinsing step. In this way, it is ensured that no oxygen enters the fuel cell system, in particular into the anode of the fuel cell, in which hydrogen is still present at the end of nominal operation.
  • the first purge step may be performed until the hydrogen has been substantially removed from the fuel cell.
  • the burner can be operated with an air ratio of ⁇ 1, so that complete combustion of the fuel-containing gas supplied to the burner takes place.
  • the carbon monoxide contained in the gas stream is essentially completely converted in the burner.
  • a possible excess of oxygen, which passes through the fuel cell with the purge gas is now not critical, since no more hydrogen is present in the fuel cell.
  • the excess air can be used to discharge the water still in the system. It is particularly advantageous if the burner has heated the inert gas, so that the existing water can be better absorbed.
  • the supplied scavenging air can be preheated in the reformer and / or in the burner, wherein both components are preferably already switched off in this case and their residual heat is utilized.
  • the reformer already turn off and only use its residual heat.
  • the reformer be operated in a mode in which it generates almost exclusively inert gases.
  • the burner converts the hydrogen-containing exhaust gases of the anode of the fuel cell in rated operation. In deviating from normal operation operating conditions, in particular the on and. Abfahrphase, it is possible to supply the burner directly generated by the gas reformer gas via a bypass line bypassing the fuel cell. If a larger amount of purge gas is required, it is also possible to supply hydrocarbon-containing fuel to the burner from a storage tank of the fuel cell system.
  • the invention also relates to a fuel cell system in which the methods described above can be used.
  • the invention in a first alternative, relates to a fuel cell system which can be flushed with fuel, the fuel cell system having at least one fuel cell with an anode and a cathode, a hydrogen-containing gas reformer, a burner connected downstream of the fuel cell, and a controller, and the fuel cell system is operable in a normal operation and a startup or shutdown operation.
  • the controller switchable flow connection between a fuel tank and the fuel cell, so that fuel can be passed through the anode and / or the cathode.
  • the cathode can be cleaned in a simple manner when starting air and when driving off hydrogen and water.
  • the fuel is preferably conducted completely via preferably switchable lines to the burner and implemented therein, so that substantially only water and carbon dioxide enter the environment during the rinsing steps with fuel as purge gas.
  • the fuel cell system has at least one fuel cell, a reformer for generating hydrogen-containing gas, a burner connected downstream of the fuel cell, and a controller.
  • the fuel cell system can be operated in a nominal mode and in a startup or shutdown mode.
  • a return line from the burner to a line leading to the fuel cell is provided and the controller is arranged to operate the burner in a startup and / or shutdown mode to produce substantially inert gases.
  • the controller connects the return line in this case via a valve with the line leading to the fuel cell for purging the fuel cell. It is advantageous here that no further components (with the exception of the return line) must be provided in the system, which keeps both the costs and the installation space of the system low.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of a fuel cell system according to the invention for carrying out a method according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a fuel cell system according to the invention for carrying out a method according to the invention
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a fuel cell system according to the invention for carrying out a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a fuel cell system 10 with a fuel cell 12, which in a known manner has an anode 14 and a cathode 16, and which here represents a whole stack of fuel cells.
  • the fuel cell 12 is supplied via a supply line 18 with a hydrogen-containing gas, which is generated in a reformer 20 by a chemical reaction by autothermal reforming from a hydrocarbon-containing fuel from a storage tank 22 in a known way.
  • the reformer 20 also air and water are supplied, which are needed for autothermal reforming.
  • the cathode 16 of the fuel cell 12 is supplied with oxygen via an air supply that conducts ambient air to the cathode 16 (not shown).
  • an air supply that conducts ambient air to the cathode 16 (not shown).
  • the hydrogen-containing off-gas derived from the anode 14 will be delivered via a conduit 24 led to a burner 26.
  • the hydrogen-containing exhaust gas is catalytically reacted with air and then discharged via an exhaust line 28 into the environment of the fuel cell system.
  • a return line 30 which opens to the reformer 20 or alternatively or in combination downstream of the reformer 20 in the conduit 18.
  • a valve 32 offers the possibility to direct the exhaust gas flow to the burner 26 either completely or partially through the return line 30.
  • Exhaust gas recirculation may be active, e.g. by a pump or venturi.
  • a controller 34 is connected to the valve 32 and to the burner 26 and can regulate the valve position and the burner power, for example by adjusting the air supply to the burner 26.
  • bypass line 36 is provided, by means of which the fuel cell 12 can be bridged.
  • the bypass line 36 branches off from the supply line 18, bypasses the fuel cell 12 and leads downstream of the fuel cell 12 into the line 24. Via a valve 38, the gas flow to the fuel cell 12 can be diverted either completely or partially into the bypass line 36. In all cases in which a gas flow is only partially guided via the return line 30 and the bypass line 36, only the volume of the gas stream is reduced, but not changed its composition.
  • hydrocarbonaceous fuel such as liquefied petroleum gas (LPG)
  • LPG liquefied petroleum gas
  • hydrocarbonaceous fuel is directed from the storage tank 22 to the reformer 20 where hydrogen-containing gas is supplied under supply of air and water which is passed through the conduit 18 to the anode 14 of the fuel cell 12 (the bypass conduit 36) completely closed in the example described here, so that all the gas supplied by the reformer 20 reaches the anode 14).
  • the fuel cell 12 a large part of the hydrogen contained in the gas stream is reacted, and the exhaust gas containing the remaining hydrogen is passed via the line 24 to the burner 26.
  • the residual hydrogen is completely ( ⁇ > 1) burned with supply of ambient air (not shown) in this example, and the resulting exhaust gases are discharged via the exhaust pipe 28 to the outside.
  • the exhaust gases contain no more hydrogen and carbon monoxide, but may well have unreacted atmospheric oxygen.
  • the return line 30 is closed, so that no exhaust gas is returned to the reformer 20.
  • the fuel cell system 10 In the start-up phase of the fuel cell system 10 (which corresponds to a first abnormal operation state), the fuel cell system 10 is started after being out of operation for a while. This means that in the fuel cell 12 and also in the anode 14 ambient air and thus oxygen is present.
  • the fuel cell system including the fuel cell 12 In order to remove these disturbing for the rated operation of the fuel cell 2 gases from the system 10, the fuel cell system including the fuel cell 12 is purged with a purge gas until the interfering gases fall below a predetermined concentration.
  • the reformer 20 In a first phase, the reformer 20 is operated in such a way that it generates hydrogen-containing gas.
  • This gas stream is passed completely through the valve 38 and the bypass line 36 past the fuel cell 12 and thus passes directly into the burner 26.
  • the combustible constituents of the gas are completely converted ( ⁇ > 1).
  • the exhaust gases are discharged into the environment. This phase is mainly used to heat the components of the fuel cell system 10th
  • the burner 26 is operated via the controller 34 in a mode that its exhaust gas consists essentially of inert gases, so no oxygen is contained ( ⁇ .s 1, preferably 0.9 .s ⁇ ⁇ 1).
  • the reformer 20 is turned off or is also operated in a mode where it produces substantially inert gases.
  • the air supply to the reformer 20 can be adjusted so that substantially inert gases are generated in the reformer 20.
  • the gas stream leaving the burner 26 contains virtually exclusively inert gases (nitrogen, carbon dioxide, water) which do not contain any gases harmful to the fuel cell 12 or other components of the system.
  • the valve 32 is switched via the controller 34 so that the exhaust gas flow to the burner 26 is wholly or partially recycled via the return line 30.
  • the valve 32 is switched so that this gas flow is fed via the return line 30 upstream of the reformer 20 or bypassing the reformer 20 downstream in the conduit 18.
  • the exhaust gas from the burner 26 is directed to rinse through the anode 14 of the fuel cell 12.
  • bypass line 36 is completely or partially closed via the valve 38 and the gas flow wholly or partially passed through the fuel cell 12 to flush it with the inert gases, so that the anode 14 is released from any atmospheric oxygen. After this rinsing cycle, the anode 14 is thus oxygen-free.
  • the reformer 20 could also be operated so that substantially only inert gases are generated. This first flushing step also ensures that the burner 26 and the reformer 20 reach their operating temperature more quickly through the return of the hot exhaust gas.
  • the exhaust gas recirculation is stopped again and the exhaust gas is discharged to the burner 26 in the environment.
  • the burner 26 is adjusted so that the hydrogen-containing exhaust gases supplied to it are completely burned ( ⁇ > 1).
  • the reformer 20 is switched to the mode in which it provides the optimal gas composition for the fuel cell 12. Eventually, for a short time (a few seconds), the gas flow to the reformer 20 can be bypassed via the bypass line 36 to the fuel cell until the gas composition is optimal.
  • the gas flow from the reformer 20 is completely conducted via the fuel cell 12.
  • the exhaust gas is passed through the exhaust pipe 28 to the outside.
  • the fuel cell system 10 is in its normal operation.
  • the valve 32 is switched via the controller 34 so that the exhaust gases are conducted via the return line 30 back to the reformer 20 or to the fuel cell 12.
  • the burner 26 is operated with a combustion air ratio of ⁇ ⁇ 1 (preferably 0.9 ⁇ ⁇ 1), so that no oxygen is contained in the exhaust gas stream downstream of the burner 26.
  • the exhaust stream contains virtually only for the fuel cell 12 inert gases (nitrogen, carbon dioxide, water).
  • the reformer 20 may either be already switched off or it may be operated in a mode in which it also produces practically only inert gases.
  • the fuel cell 12, especially the anode 14, is rinsed with these inert gases and the hydrogen discharged from the anode 14 is converted into water in the burner 26.
  • a second rinsing step can be carried out, in which the burner is operated in an air ratio ⁇ 2 1 (preferably 1> ⁇ 51, 1), so that all exhaust gases in the burner 26 are completely converted, in particular possibly still existing hydrogen and carbon monoxide.
  • the exhaust gas contains oxygen.
  • the exhaust stream is also passed through the reformer 20, which may already be switched off, but the residual heat is used to heat the exhaust stream.
  • the heated exhaust gas absorbs the water in the fuel cell system 10, so that it can finally be transported through the exhaust pipe 28 to the outside. It is possible to recirculate the exhaust only partially. After completion of this second rinsing step, the burner 26 and the reformer 20 are turned off.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the fuel cell system 100.
  • a second burner 136 is provided in addition to the burner 26, which is supplied via the storage tank 22 with hydrocarbon-containing fuel.
  • This burner 136 is mainly used to heat system components, such as the fuel cell 12, in the start-up phase. But he can also be used for that be generated additionally inert gases, if the exhaust gas of the fuel cell 12 contains too little hydrogen.
  • the inert gases generated in the burner 136 are introduced downstream of the burner 26, but upstream of the valve 32 and then transported on the return line 30 as described above.
  • the burner 136 (and any other burner) is also connected to the controller 34 and is operated analogously to the burner 26 with the respective desired air ratio ⁇ .
  • Such supply of the burner 26 with hydrocarbon-containing fuel is especially for the start-up phase of the system when the reformer 20 is still off, for generating purge gas for the lines, the reformer and the fuel cell 12 is advantageous.
  • FIG. 3 shows a fuel cell system 200 that is similar in construction to the systems just described, but designed to allow the fuel cell 12 (both anode 14 and cathode 16) to be purged with the same fuel that is from the fuel tank 22 is also supplied to the reformer 20 for generating the hydrogen-containing gas.
  • the fuel here liquefied gas
  • the fuel can be conducted to the anode 14 and through it to the burner 26.
  • fuel may be directed from the fuel tank 22 through the cathode 16 to the burner 26.
  • the air supply to the cathode 16 is preferably switched off.
  • all system components through which flow is maintained at a temperature below the ignition temperature of the fuel, and / or it is ensured that these components are free of oxygen at elevated temperatures.
  • the controller 34 controls the gas flows as in the previously described embodiments.
  • the reformer 20 could also be operated in another mode (partial oxidation or steam reforming). Likewise, it is of course possible to downstream one or more purification stages the reformer 20 and to integrate into these.

Abstract

In a method for operating a fuel cell system, having at least one fuel cell (12), a reformer (20) for producing hydrogen-containing gas and a burner (26) connected downstream of the fuel cell (12), in an operating state that deviates from normal operation, the fuel cell (12) is flushed with a flushing gas, wherein the flushing gas is composed of the fuel and/or of a gas stream substantially consisting of inert gases. The waste gas from the fuel cell (12) is converted in the burner (26) substantially into inert gases, and the gas stream emerging from the burner (26) is led via a waste gas recirculation system for flushing through the fuel cell (12).

Description

Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems  Method for operating a fuel cell system
und Brennstoffzellensystem  and fuel cell system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems. In Brennstoffzellen wird auf chemischem Weg elektrische Energie erzeugt. Dabei werden der Brennstoffzelle ein kontinuierlicher Strom eines wasserstoffhal- tigen Gases sowie ein kontinuierlicher Strom eines Oxidationsmittels (meist Luft- sauerstoff) zugeführt. Beim Umsetzen des Wasserstoffs in der Brennstoffzelle entsteht als Abgasprodukt Wasser. Der Wasserstoff wird oft in situ aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff erzeugt, insbesondere bei portablen Brennstoffzellensystemen. Als kohlen- wasserstoffhaltiger Brennstoff kann beispielsweise Flüssiggas (LPG) verwendet werden, was sich vor allem für portable Brennstoffzellensysteme anbietet. Die Hauptbestandteile von Flüssiggas sind Propan und n-Butan. „Brennstoff im Sinne dieser Anmeldung kann jedoch jede Ausgangssubstanz sein, die zur Wasserstofferzeugung herangezogen werden kann. Dies umfasst Flüssiggas, aber z.B. auch andere kohlenwasserstoff- oder alkoholhaltige Stoffe oder Stoffgemische. Die weiteren zur Umsetzung benötigten Edukte, insbesondere Sauerstoff (Luft) oder Wasser werden den jeweiligen Komponenten des Brennstoffzellensystems hingegen separat zugeführt und sind nicht Bestandteil des Brennstoffs. The invention relates to a method for operating a fuel cell system. In fuel cells, electrical energy is generated chemically. In this case, the fuel cell is supplied with a continuous stream of a hydrogen-containing gas and a continuous stream of an oxidizing agent (usually atmospheric oxygen). When reacting the hydrogen in the fuel cell, water is produced as an exhaust gas product. The hydrogen is often generated in situ from a hydrocarbonaceous fuel, particularly in portable fuel cell systems. For example, liquefied petroleum gas (LPG) can be used as the hydrocarbon-containing fuel, which is particularly suitable for portable fuel cell systems. The main components of LPG are propane and n-butane. "Fuel in the context of this application, however, can be any starting substance which can be used for the production of hydrogen. This includes liquefied gas, but e.g. Other hydrocarbon or alcoholic substances or mixtures of substances. The other reactants required for the reaction, in particular oxygen (air) or water, however, are supplied separately to the respective components of the fuel cell system and are not part of the fuel.
Zur Wasserstofferzeugung ist der Brennstoffzelle ein Reformer vorgeschaltet, in dem auf chemischem Weg eine Umsetzung des Brennstoffes in ein wasser- stoffhaltiges Gas erfolgt. Der Reformer kann hierbei beispielsweise nach dem Verfahren der Dampfreformierung, der partiellen Oxidation oder der autothermen Reformierung arbeiten. For the production of hydrogen, the fuel cell is preceded by a reformer in which a chemical conversion of the fuel into a hydrogen-containing gas takes place. The reformer can in this case, for example, by the process of steam reforming, partial oxidation or autothermal reforming work.
Im Normal- oder Nennbetrieb wird der Anode der Brennstoffzelle vom Reformer ein wasserstoffhaltiges Gas in für das jeweilige System optimaler Zusam- mensetzung zugeführt. Der Kathode wird Sauerstoff, meist als Bestandteil von Umgebungsluft, zugeführt. In normal or nominal operation, the anode of the fuel cell is supplied by the reformer with a hydrogen-containing gas in an optimum state for the respective system. added composition. The cathode is oxygen, usually supplied as part of ambient air.
Vor allem das Vorhandensein von Wasserstoff und Wasser in den Systemkomponenten ist in vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszuständen kritisch, vor allem beim An- oder Abfahren des Systems. Wird z.B. die Brennstoffzelle abgeschaltet, muss vermieden werden, dass der noch im System befindliche Wasserstoff mit Luftsauerstoff reagieren kann. Das noch im System befindliche Wasser sollte entfernt werden, um bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein Ausfrieren zu vermeiden. Es ist bekannt, das Brennstoffzellensystem beim An- oder Abfahren mit für die Brennstoffzelle inerten Gasen zu spülen, um unerwünschte Gase aus dem System zu entfernen. Hiermit beschäftigt sich beispielsweise die US 2003/0072978 A1. Above all, the presence of hydrogen and water in the system components is critical in operating conditions deviating from normal operation, especially when starting or stopping the system. If e.g. shut off the fuel cell, it must be avoided that the hydrogen still in the system can react with atmospheric oxygen. The water still in the system should be removed to avoid freezing at low ambient temperatures. It is known to flush the fuel cell system when starting or stopping with inert gases for the fuel cell to remove unwanted gases from the system. This concerns, for example, US 2003/0072978 A1.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optimiertes Betriebsverfahren vorzustellen, für das die Komplexität des Brennstoffzellensystems nicht wesentlich erhöht werden muss. The object of the invention is to present an optimized operating method for which the complexity of the fuel cell system does not have to be significantly increased.
Ein solches Verfahren ist in Anspruch 1 beschrieben. Im Zusammenhang mit dieser Anmeldung wird unter„inerten Gasen" jedes Gas verstanden, das für den Betrieb der Brennstoffzelle unschädlich ist, hauptsächlich Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser. Es ist aber auch möglich, unter bestimmten Bedingungen andere Gase als Spülgas einzusetzen, die unter diesen Bedingungen weder mit Wasserstoff oder Sauerstoff noch mit den im Brennstoffzellesystem verwendeten Materialien reagieren, sich also unter diesen Umständen inert verhalten. Such a method is described in claim 1. In the context of this application, "inert gases" are understood to mean any gas which is harmless to the operation of the fuel cell, mainly nitrogen, carbon dioxide and water, but it is also possible under certain conditions to use gases other than purge gas which under these conditions react neither with hydrogen or oxygen nor with the materials used in the fuel cell system, so behave inertly under these circumstances.
Es hat sich herausgestellt, dass zum Spülen des Brennstoffzellensystems in einem vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszustand der Brennstoff selbst verwendet werden kann, insbesondere, wenn es sich bei dem Brennstoff um Flüssiggas (LPG) handelt. Weder Luftsauerstoff noch Wasserstoff reagieren beispielsweise bei Raumtemperatur mit dem Brennstoff. Für beide Gase verhält sich daher der Brennstoff unter bestimmten Bedingungen wie ein inertes Gas. Beim Anfahren des Brennstoffzellensystems kann die im noch kalten System befindliche Umgebungsluft für die Brennstoffzelle unkritisch durch Brennstoff ersetzt werden. Nachdem alle Komponenten des Brennstoffzellensystems ihre Be- triebstemperatur erreicht haben, kann das im Reformer erzeugte wasserstoffhal- tige Gas anstelle des Brennstoffstroms treten. Auf diese Weise gelangt das Brennstoffzellensystem in den Nennbetrieb. It has been found that, for purging the fuel cell system in a non-normal operating condition, the fuel itself may be used, particularly when the fuel is LPG. Neither atmospheric oxygen nor hydrogen, for example, react with the fuel at room temperature. For both gases, therefore, the fuel behaves under certain conditions like an inert gas. When starting the fuel cell system located in the still cold system ambient air for the fuel cell can be uncritically replaced by fuel. After all components of the fuel cell system have fulfilled their reached operating temperature can occur in the reformer hydrogen-containing gas instead of the fuel flow. In this way, the fuel cell system enters the rated operation.
Beim Abfahren des Systems kann, nach Abschalten oder durch Umgehung des Reformers, das wasserstoffhaltige Gas nach und nach durch den (sauerstofffreien) Brennstoff ersetzt werden. Mit dem Brennstoff kann auch das noch in Brennstoffzellensystem verbliebene Wasser ausgespült werden. When shutting down the system, after switching off or by bypassing the reformer, the hydrogen-containing gas can be gradually replaced by the (oxygen-free) fuel. The fuel can also be used to flush out the remaining water in the fuel cell system.
Abschließend kann ein weiterer Spülschritt mit Umgebungsluft durchgeführt werden. Nach Passieren der Brennstoffzelle wird der Brennstoff durch den im System vorhandenen Brenner geleitet, wo er, eventuell zusammen mit dem verbliebenen Restwasserstoff, vollständig umgesetzt wird, so dass im wesentlichen nur Kohlendioxid und Wasser in die Umgebung des Brennstoffzellensystems gelangen. Finally, another rinsing step with ambient air can be carried out. After passing through the fuel cell, the fuel is passed through the existing burner in the burner, where he, possibly together with the remaining residual hydrogen, completely implemented, so that essentially only carbon dioxide and water enter the environment of the fuel cell system.
In einer Alternative des Verfahrens wird die Brennstoffzelle mit einem im We- sentlichen aus inerten Gasen wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Wasser bestehenden Gasstrom gespült. Das Abgas der Brennstoffzelle wird zunächst im Brenner im Wesentlichen in inerte Gase umgesetzt, und dieser aus dem Brenner austretende Gasstrom wird über eine Abgasrückführung zur Spülung durch die Brennstoffzelle geleitet. Der im System vorhandene Brenner, der der Brennstoff- zelle nachgeschaltet ist und das wasserstoffhaltige Abgas der Brennstoffzelle umsetzt und der auch im Nennbetrieb arbeitet, wird im An- und Abfahrbetrieb genutzt, um einen vorzugsweise vollständig aus inerten Gasen bestehenden Gasstrom zu erzeugen, der zur Spülung des Systems von unerwünschten Gasen wie Wasserstoff und Wasser eingesetzt wird. Der vom Brenner erzeugte inerte Gasstrom kann auch durch den Reformer geleitet und so zur Spülung des Reformers verwendet werden. In an alternative of the method, the fuel cell is flushed with a gas stream consisting essentially of inert gases such as nitrogen, carbon dioxide or water. The exhaust gas of the fuel cell is first reacted in the burner substantially in inert gases, and this emerging from the burner gas stream is passed through an exhaust gas recirculation for purging by the fuel cell. The burner present in the system, which is connected downstream of the fuel cell and converts the hydrogen-containing exhaust gas of the fuel cell and which also operates in rated operation, is used in startup and shutdown mode to produce a gas stream which is preferably completely inert gases, for flushing the system is used by unwanted gases such as hydrogen and water. The inert gas stream produced by the burner can also be passed through the reformer and used to purge the reformer.
Alternativ ist es auch möglich, den Reformer ebenfalls so zu betreiben, dass er inertes Gas erzeugt und ihn einzusetzen, um die Spülwirkung zu verstärken. Wird der Gasstrom durch den Reformer geleitet, kann er insbesondere in der Anfahrphase auch zum Aufheizen des Reformers eingesetzt werden. Das Verbrennungsluftverhältnis λ beschreibt das Verhältnis zwischen der zugeführten Luftmenge und der für die stöchiometrische Umsetzung benötigten Luftmenge. Bei einem λ von 1 wird der Brennstoff mit der zugeführten Luftmenge vollständig stöchiometrisch umgesetzt. Vorzugsweise wird im Abfahrbetrieb, also der Abfahrphase des Systems, in einem ersten Spülschritt der Brenner mit einem Luftverhältnis von λ -ί 1 betrieben. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass kein Sauerstoff in das Brennstoffzellensystem, insbesondere in die Anode der Brennstoffzelle gelangt, in der bei Ende des Nennbetriebs noch Wasserstoff vorhanden ist. Der erste Spülschritt kann solange ausgeführt werden, bis der Wasserstoff im Wesentlichen aus der Brennstoffzelle entfernt wurde. Alternatively, it is also possible to operate the reformer also so that it generates inert gas and use it to enhance the rinsing effect. If the gas stream is passed through the reformer, it can also be used to heat the reformer, especially in the start-up phase. The combustion air ratio λ describes the ratio between the amount of air supplied and the amount of air required for the stoichiometric conversion. With a λ of 1, the fuel is completely stoichiometrically reacted with the amount of air supplied. Preferably, in the Abfahrbetrieb, ie the Abfahrphase of the system, in a first rinsing step, the burner with an air ratio of λ -ί 1 operated. In this way, it is ensured that no oxygen enters the fuel cell system, in particular into the anode of the fuel cell, in which hydrogen is still present at the end of nominal operation. The first purge step may be performed until the hydrogen has been substantially removed from the fuel cell.
Dann kann in einem zweiten Spülschritt der Brenner mit einem Luftverhältnis von λ 1 betrieben werden, sodass eine vollständige Verbrennung des dem Brenner zugeleiteten brennstoffhaltigen Gas erfolgt. Insbesondere wird im Bren- ner auch das im Gasstrom enthaltene Kohlenmonoxid im Wesentlichen vollständig umgesetzt. Ein eventueller Sauerstoffüberschuss, der mit dem Spülgas durch die Brennstoffzelle gelangt, ist nun unkritisch, da kein Wasserstoff mehr in der Brennstoffzelle vorhanden ist. Then, in a second rinsing step, the burner can be operated with an air ratio of λ 1, so that complete combustion of the fuel-containing gas supplied to the burner takes place. In particular, the carbon monoxide contained in the gas stream is essentially completely converted in the burner. A possible excess of oxygen, which passes through the fuel cell with the purge gas is now not critical, since no more hydrogen is present in the fuel cell.
Der Luftüberschuss kann genutzt werden, um das noch im System befindliche Wasser auszutragen. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Brenner das inerte Gas aufgeheizt hat, so dass das vorhandene Wasser besser aufgenommen werden kann. The excess air can be used to discharge the water still in the system. It is particularly advantageous if the burner has heated the inert gas, so that the existing water can be better absorbed.
Es ist möglich, in einem weiteren, dritten Spülschritt das Brennstoffzellensystem mit Luft zu spülen. Auf diese Weise kann das Wasser, das eventuell noch im System vorhanden ist, praktisch vollständig entfernt werden. Die zugeführte Spülluft kann im Reformer und/oder im Brenner vorgeheizt werden, wobei beide Komponenten in diesem Fall vorzugsweise bereits abgeschaltet sind und ihre Restwärme ausgenutzt wird. It is possible to purge the fuel cell system with air in a further, third rinsing step. In this way, the water that may still be present in the system can be almost completely removed. The supplied scavenging air can be preheated in the reformer and / or in the burner, wherein both components are preferably already switched off in this case and their residual heat is utilized.
Es ist möglich, in allen vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszuständen, in denen eine Spülung durchgeführt wird, den Reformer bereits abzuschalten und nur dessen Restwärme auszunutzen. Alternativ kann der Reformer natürlich auch in einem Modus betrieben werden, in dem er praktisch ausschließlich inerte Gase erzeugt. It is possible, in all deviating from normal operation states in which a purge is performed, the reformer already turn off and only use its residual heat. Alternatively, of course, the reformer be operated in a mode in which it generates almost exclusively inert gases.
Der Brenner setzt im Nennbetrieb die wasserstoffhaltigen Abgase der Anode der Brennstoffzelle um. Im von Normalbetrieb abweichenden Betriebszuständen, insbesondere der An-bzw. Abfahrphase, ist es möglich, dem Brenner das vom Reformer erzeugte Gas über eine die Brennstoffzelle umgehende Bypassleitung direkt zuzuführen. Falls eine größere Menge an Spülgas benötigt wird, ist es auch möglich, dem Brenner kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aus einem Vorratstank des Brenn- stoffzellensystems zuzuführen. The burner converts the hydrogen-containing exhaust gases of the anode of the fuel cell in rated operation. In deviating from normal operation operating conditions, in particular the on and. Abfahrphase, it is possible to supply the burner directly generated by the gas reformer gas via a bypass line bypassing the fuel cell. If a larger amount of purge gas is required, it is also possible to supply hydrocarbon-containing fuel to the burner from a storage tank of the fuel cell system.
Es ist auch möglich, zusätzlich zu dem der Brennstoffzelle nachgeschalteten Brenner einen zusätzlichen Brenner vorzusehen, der inerte Gase zur Spülung der Brennstoffzelle erzeugt. Diesem Brenner wird dann ausschließlich der koh- lenwasserstoffhaltige Brennstoff und/oder ein Teil des Abgases der Brennstoff- zelle zugeführt. It is also possible, in addition to the burner downstream of the fuel cell, to provide an additional burner which generates inert gases for purging the fuel cell. Only the hydrocarbon-containing fuel and / or part of the exhaust gas of the fuel cell is then supplied to this burner.
Generell ist für die Verbrennung in dem oder den Brennern ein Luftverhältnis von λ = 1 wünschenswert. Insbesondere bei den Spülschritten ist ein Verhältnis von etwa λ = 0,9 bzw. λ = 1 ,1 , je nach der gewünschten Zusammensetzung des Abgases günstig. Die Erfindung betrifft außerdem ein Brennstoffzellensystem, in dem die oben beschriebenen Verfahren angewendet werden können. Generally, an air ratio of λ = 1 is desirable for combustion in the burner (s). In particular, in the rinsing steps, a ratio of about λ = 0.9 or λ = 1, 1, depending on the desired composition of the exhaust gas low. The invention also relates to a fuel cell system in which the methods described above can be used.
In einer ersten Alternative betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das mit Brennstoff spülbar ist, wobei das Brennstoffzellensystem wenigstens einer Brennstoffzelle mit einer Anode und einer Kathode, einen Reformer zur Er- zeugung von wasserstoffhaltigem Gas, einen der Brennstoffzelle nachgeschalteten Brenner und eine Steuerung aufweist, und das Brennstoffzellensystem in einem Normalbetrieb und einem An- oder Abfahrbetrieb betreibbar ist. Es ist eine durch die Steuerung schaltbare Strömungsverbindung zwischen einem Brennstofftank und der Brennstoffzelle vorgesehen, so dass Brennstoff durch die Ano- de und/oder die Kathode geleitet werden kann. So kann auch die Kathode auf einfache Weise beim Anfahren von Luft und beim Abfahren von Wasserstoff und Wasser gereinigt werden. Der Brennstoff wird nach Verlassen der Kathode vorzugsweise vollständig über vorzugsweise schaltbare Leitungen zum Brenner geleitet und in diesem umgesetzt, so dass bei den Spülschritten mit Brennstoff als Spülgas im Wesentlichen nur Wasser und Kohlendioxid in die Umgebung gelangen. Gemäß einer zweiten Alternative weist das Brennstoffzellensystem wenigstens eine Brennstoffzelle auf, einen Reformer zur Erzeugung von wasserstoffhal- tigem Gas, einen der Brennstoffzelle nachgeschalteten Brenner und eine Steuerung. Das Brennstoffzellensystem kann in einem Nennbetrieb und in einem An- bzw. Abfahrbetrieb betrieben werden. Eine Rückführleitung vom Brenner in eine zur Brennstoffzelle führende Leitung ist vorgesehen, und die Steuerung ist so ausgelegt, dass sie in einem Anfahr- und/oder Abfahrbetrieb den Brenner so betreibt, dass im Wesentlichen inerte Gase erzeugt werden. Außerdem verbindet die Steuerung die Rückführleitung in diesem Fall über ein Ventil mit der zur Brennstoffzelle führenden Leitung zur Spülung der Brennstoffzelle. Vorteilhaft ist hier, dass keine weiteren Komponenten (mit Ausnahme der Rückführleitung) im System vorgesehen werden müssen, was sowohl die Kosten als auch den Bauraum des Systems gering hält. In a first alternative, the invention relates to a fuel cell system which can be flushed with fuel, the fuel cell system having at least one fuel cell with an anode and a cathode, a hydrogen-containing gas reformer, a burner connected downstream of the fuel cell, and a controller, and the fuel cell system is operable in a normal operation and a startup or shutdown operation. Provided by the controller switchable flow connection between a fuel tank and the fuel cell, so that fuel can be passed through the anode and / or the cathode. Thus, the cathode can be cleaned in a simple manner when starting air and when driving off hydrogen and water. After leaving the cathode, the fuel is preferably conducted completely via preferably switchable lines to the burner and implemented therein, so that substantially only water and carbon dioxide enter the environment during the rinsing steps with fuel as purge gas. According to a second alternative, the fuel cell system has at least one fuel cell, a reformer for generating hydrogen-containing gas, a burner connected downstream of the fuel cell, and a controller. The fuel cell system can be operated in a nominal mode and in a startup or shutdown mode. A return line from the burner to a line leading to the fuel cell is provided and the controller is arranged to operate the burner in a startup and / or shutdown mode to produce substantially inert gases. In addition, the controller connects the return line in this case via a valve with the line leading to the fuel cell for purging the fuel cell. It is advantageous here that no further components (with the exception of the return line) must be provided in the system, which keeps both the costs and the installation space of the system low.
Es wäre auch denkbar, eine Abgasrückführung inerter Gase mit der Spülung mit Brennstoff zu kombinieren. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen: It would also be conceivable to combine an exhaust gas recirculation of inert gases with the purge with fuel. The invention will be described in more detail below with reference to several embodiments with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
- Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zur Durchführung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens; - Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a fuel cell system according to the invention for carrying out a method according to the invention;
- Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und FIG. 2 shows a second embodiment of a fuel cell system according to the invention for carrying out a method according to the invention; and
- Figur 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 10 mit einer Brennstoffzelle 12, die auf bekannte Weise eine Anode 14 und eine Kathode 16 aufweist und die hier stellvertretend für einen ganzen Stapel von Brennstoffzellen steht. Die Brennstoffzelle 12 wird über eine Zuleitung 18 mit einem wasserstoffhaltigen Gas versorgt, das in einem Reformer 20 auf bekanntem Weg über eine chemische Umsetzung durch autotherme Reformierung aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aus einem Vorratstank 22 erzeugt wird. Dem Reformer 20 werden außerdem noch Luft und Wasser zugeführt, die für die autotherme Reformierung benötigt werden. Der Kathode 16 der Brennstoffzelle 12 wird Sauerstoff über eine Luftzuführung, die Umgebungsluft zur Kathode 16 leitet, zugeführt (nicht dargestellt). Im Nenn- oder Normalbetrieb, in dem die Brennstoffzelle 12 elektrische Energie liefert und in der sowohl die vom Reformer 20 gelieferte Gaszusammensetzung optimal ist als auch alle Komponenten ihre normale Betriebstemperatur haben, wird das von der Anode 14 abgeleitete, noch wasserstoffhaltige Abgas über eine Leitung 24 zu einem Brenner 26 geführt. Dort wird das wasserstoffhal- tige Abgas mit Luft katalytisch umgesetzt und anschließend über eine Abgaslei- tung 28 in die Umgebung des Brennstoffzellensystems entlassen. FIG. 3 shows a third embodiment of a fuel cell system according to the invention for carrying out a method according to the invention. FIG. 1 shows a fuel cell system 10 with a fuel cell 12, which in a known manner has an anode 14 and a cathode 16, and which here represents a whole stack of fuel cells. The fuel cell 12 is supplied via a supply line 18 with a hydrogen-containing gas, which is generated in a reformer 20 by a chemical reaction by autothermal reforming from a hydrocarbon-containing fuel from a storage tank 22 in a known way. The reformer 20 also air and water are supplied, which are needed for autothermal reforming. The cathode 16 of the fuel cell 12 is supplied with oxygen via an air supply that conducts ambient air to the cathode 16 (not shown). In nominal or normal operation, in which the fuel cell 12 provides electrical energy and in which both the gas composition provided by the reformer 20 is optimal and all components are at their normal operating temperature, the hydrogen-containing off-gas derived from the anode 14 will be delivered via a conduit 24 led to a burner 26. There, the hydrogen-containing exhaust gas is catalytically reacted with air and then discharged via an exhaust line 28 into the environment of the fuel cell system.
Von der Abgasleitung 28 zweigt eine Rückführleitung 30 ab, die zum Reformer 20 oder alternativ oder in Kombination stromabwärts des Reformers 20 in die Leitung 18 mündet. Ein Ventil 32 bietet die Möglichkeit, den Abgasstrom nach dem Brenner 26 wahlweise ganz oder teilweise durch die Rückführleitung 30 zu leiten. From the exhaust pipe 28 branches off a return line 30, which opens to the reformer 20 or alternatively or in combination downstream of the reformer 20 in the conduit 18. A valve 32 offers the possibility to direct the exhaust gas flow to the burner 26 either completely or partially through the return line 30.
Die Abgasrückführung kann aktiv, z.B. durch eine Pumpe oder eine Venturidüse, unterstützt werden. Exhaust gas recirculation may be active, e.g. by a pump or venturi.
Eine Steuerung 34 ist mit dem Ventil 32 sowie mit dem Brenner 26 verbunden und kann die Ventilstellung sowie die Brennerleistung beispielsweise durch Anpassung der Luftzufuhr zum Brenner 26 regeln. A controller 34 is connected to the valve 32 and to the burner 26 and can regulate the valve position and the burner power, for example by adjusting the air supply to the burner 26.
Außerdem ist eine Bypassleitung 36 vorgesehen, mittels der die Brennstoffzelle 12 überbrückt werden kann. Die Bypassleitung 36 zweigt von der Zuleitung 18 ab, umgeht die Brennstoffzelle 12 und mündet stromabwärts der Brennstoff- zelle 12 in die Leitung 24. Über ein Ventil 38 lässt sich der Gasstrom zur Brennstoffzelle 12 wahlweise ganz oder teilweise in die Bypassleitung 36 umleiten. In allen Fällen, in denen ein Gasstrom nur teilweise über die Rückführleitung 30 bzw. die Bypassleitung 36 geführt wird, wird lediglich das Volumen des Gasstroms reduziert, nicht aber dessen Zusammensetzung verändert. In addition, a bypass line 36 is provided, by means of which the fuel cell 12 can be bridged. The bypass line 36 branches off from the supply line 18, bypasses the fuel cell 12 and leads downstream of the fuel cell 12 into the line 24. Via a valve 38, the gas flow to the fuel cell 12 can be diverted either completely or partially into the bypass line 36. In all cases in which a gas flow is only partially guided via the return line 30 and the bypass line 36, only the volume of the gas stream is reduced, but not changed its composition.
Im Normalbetrieb wird kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff, beispielsweise Flüssiggas (LPG) vom Vorratstank 22 zum Reformer 20 geleitet, in dem unter Zuführung von Luft und Wasser wasserstoffhaltiges Gas erzeugt wird, das durch die Leitung 18 zur Anode 14 der Brennstoffzelle 12 geführt wird (die Bypassleitung 36 ist bei dem hier beschriebenen Beispiel vollständig geschlossen, so dass sämtliches vom Reformer 20 geliefertes Gas zur Anode 14 gelangt). In der Brennstoffzelle 12 wird ein Großteil des im Gasstrom enthaltenen Wasserstoffs umgesetzt, und das Abgas, das den restlichen Wasserstoff enthält, wird über die Leitung 24 zum Brenner 26 geleitet. Dort wird der restliche Wasserstoff unter Zuführung von Umgebungsluft (nicht gezeigt) in diesem Beispiel vollständig (λ > 1) verbrannt, und die resultierenden Abgase werden über die Abgasleitung 28 ins Freie geleitet. Die Abgase enthalten keinen Wasserstoff und kein Kohlen- monoxid mehr, aber können durchaus nicht umgesetzten Luftsauerstoff aufweisen. In normal operation, hydrocarbonaceous fuel, such as liquefied petroleum gas (LPG), is directed from the storage tank 22 to the reformer 20 where hydrogen-containing gas is supplied under supply of air and water which is passed through the conduit 18 to the anode 14 of the fuel cell 12 (the bypass conduit 36) completely closed in the example described here, so that all the gas supplied by the reformer 20 reaches the anode 14). In the fuel cell 12, a large part of the hydrogen contained in the gas stream is reacted, and the exhaust gas containing the remaining hydrogen is passed via the line 24 to the burner 26. There, the residual hydrogen is completely (λ> 1) burned with supply of ambient air (not shown) in this example, and the resulting exhaust gases are discharged via the exhaust pipe 28 to the outside. The exhaust gases contain no more hydrogen and carbon monoxide, but may well have unreacted atmospheric oxygen.
Es ist auch möglich, den Wasserstoff sozusagen aufzuteilen und einen Teil des wasserstoffhaltigen Gases auch im Normalbetrieb über die Bypassleitung direkt zum Brenner zu führen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn zum Erreichen einer gewünschten Brennerleistung mehr Wasserstoff benötigt wird als im Anodenabgas enthalten ist. It is also possible to divide the hydrogen, so to speak, and to lead a portion of the hydrogen-containing gas also in normal operation via the bypass line directly to the burner. This may be useful, for example, if more hydrogen is required to achieve a desired burner output than is contained in the anode exhaust gas.
Die Rückführleitung 30 ist geschlossen, sodass kein Abgas zum Reformer 20 zurückgeleitet wird. In der Anfahr- oder Startphase des Brennstoffzellensystems 10 (die einem ersten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszustand entspricht), wird das Brennstoffzellensystem 10 in Gang gesetzt, nachdem es eine Zeitlang außer Betrieb war. Dies bedeutet, dass in der Brennstoffzelle 12 und auch in der Anode 14 Umgebungsluft und damit Sauerstoff vorhanden ist. Um diese für den Nenn- betrieb der Brennstoffzelle 2 störenden Gase aus dem System 10 zu entfernen, wird das Brennstoffzellensystem inklusive der Brennstoffzelle 12 mit einem Spülgas gespült, bis die störenden Gase eine vorbestimmte Konzentration unterschreiten. In einer ersten Phase wird der Reformer 20 so betrieben, dass er was- serstoffhaltiges Gas erzeugt. Dieser Gasstrom wird über das Ventil 38 und die Bypassleitung 36 vollständig an der Brennstoffzelle 12 vorbei geleitet und gelangt so direkt in den Brenner 26. Im Brenner werden die brennbaren Bestandteile des Gases vollständig umgesetzt (λ > 1). Nach dem Brenner 26 werden die Abgase in die Umgebung abgeleitet. Diese Phase dient hauptsächlich zur Aufheizung der Komponenten des Brennstoffzellensystems 10. The return line 30 is closed, so that no exhaust gas is returned to the reformer 20. In the start-up phase of the fuel cell system 10 (which corresponds to a first abnormal operation state), the fuel cell system 10 is started after being out of operation for a while. This means that in the fuel cell 12 and also in the anode 14 ambient air and thus oxygen is present. In order to remove these disturbing for the rated operation of the fuel cell 2 gases from the system 10, the fuel cell system including the fuel cell 12 is purged with a purge gas until the interfering gases fall below a predetermined concentration. In a first phase, the reformer 20 is operated in such a way that it generates hydrogen-containing gas. This gas stream is passed completely through the valve 38 and the bypass line 36 past the fuel cell 12 and thus passes directly into the burner 26. In the burner, the combustible constituents of the gas are completely converted (λ> 1). After the burner 26, the exhaust gases are discharged into the environment. This phase is mainly used to heat the components of the fuel cell system 10th
In einer zweiten Phase wird der Brenner 26 über die Steuerung 34 in einem Modus betrieben, dass sein Abgas im Wesentlichen aus inerten Gasen besteht, also kein Sauerstoff mehr enthalten ist (λ .s 1 , bevorzugt 0,9 .s λ < 1). Der Refor- mer 20 ist abgeschaltet oder wird ebenfalls in einem Modus betrieben, in dem er im Wesentlichen inerte Gase erzeugt. Hierzu kann optional die Luftzufuhr zum Reformer 20 so angepasst werden, dass im Reformer 20 im Wesentlichen inerte Gase erzeugt werden. In a second phase, the burner 26 is operated via the controller 34 in a mode that its exhaust gas consists essentially of inert gases, so no oxygen is contained (λ .s 1, preferably 0.9 .s λ <1). The reformer 20 is turned off or is also operated in a mode where it produces substantially inert gases. For this purpose, optionally, the air supply to the reformer 20 can be adjusted so that substantially inert gases are generated in the reformer 20.
Der aus dem Brenner 26 austretende Gasstrom enthält praktisch ausschließ- lieh inerte Gase (Stickstoff, Kohlendioxid, Wasser), die keine für die Brennstoffzelle 12 oder andere Komponenten des Systems schädlichen Gase enthalten. Jetzt wird über die Steuerung 34 das Ventil 32 so geschaltet, dass der Abgasstrom nach dem Brenner 26 ganz oder teilweise über die Rückführleitung 30 rückgeführt wird. Das Ventil 32 wird so geschaltet, dass dieser Gasstrom über die Rückführleitung 30 stromaufwärts des Reformers 20 oder unter Umgehung des Reformers 20 stromabwärts in die Leitung 18 eingespeist wird. Das Abgas des Brenners 26 wird zum Spülen durch die Anode 14 der Brennstoffzelle 12 geleitet. The gas stream leaving the burner 26 contains virtually exclusively inert gases (nitrogen, carbon dioxide, water) which do not contain any gases harmful to the fuel cell 12 or other components of the system. Now, the valve 32 is switched via the controller 34 so that the exhaust gas flow to the burner 26 is wholly or partially recycled via the return line 30. The valve 32 is switched so that this gas flow is fed via the return line 30 upstream of the reformer 20 or bypassing the reformer 20 downstream in the conduit 18. The exhaust gas from the burner 26 is directed to rinse through the anode 14 of the fuel cell 12.
Nun wird die Bypassleitung 36 über das Ventil 38 ganz oder teilweise geschlossen und der Gasstrom ganz oder teilweise durch die Brennstoffzelle 12 geleitet, um diese mit den inerten Gasen zu spülen, so dass die Anode 14 von etwaigem Luftsauerstoff befreit wird. Nach diesem Spülzyklus ist somit die Anode 14 sauerstofffrei. Now, the bypass line 36 is completely or partially closed via the valve 38 and the gas flow wholly or partially passed through the fuel cell 12 to flush it with the inert gases, so that the anode 14 is released from any atmospheric oxygen. After this rinsing cycle, the anode 14 is thus oxygen-free.
Alternativ dazu, in einem ersten Schritt das vom Reformer 20 erzeugte Gas über die Bypassleitung 36 an der Brennstoffzelle 12 vorbei zu leiten, könnte auch der Reformer 20 gleich so betrieben werden, dass im Wesentlichen nur inerte Gase erzeugt werden. Dieser erste Spülschritt sorgt durch die Rückführung des heißen Abgases auch dafür, dass der Brenner 26 und der Reformer 20 schneller auf ihre Betriebstemperatur kommen. Alternatively, in a first step, the gas generated by the reformer 20 to pass over the bypass line 36 past the fuel cell 12, the reformer 20 could also be operated so that substantially only inert gases are generated. This first flushing step also ensures that the burner 26 and the reformer 20 reach their operating temperature more quickly through the return of the hot exhaust gas.
In einer dritten Phase wird die Abgasrückführung wieder beendet und das Abgas nach dem Brenner 26 in die Umgebung abgeleitet. Gleichzeitig wird der Brenner 26 so eingestellt, dass die ihm zugeführten wasserstoffhaltigen Abgase vollständig verbrannt werden (λ > 1). Außerdem wird der Reformer 20 in den Modus geschaltet, in dem er die für die Brennstoffzelle 12 optimale Gaszusammensetzung liefert. Eventuell kann für eine kurze Zeit (wenige Sekunden) der Gasstrom nach dem Reformer 20 über die Bypassleitung 36 an der Brennstoffzelle vorbeigeführt werden, bis die Gaszusammensetzung optimal ist. In a third phase, the exhaust gas recirculation is stopped again and the exhaust gas is discharged to the burner 26 in the environment. At the same time, the burner 26 is adjusted so that the hydrogen-containing exhaust gases supplied to it are completely burned (λ> 1). In addition, the reformer 20 is switched to the mode in which it provides the optimal gas composition for the fuel cell 12. Eventually, for a short time (a few seconds), the gas flow to the reformer 20 can be bypassed via the bypass line 36 to the fuel cell until the gas composition is optimal.
Nachdem sowohl die Betriebstemperaturen des Brenners 26 und des Reformers 20 erreicht sind als auch das vom Reformer 20 gelieferte Gas seine optimale Zusammensetzung hat, wird der Gasstrom vom Reformer 20 vollständig über die Brennstoffzelle 12 geleitet. Nach dem Brenner 26 wird das Abgas über die Abgasleitung 28 ins Freie geführt. Damit befindet sich das Brennstoffzellensystem 10 in seinem Normalbetrieb. After both the operating temperatures of the burner 26 and the reformer 20 have been reached and the gas supplied by the reformer 20 has its optimum composition, the gas flow from the reformer 20 is completely conducted via the fuel cell 12. After the burner 26, the exhaust gas is passed through the exhaust pipe 28 to the outside. Thus, the fuel cell system 10 is in its normal operation.
Beim Abfahren des Systems (was einem zweiten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszustand entspricht), besteht das Problem, dass der noch in der Brennstoffzelle 12 vorhandene Wasserstoff nicht mit Luftsauerstoff in Berührung kommen sollte. When the system is shut down (which corresponds to a second operating state deviating from normal operation), there is the problem that the hydrogen still present in the fuel cell 12 should not come into contact with atmospheric oxygen.
Zum Abfahren wird daher über die Steuerung 34 das Ventil 32 so geschaltet, dass die Abgase über die Rückführleitung 30 zurück zum Reformer 20 oder zur Brennstoffzelle 12 geleitet werden. In einem ersten Spülschritt wird der Brenner 26 mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ < 1 (bevorzugt 0,9 < λ < 1) betrieben, sodass im Abgasstrom nach dem Brenner 26 kein Sauerstoff enthalten ist. Der Abgasstrom enthält praktisch nur für die Brennstoffzelle 12 inerte Gase (Stickstoff, Kohlendioxid, Wasser). To shut down, therefore, the valve 32 is switched via the controller 34 so that the exhaust gases are conducted via the return line 30 back to the reformer 20 or to the fuel cell 12. In a first rinsing step, the burner 26 is operated with a combustion air ratio of λ <1 (preferably 0.9 <λ <1), so that no oxygen is contained in the exhaust gas stream downstream of the burner 26. The exhaust stream contains virtually only for the fuel cell 12 inert gases (nitrogen, carbon dioxide, water).
Der Reformer 20 kann entweder bereits abgeschaltet sein oder er kann in ei- nem Modus betrieben werden, in dem er ebenfalls praktisch nur inerte Gase erzeugt. Die Brennstoffzelle 12, vor allem die Anode 14, wird mit diesen inerten Gasen gespült und der aus der Anode 14 ausgetragene Wasserstoff im Brenner 26 zu Wasser umgesetzt. The reformer 20 may either be already switched off or it may be operated in a mode in which it also produces practically only inert gases. The fuel cell 12, especially the anode 14, is rinsed with these inert gases and the hydrogen discharged from the anode 14 is converted into water in the burner 26.
Nach diesem ersten Spülschritt kann ein zweiter Spülschritt erfolgen, in dem der Brenner in einem Luftverhältnis λ 2 1 (bevorzugt 1 > λ 51 ,1) betrieben wird, sodass sämtliche Abgase im Brenner 26 komplett umgesetzt werden, insbesondere eventuell noch vorhandener Wasserstoff und Kohlenmonoxid. After this first rinsing step, a second rinsing step can be carried out, in which the burner is operated in an air ratio λ 2 1 (preferably 1> λ 51, 1), so that all exhaust gases in the burner 26 are completely converted, in particular possibly still existing hydrogen and carbon monoxide.
Das Verbrennungsluftverhältnis kann für die Spülschritte auch auf einen im Wesentlichen festen Wert-kleiner bzw. größer 1 (z.B. λ = 0,95 bzw. λ = 1 ,05) ein- gestellt werden, um sicherzustellen, dass die Abgase des Brenners keinen Sauerstoff bzw. keinen Wasserstoff mehr enthalten. The combustion air ratio can also be adjusted to a substantially fixed value smaller or greater than 1 (eg λ = 0.95 or λ = 1, 05) for the rinsing steps in order to ensure that the exhaust gases of the burner do not contain any oxygen or oxygen contain no hydrogen.
Da nach dem ersten Spülschritt in der Brennstoffzelle 12 kein Wasserstoff mehr vorhanden ist, ist es unproblematisch, wenn das Abgas Sauerstoff enthält. Vorzugsweise wird der Abgasstrom auch durch den Reformer 20 geleitet, der bereits abgeschaltet sein kann, dessen Restwärme aber genutzt wird, um den Abgasstrom aufzuheizen. Das erhitzte Abgas nimmt das Wasser im Brennstoffzellensystem 10 auf, sodass es schließlich durch die Abgasleitung 28 nach außen transportiert werden kann. Dabei ist es möglich, das Abgas nur teilweise rückzuführen. Nach Beendigung dieses zweiten Spülschritts werden der Brenner 26 und der Reformer 20 abgeschaltet. Since no hydrogen is present in the fuel cell 12 after the first purging step, it is not a problem if the exhaust gas contains oxygen. Preferably, the exhaust stream is also passed through the reformer 20, which may already be switched off, but the residual heat is used to heat the exhaust stream. The heated exhaust gas absorbs the water in the fuel cell system 10, so that it can finally be transported through the exhaust pipe 28 to the outside. It is possible to recirculate the exhaust only partially. After completion of this second rinsing step, the burner 26 and the reformer 20 are turned off.
Es ist vorteilhaft, als dritten Spülschritt das System mit Umgebungsluft zu spülen, die ebenfalls durch den Reformer 20 und den Brenner 26 geleitet werden kann, um deren Nachwärme zu nutzen, um das restliche Wasser aus dem Sys- tem zu entfernen. It is advantageous, as a third rinsing step, to purge the system with ambient air, which can also be passed through the reformer 20 and the burner 26 in order to utilize their residual heat in order to remove the remaining water from the system.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 100. FIG. 2 shows a second embodiment of the fuel cell system 100.
Im Unterschied zur gerade beschriebenen ersten Ausführungsform ist zusätzlich zum Brenner 26 ein zweiter Brenner 136 vorgesehen, der über den Vorratstank 22 mit kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff versorgt wird. Dieser Brenner 136 dient hauptsächlich zur Erwärmung von Systemkomponenten, beispielsweise der Brennstoffzelle 12, in der Anfahrphase. Er kann aber auch dazu eingesetzt werden, zusätzlich inerte Gase zu erzeugen, falls das Abgas der Brennstoffzelle 12 zu wenig Wasserstoff enthält. Die im Brenner 136 erzeugten inerten Gase werden stromabwärts des Brenners 26, aber stromaufwärts des Ventils 32 eingeleitet und dann wie oben beschrieben über die Rückführleitung 30 weitertranspor- tiert. Der Brenner 136 (sowie etwaige weitere Brenner) ist ebenfalls mit der Steuerung 34 verbunden und wird analog zum Brenner 26 mit dem jeweilig gewünschten Luftverhältnis λ betrieben. In contrast to the first embodiment just described, a second burner 136 is provided in addition to the burner 26, which is supplied via the storage tank 22 with hydrocarbon-containing fuel. This burner 136 is mainly used to heat system components, such as the fuel cell 12, in the start-up phase. But he can also be used for that be generated additionally inert gases, if the exhaust gas of the fuel cell 12 contains too little hydrogen. The inert gases generated in the burner 136 are introduced downstream of the burner 26, but upstream of the valve 32 and then transported on the return line 30 as described above. The burner 136 (and any other burner) is also connected to the controller 34 and is operated analogously to the burner 26 with the respective desired air ratio λ.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den Brenner 26 mit kohlenwasser- stoffhaltigem Brennstoff aus dem Vorratstank 22 zu versorgen. Dies ist in Figur 2 für die zweite Ausführungsform angedeutet, ist aber auch in der ersten Ausführungsform möglich. Alternatively or additionally, it is possible to supply the burner 26 with hydrocarbon-containing fuel from the storage tank 22. This is indicated in Figure 2 for the second embodiment, but is also possible in the first embodiment.
Eine solche Versorgung des Brenners 26 mit kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff ist vor allem in der Anfahrphase des Systems, wenn der Reformer 20 noch ausgeschaltet ist, zur Erzeugung von Spülgas für die Leitungen, den Re- former und die Brennstoffzelle 12 von Vorteil. Such supply of the burner 26 with hydrocarbon-containing fuel is especially for the start-up phase of the system when the reformer 20 is still off, for generating purge gas for the lines, the reformer and the fuel cell 12 is advantageous.
Es wäre auch möglich, nur die Abgase des zusätzlichen Brenners 134 über die Rückführleitung 30 zurückzuleiten, und die des Brenners 26 über die Abgas- leitung 28 in die Umgebung abzuleiten. It would also be possible to lead back only the exhaust gases of the additional burner 134 via the return line 30, and to divert those of the burner 26 via the exhaust gas line 28 into the environment.
Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform zeigt ein Brennstoffzellensystem 200, das ähnlich aufgebaut ist wie die gerade beschriebenen Systeme, aber dazu ausgelegt ist, dass die Brennstoffzelle 12 (sowohl Anode 14 als auch Kathode 16) mit demselben Brennstoff gespült werden können, der aus dem Brennstofftank 22 auch dem Reformer 20 zur Erzeugung des wasserstoffhaltigen Gases zugeführt wird. Beim Anfahren und/oder Abfahren des Brennstoffzellensystems 200 kann der Brennstoff, hier Flüssiggas, zur Anode 14 und durch diese hindurch zum Brenner 26 geleitet werden. Genauso kann Brennstoff vom Brennstofftank 22 durch die Kathode 16 zum Brenner 26 geleitet werden. The embodiment illustrated in FIG. 3 shows a fuel cell system 200 that is similar in construction to the systems just described, but designed to allow the fuel cell 12 (both anode 14 and cathode 16) to be purged with the same fuel that is from the fuel tank 22 is also supplied to the reformer 20 for generating the hydrogen-containing gas. When starting up and / or shutting down the fuel cell system 200, the fuel, here liquefied gas, can be conducted to the anode 14 and through it to the burner 26. Likewise, fuel may be directed from the fuel tank 22 through the cathode 16 to the burner 26.
Es ist möglich, den Reformer 20 mit dem Brennstoff zu durchströmen, oder aber den Reformer 20 mittels einer Bypassleitung zu umgehen. Im Brenner 26 wird der Brennstoff thermisch umgesetzt und die Abgase werden in die Umgebung des Brennstoffzellensystems 200 geleitet. It is possible to flow the reformer 20 with the fuel, or to bypass the reformer 20 by means of a bypass line. In the burner 26, the fuel is thermally converted and the exhaust gases are conducted into the environment of the fuel cell system 200.
Während der Spülung mit Brennstoff ist vorzugsweise die Luftzufuhr zur Kathode 16 abgeschaltet. Während der Spülung mit Brennstoff werden vorzugsweise alle durchströmten Systemkomponenten auf einer Temperatur unterhalb der Zündtemperatur des Brennstoffs gehalten, und/oder es wird sichergestellt, dass diese Komponenten bei erhöhten Temperaturen sauerstofffrei sind. During the flushing with fuel, the air supply to the cathode 16 is preferably switched off. During rinsing with fuel, preferably all system components through which flow is maintained at a temperature below the ignition temperature of the fuel, and / or it is ensured that these components are free of oxygen at elevated temperatures.
Es ist möglich, nach erfolgter Spülung mit Brennstoff einen weiteren Spül- schritt mit Umgebungsluft durchzuführen. It is possible to carry out another flushing step with ambient air after flushing with fuel.
Die hier nicht dargestellte Steuerung 34 steuert wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen die Gasflüsse. The controller 34, not shown here controls the gas flows as in the previously described embodiments.
Es ist auch denkbar, eine Rückführleitung wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen vorzusehen und vom Brenner 26 erzeugtes Abgas durch den Reformer 20 und die Brennstoffzelle 12 zu leiten, entweder als Spülschritt nach der Spülung mit Brennstoff oder in einer Mischung mit dem Brennstoff, optional in wechselnden Mischungsverhältnissen. It is also conceivable to provide a return line as in the previously described embodiments and to guide exhaust gas produced by the burner 26 through the reformer 20 and the fuel cell 12, either as a rinsing step after flushing with fuel or in a mixture with the fuel, optionally in alternating mixing ratios.
Der Reformer 20 könnte natürlich auch in einer anderen Betriebsart (Partielle Oxidation oder Dampfreformierung) betrieben werden. Ebenso ist es natürlich möglich, eine oder mehrere Reinigungsstufen dem Reformer 20 nachzuschalten bzw. in diesen zu integrieren. Of course, the reformer 20 could also be operated in another mode (partial oxidation or steam reforming). Likewise, it is of course possible to downstream one or more purification stages the reformer 20 and to integrate into these.
Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können im Ermessen des Fachmanns frei gegeneinander ausgetauscht oder miteinander kombiniert werden. Dies gilt sowohl für die Ausbildung der Brennstoffzellensysteme als auch für die Verfahren zur Steuerung der Brennstoffzellensysteme. The features of the various embodiments may be freely interchanged or combined with one another at the discretion of the skilled person. This applies both to the design of the fuel cell systems and to the methods for controlling the fuel cell systems.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems, 1. Method for operating a fuel cell system,
mit wenigstens einer Brennstoffzelle (12), einem Reformer (20), dem zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas ein Brennstoff zugeführt wird, und einem der Brennstoffzelle (12) nachgeschalteten Brenner (26), bei dem  with at least one fuel cell (12), a reformer (20) to which a fuel is supplied for generating hydrogen-containing gas, and a burner (26) connected downstream of the fuel cell (12), in which
in einem vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszustand die Brennstoffzelle (12) mit einem Spülgas gespült wird und das Spülgas aus:  in a different operating state from the normal operation, the fuel cell (12) is purged with a purge gas and the purge gas from:
a) Brennstoff und/oder  a) fuel and / or
b) einem im Wesentlichen aus inerten Gasen bestehenden Gasstrom besteht, der erzeugt wird, indem das Abgas der Brennstoffzelle (12) im Brenner (26) im b) consists of a gas stream consisting essentially of inert gases, which is generated by the exhaust gas of the fuel cell (12) in the burner (26) in
Wesentlichen in inerte Gase umgesetzt wird, wobei dieser aus dem Brenner (26) austretende Gasstrom über eine Abgasrückführung zur Spülung durch die Brennstoffzelle (12) geleitet wird. Substantially converted into inert gases, this from the burner (26) emerging gas stream is passed through an exhaust gas recirculation for flushing by the fuel cell (12).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der vom Normalbetrieb abweichende Betriebszustand ein Anfahren oder ein Abfahren des2. The method according to claim 1, characterized in that the deviating from normal operation mode a startup or a shutdown of
Brennstoffzellensystems (10; 100; 200) ist. Fuel cell system (10, 100, 200).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff oder der Gasstrom auch durch den Reformer (20) geleitet wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuel or the gas stream is also passed through the reformer (20).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff nach Passieren der Brennstoffzelle (12) im Brenner (26) vollständig umgesetzt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the fuel after passing through the fuel cell (12) in the burner (26) is completely implemented.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Spülschritt der Brenner (26) mit einem Luftver- hältnis λ := 1 betrieben wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in a first rinsing step, the burner (26) with an air ratio λ: = 1 is operated.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Spülschritt der Brenner (26) mit einem Luftverhältnis λ 2 1 betrieben wird. 6. The method according to claim 4, characterized in that in a second rinsing step, the burner (26) is operated with an air ratio λ 2 1.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Spülschritt das Brennstoffzellensystem (10; 100) mit Luft gespült wird. 7. The method according to any one of claims 4 and 5, characterized in that in a further rinsing step, the fuel cell system (10; 100) is purged with air.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass in den vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszuständen der8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the deviating from normal operation states of
Reformer (20) abgeschaltet ist. Reformer (20) is switched off.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brenner (26) und/oder der Brennstoffzelle (12) zum Spülen Brennstoff aus einem Vorratstank (22) des Brennstoffzellensystems (10; 100; 200) zugeführt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the burner (26) and / or the fuel cell (12) for purging fuel from a storage tank (22) of the fuel cell system (10, 100, 200) is supplied.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zusätzlicher Brenner (134) vorgesehen ist, der inerte Gase zur Spülung der Brennstoffzelle (12) erzeugt. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one additional burner (134) is provided which generates inert gases for purging the fuel cell (12).
11. Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle (12) mit ei- ner Anode (14) und einer Katode (16), einem Reformer (20) zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas, einem der Brennstoffzelle (12) nachgeschalteten Brenner (26) und einer Steuerung (34), 11. Fuel cell system with at least one fuel cell (12) with an anode (14) and a cathode (16), a reformer (20) for generating hydrogen-containing gas, a fuel cell (12) downstream burner (26) and a controller (34)
wobei das Brennstoffzellensystem (200) in einem Normalbetrieb und einem An- oder Abfahrbetrieb betreibbar ist,  wherein the fuel cell system (200) is operable in a normal operation and a startup or shutdown operation,
dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die Steuerung (34) schaltbare Strömungsverbindung zwischen einem Brennstofftank (22) und der Brennstoffzelle (12) vorgesehen ist, so dass Brennstoff durch die Anode (14) und/oder die Kathode (16) geleitet werden kann.  characterized in that a flow connection switchable by the controller (34) is provided between a fuel tank (22) and the fuel cell (12) such that fuel may be passed through the anode (14) and / or the cathode (16).
12. Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle (12), einem Reformer (20) zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas, einem der Brennstoffzelle ( 2) nachgeschalteten Brenner (26) und einer Steuerung (34), 12. Fuel cell system with at least one fuel cell (12), a reformer (20) for generating hydrogen-containing gas, a fuel cell (2) downstream burner (26) and a controller (34),
wobei das Brennstoffzellensystem (10; 100) in einem Normalbetrieb und einem An- oder Abfahrbetrieb betreibbar ist,  wherein the fuel cell system (10; 100) is operable in a normal operation and a startup or shutdown operation,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführleitung (30) vom Brenner (26) in eine zur Brennstoffzelle (12) führende Leitung (18) vorgesehen ist und die Steuerung (34) so ausgelegt ist, dass sie in einem Anfahr- und/oder Abfahrbetrieb den Brenner (26) so betreibt, dass im Wesentlichen inerte Gase erzeugt werden und sie über ein Ventil (32) die Rückführleitung (30) mit der zum Reformer (20) oder der zur Brennstoffzelle (12) führenden Leitung (18) zur Spü- lung der Brennstoffzelle (12) verbindet. characterized in that a return line (30) from the burner (26) into a fuel cell (12) leading line (18) is provided and the controller (34) is designed so that it operates the burner (26) in a startup and / or shutdown operation so that substantially inert gases are generated and they via a valve (32) the return line (30) with the Reformer (20) or leading to the fuel cell (12) line (18) for rinsing the fuel cell (12) connects.
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