WO2018233945A1 - Fuel cell device having a humidification unit for humidifying fuel - Google Patents

Fuel cell device having a humidification unit for humidifying fuel Download PDF

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Martin Hering
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell device comprising at least one humidification unit for humidifying fuel in a start-up operation of the fuel cell device, wherein the at least one humidification unit in a normal operation of the fuel cell device for loading water
  • the invention also relates to a method for operating such a fuel cell device.
  • Fuel cell is arranged.
  • the present invention has the advantage that the at least one
  • Humidification is fluidly arranged parallel to the exhaust pipe, thereby allowing the at least one moistening unit can be kept in normal operation of the fuel cell device after a complete load of water from a discharge by exhaust gas.
  • the at least one moistening unit in the starting operation of the fuel cell device for discharging water is fluidly connected to a fuel line, wherein in particular the at least one moistening unit is fluidically parallel to the
  • Fuel line is arranged. This may cause a discharge of water, or a Humidification of the fuel, taking place flexibly depending on the operation of the fuel cell device.
  • the at least one moistening unit is a material, in particular a porous material, preferably from the substance group of the zeolites,
  • the at least one moistening unit especially having a high active surface, for the adsorption and / or desorption of water, thereby enabling efficient loading and / or unloading of water.
  • the at least one moistening unit especially having a high active surface, for the adsorption and / or desorption of water, thereby enabling efficient loading and / or unloading of water.
  • the at least one moistening unit has a heating element for heating up fuel, whereby the efficiency in the discharge of water, or in the humidification of fuel, can be increased.
  • the invention also relates to a method for operating a fuel cell device, in particular a fuel cell device according to the preceding description, comprising at least one humidification unit for humidifying fuel, wherein the at least one humidification unit in a normal operation of
  • Fuel cell device for loading water is flushed with exhaust gas.
  • the method is characterized in that the at least one moistening unit is kept in normal operation of the fuel cell device after a complete load of water from a discharge, whereby the water that was loaded during normal operation of the fuel cell device, stored for a possible later start-up operation of the fuel cell device can be. Accordingly, it is also possible to dispense with a separate connection for humidifying the fuel, whereby the cost of the fuel cell device can be reduced.
  • the at least one moistening unit is purged with fuel in a starting operation of the fuel cell device for discharging water, whereby a direct and efficient moistening of the fuel can take place. In this way, the danger of the formation of carbon deposits in the event of possible later reforming of the fuel can also be minimized or even completely avoided. It is particularly preferred if the loading of water is carried out by adsorption and / or the discharge of water by desorption, whereby a particularly efficient loading and / or unloading of water is made possible.
  • the exhaust gas is cooled by means of a cooling element, whereby the efficiency in the loading of water is additionally increased.
  • the fuel is by means of a
  • Heating element heated whereby the efficiency in the discharge of water, or the humidification of the fuel, is further increased.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 2 is a schematic representation of another embodiment of a
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a cross section of an embodiment of a moistening unit
  • Fig. 4 is a schematic representation of another embodiment of a
  • Fig. 5 is a schematic representation of another embodiment of a
  • FIG 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fuel cell device 10 shown.
  • the fuel cell device 10 has a Fuel cell unit 12 on.
  • the fuel cell unit 12 is a fuel cell 14, strictly speaking one
  • Solid oxide fuel cells comprising an anode 16, a
  • Cathode 18 and an intermediate electrolyte 20 has.
  • the fuel cell unit 12 is a
  • Fuel cell stack is, which has a plurality of fuel cells 14.
  • the fuel cell unit 12 is supplied with hydrogen (Hb) on the anode side and oxygen-containing air (O2) on the cathode side.
  • the supplied hydrogen is in a normal operation of the fuel cell device 10 in the
  • Fuel cell unit 12 implemented electrochemically, wherein electricity and heat, for example, for a building, are generated.
  • the anode-side supplied hydrogen is oxidized, while the cathode-side supplied oxygen, or the
  • normal operation means the scheduled operation of the fuel cell device 10 under normal load conditions.
  • the fuel cell device 10 in normal operation is also able to achieve the maximum possible efficiency. Accordingly, under a normal operation, a load operation can also be understood within the scope of this invention. in the
  • the fuel cell unit 12 shown is operated at operating temperatures between 500 ° C and 1000 ° C.
  • water or steam which is supplied as part of the anode exhaust gas via a recirculation line 22 to a reformer 24, is produced during the anode-side oxidation of the hydrogen.
  • the reformer 24 is intended to fuel, in the illustrated embodiment, natural gas (CH) to reform such that hydrogen is available for the chemical reaction in the fuel cell unit 12.
  • the fuel, or the natural gas is the fuel cell device 10 via a
  • Fuel line 26 is supplied while the oxygen, or the air, is supplied via an air line 27 of the fuel cell device.
  • this is ambient air, for example, via an opening in the housing
  • Fuel cell device is sucked.
  • the fuel, or natural gas is fed directly to the reformer 24.
  • the fuel with the addition of water which by means of Recirculation line 22 is recycled from the fuel cell unit 12, at least partially reformed to hydrogen.
  • the reformer 24 is a steam reformer.
  • When reforming the fuel or natural gas in addition to the required hydrogen also partially carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2).
  • the carbon monoxide and carbon dioxide are also, together with the
  • the fuel cell unit 12 is supplied.
  • the carbon monoxide is at least partially oxidized to form additional carbon dioxide.
  • the anode exhaust gas includes at least partially unoxidized carbon monoxide, carbon dioxide, water, and unreacted hydrogen.
  • Cathode exhaust at least partially unreduced oxygen, or air.
  • the anode exhaust gas is removed via the anode exhaust gas line 28.
  • anode exhaust gas is also conducted in the recirculation line 22, it can also be understood as an exhaust pipe in the context of this invention.
  • the cathode exhaust gas is in turn via the cathode exhaust line 30 of the
  • Fuel cell unit 12 discharged and fed to the afterburner 32.
  • the remaining carbon monoxide is then burned from the anode exhaust gas together with the remaining oxygen, or together with the remaining air, from the cathode exhaust gas to carbon dioxide, or oxidized.
  • unreacted hydrogen is in the afterburner 32 also together with the remaining oxygen, or together with the
  • Afterburner 32 resulting hot exhaust gas is then removed via an exhaust pipe 34.
  • the hot exhaust gas passes through a heat exchanger 36, by means of which heat from the hot exhaust gas is partially transferred to the initially supplied oxygen, or the initially supplied air in the air line 27. So is the supplied Oxygen, or the supplied air, for the desired reaction in the
  • the fuel or the natural gas
  • the reformer 24 in normal operation, where it is at least partially reformed to hydrogen with the addition of the water recirculated by means of the recirculation line 22 in the anode exhaust gas.
  • normal operation arises in the fuel cell unit 12 usually sufficient
  • the fuel cell apparatus 10 now includes a humidification unit 40 for humidifying fuel at a startup operation of the fuel cell apparatus, thereby providing water for initial reforming of the fuel. As a result, no separate connections are required by the water or hydrogen for a startup operation of the fuel cell device 10 would have to be supplied.
  • a start operation means an operation in which the fuel cell device is started up.
  • Fuel cell device 10 are brought in the starting mode to the operating temperatures that are usually present in normal operation.
  • the humidifying unit 40 is in a normal operation of the fuel cell device 10 for loading with water fluidly connected to an exhaust pipe 22, 28, 34, in the embodiment shown in Figure 1 with the anode exhaust gas line 28, whereby during normal operation water for a possibly later start operation, in which a heating of the fuel cell device 10 takes place is stored.
  • the present fuel cell device 10 is characterized in particular by the fact that the humidification unit 40 is arranged fluidically parallel to the exhaust gas line 22, 28, 34, in the embodiment of the anode exhaust gas line 28 shown in FIG. 1, whereby the humidifying unit 40 both in normal operation and is retained in the starting operation of the fuel cell device 10 after a complete load of water from a discharge by exhaust gas. If the fuel cell device 10 is not in normal operation, for example in a starting mode, then the exhaust gas, as already explained, generally has no water and tends to cause a discharge of the humidifying unit 40. As a result of the fact that the humidification unit 40 is now arranged in parallel in terms of flow, discharge of the humidification unit 40 can be specifically prevented.
  • a three-way valve 42 is set whether exhaust gas flows through the humidification unit 40 for a load of water or not.
  • the three-way valve 42 is set in a normal operation such that the anode exhaust gas containing water via the lines 46 and 48 as long through the
  • Humidifying unit 40 flows until humidifying unit 40 is fully or nearly fully charged.
  • the time span for which humidification unit 40 should be flown through until complete or almost complete loading with water can be determined via an estimation, an arithmetical calculation and / or on the basis of real measured values.
  • the three-way valve 42 is set during the further normal operation so that the anode exhaust gas is not through the
  • Moistening unit 40 can flow, whereby this is spared and prevented from being discharged by possibly other substances contained in the anode exhaust gas.
  • the anode exhaust gas flows only partially through the humidification unit 40. So it would also be possible to arrange more exhaust pipes, the
  • the three-way valve 42 is set so that no exhaust gas through the lines 46 and 48 through the
  • FIG. 2 is a schematic representation of a further exemplary embodiment of a
  • the humidification unit 40 is arranged fluidically parallel to the recirculation line 22, which also analogous to the embodiment shown in Figure 1, the humidifying unit 40 both in normal operation and during startup of the fuel cell device 10 after a complete load of water from a Discharge by exhaust remains.
  • the humidifying unit 40 in the starting operation of the fuel cell device 10 for discharging water, or for humidifying the fuel, fluidly connected to the fuel line 26, whereby an efficient humidification of Fuel is made possible.
  • the humidification unit 40 is arranged in fluid communication with the fuel line via the lines, whereby, depending on the operating mode, whether normal operation or
  • Starting operation can be flexibly adjusted whether a discharge of water, or a
  • the humidifying unit 40 is prevented from discharging water by setting another three-way valve 44 so that the supplied fuel does not flow through the humidifying unit 40.
  • the other three-way valve 44 is adjusted so that the supplied fuel flows through the humidification unit 40 and thus for the
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a cross section of an embodiment of a moistening unit 40.
  • the moistening unit 40 comprises a material 54, in the case shown a porous material 54 for the adsorption and / or desorption of water, the moistening unit 40 can be flowed through by exhaust gas or fuel, wherein an efficient loading or unloading of water can take place.
  • the material is a material from the group of zeolites, whereby a particularly efficient adsorption and / or desorption of water is made possible.
  • the material has a high active surface area, whereby a large amount of water can be adsorbed and / or desorbed in a certain period of time.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a fuel cell device 10.
  • the fuel cell apparatus 10 shown has a cooling element 56 for cooling exhaust gases, in the case of the anode exhaust gases shown.
  • the cooling element By means of the cooling element, the exhaust gas, in the case shown, the anode exhaust gas, cooled, whereby a more effective loading, or adsorption, of water in the moistening unit 40 can take place.
  • the cooling element is in the conduit 46 upstream of the humidifying unit 40
  • Humidification unit 40 is integrated.
  • the cooling element 56 is a cooler which cools the exhaust gas by means of a cooling medium.
  • the cooling element is a heat exchanger, which dissipates heat from the exhaust gas to another line of the fuel cell device 10, so that a cooling of the exhaust gas takes place.
  • the heat of the exhaust gas could be transferred to the air in the air line 27.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a fuel cell device 10.
  • the fuel cell device shown has a heating element 58 for heating fuel. By means of the heating element 58, the fuel is heated, whereby a more effective discharge, or desorption, of water in the moistening unit 40 can take place.
  • the heating element 58 is disposed in the conduit 50 upstream of the humidifying unit 40. Alternatively, it is also conceivable that the heating element 58 in the
  • Humidification unit 40 is integrated.
  • the heating element in the exemplary embodiment shown in FIG. 5 is a heating wire.
  • Heat exchanger is what heat from another line of the Fuel cell device 10 picks off to heat the fuel.
  • the heat of the exhaust gas from the exhaust pipe 34 could be used.

Abstract

The invention relates to a fuel cell device (10), comprising at least one humidification unit (40) for humidifying fuel during starting operation of the fuel cell device (10). During normal operation of the fuel cell device (10), the at least one humidification unit (40) is connected in respect of flow to an exhaust gas line (22, 28, 34) for water loading. According to the invention, the at least one humidification unit (40) is arranged parallel to the exhaust gas line (22, 28, 34) in respect of flow. The invention further relates to a method for operating a fuel cell device (40) having at least one humidification unit (40) for humidifying fuel, wherein during normal operation exhaust gas is passed through the at least one humidification unit (40) for water loading. According to the invention, during normal operation of the fuel cell device (10), the at least one humidification unit (40) is protected against unloading after complete loading with water.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Brennstoffzellenvorrichtung mit Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff Fuel cell device with humidification unit for humidifying fuel
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff bei einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zur Beladung von Wasser The present invention relates to a fuel cell device comprising at least one humidification unit for humidifying fuel in a start-up operation of the fuel cell device, wherein the at least one humidification unit in a normal operation of the fuel cell device for loading water
strömungstechnisch mit einer Abgasleitung verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung. fluidly connected to an exhaust pipe. The invention also relates to a method for operating such a fuel cell device.
Stand der Technik State of the art
Das Dokument US 2010/0028734 AI offenbart eine Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff, wobei diese zur Beladung von Wasser in einem Abgasstrang einer Document US 2010/0028734 A1 discloses a humidification unit for humidifying fuel, which is used to load water in an exhaust gas line of a vehicle
Brennstoffzelle angeordnet ist. Fuel cell is arranged.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, dass die mindestens eine In contrast, the present invention has the advantage that the at least one
Befeuchtungseinheit strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung angeordnet ist, wodurch ermöglicht wird, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit im Normalbetrieb der Brennstoffzellen Vorrichtung nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung durch Abgas bewahrt werden kann. Humidification is fluidly arranged parallel to the exhaust pipe, thereby allowing the at least one moistening unit can be kept in normal operation of the fuel cell device after a complete load of water from a discharge by exhaust gas.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch möglich. So ist bevorzugt, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zur Entladung von Wasser strömungstechnisch mit einer Brennstoffleitung verbunden ist, wobei insbesondere die mindestens eine Befeuchtungseinheit strömungstechnisch parallel zu der The features listed in the dependent claims advantageous developments of the invention according to the main claim are possible. It is thus preferred that the at least one moistening unit in the starting operation of the fuel cell device for discharging water is fluidly connected to a fuel line, wherein in particular the at least one moistening unit is fluidically parallel to the
Brennstoffleitung angeordnet ist. Dadurch kann ein Entladen von Wasser, bzw. eine Befeuchtung des Brennstoffs, in Abhängigkeit des Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung flexibel stattfinden. Fuel line is arranged. This may cause a discharge of water, or a Humidification of the fuel, taking place flexibly depending on the operation of the fuel cell device.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Befeuchtungseinheit ein Material, insbesondere poröses Material, vorzugsweise aus der Stoffgruppe der Zeolithe, It is particularly preferred if the at least one moistening unit is a material, in particular a porous material, preferably from the substance group of the zeolites,
insbesondere mit einer hohen aktiven Oberfläche, zur Adsorption und/oder Desorption von Wasser aufweist, wodurch eine effiziente Beladung und/oder Entladung von Wasser ermöglicht wird. In einer vorteilhaften Ausführung weist die mindestens eine Befeuchtungseinheit ein especially having a high active surface, for the adsorption and / or desorption of water, thereby enabling efficient loading and / or unloading of water. In an advantageous embodiment, the at least one moistening unit
Kühlelement zum Abkühlen von Abgas, insbesondere Anodenabgas, auf, wodurch die Effektivität bei einer Beladung von Wasser gesteigert werden kann. Cooling element for cooling exhaust gas, in particular anode exhaust, on, whereby the effectiveness of a load of water can be increased.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die mindestens eine Befeuchtungseinheit ein Heizelement zum Aufheizen von Brennstoff auf, wodurch die Effektivität bei der Entladung von Wasser, bzw. bei der Befeuchtung von Brennstoff, gesteigert werden kann. In a further advantageous embodiment, the at least one moistening unit has a heating element for heating up fuel, whereby the efficiency in the discharge of water, or in the humidification of fuel, can be increased.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere einer Brennstoffzellenvorrichtung nach der vorhergehenden Beschreibung, aufweisend mindestens eine Befeuchtungseinheit zur Befeuchtung von Brennstoff, wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit in einem Normalbetrieb der The invention also relates to a method for operating a fuel cell device, in particular a fuel cell device according to the preceding description, comprising at least one humidification unit for humidifying fuel, wherein the at least one humidification unit in a normal operation of
Brennstoffzellenvorrichtung zur Beladung von Wasser mit Abgas durchspült wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung bewahrt wird, wodurch das Wasser, welches während dem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung beladen wurde, für einen ggf. späteren Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung gespeichert werden kann. Dementsprechend ist es dadurch auch möglich auf einen separaten Anschluss zur Befeuchtung des Brennstoffs zu verzichten, wodurch die Kosten der Brennstoffzellenvorrichtung reduziert werden. Fuel cell device for loading water is flushed with exhaust gas. The method is characterized in that the at least one moistening unit is kept in normal operation of the fuel cell device after a complete load of water from a discharge, whereby the water that was loaded during normal operation of the fuel cell device, stored for a possible later start-up operation of the fuel cell device can be. Accordingly, it is also possible to dispense with a separate connection for humidifying the fuel, whereby the cost of the fuel cell device can be reduced.
Bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Befeuchtungseinheit in einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung zum Entladen von Wasser mit Brennstoff durchspült wird, wodurch eine direkte und effiziente Befeuchtung des Brennstoffs stattfinden kann. So kann dadurch auch die Gefahr der Bildung von Kohlenstoffablagerungen bei einer ggf. späteren Reformierung des Brennstoffs minimiert oder sogar ganz vermieden werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Beladen von Wasser durch eine Adsorption erfolgt und/oder das Entladen von Wasser durch eine Desorption erfolgt, wodurch ein besonders effizientes Beladen und/oder Entladen von Wasser ermöglicht wird. It is preferred if the at least one moistening unit is purged with fuel in a starting operation of the fuel cell device for discharging water, whereby a direct and efficient moistening of the fuel can take place. In this way, the danger of the formation of carbon deposits in the event of possible later reforming of the fuel can also be minimized or even completely avoided. It is particularly preferred if the loading of water is carried out by adsorption and / or the discharge of water by desorption, whereby a particularly efficient loading and / or unloading of water is made possible.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird das Abgas mittels eines Kühlelements abgekühlt, wodurch die Effizienz bei der Beladung von Wasser zusätzlich gesteigert wird. In an advantageous embodiment of the method, the exhaust gas is cooled by means of a cooling element, whereby the efficiency in the loading of water is additionally increased.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird der Brennstoff mittels eines In an advantageous embodiment of the method, the fuel is by means of a
Heizelements aufgewärmt, wodurch die Effizienz bei der Entladung von Wasser, bzw. der Befeuchtung des Brennstoffs, zusätzlich gesteigert wird. Heating element heated, whereby the efficiency in the discharge of water, or the humidification of the fuel, is further increased.
Zeichnungen drawings
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically and explained in more detail in the following description. Show it
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
Brennstoffzellenvorrichtung,  Fuel cell device,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Fig. 2 is a schematic representation of another embodiment of a
Brennstoffzellenvorrichtung,  Fuel cell device,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Ausführungsbeispiels einer Befeuchtungseinheit, 3 shows a schematic illustration of a cross section of an embodiment of a moistening unit,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Fig. 4 is a schematic representation of another embodiment of a
Brennstoffzellenvorrichtung, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer  Fig. 5 is a schematic representation of another embodiment of a
Brennstoffzellenvorrichtung.  Fuel cell device.
Beschreibung description
In der Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer In the figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a
Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist eine Brennstoffzelleneinheit 12 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Brennstoffzelleneinheit 12 um eine Brennstoffzelle 14, genau genommen um eine Fuel cell device 10 shown. The fuel cell device 10 has a Fuel cell unit 12 on. In the embodiment shown, the fuel cell unit 12 is a fuel cell 14, strictly speaking one
Feststoffoxid-Brennstoffzellen (SOFC-Brennstoffzellen), welche eine Anode 16, eine Solid oxide fuel cells (SOFC fuel cells) comprising an anode 16, a
Kathode 18 und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 20 aufweist. Alternativ ist es aber auch denkbar dass es sich bei der Brennstoffzelleneinheit 12 um einen Cathode 18 and an intermediate electrolyte 20 has. Alternatively, it is also conceivable that the fuel cell unit 12 is a
Brennstoffzellenstack handelt, welcher eine Vielzahl von Brennstoffzellen 14 aufweist.  Fuel cell stack is, which has a plurality of fuel cells 14.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Brennstoffzelleneinheit 12 anodenseitig Wasserstoff (Hb) und kathodenseitig sauerstoffhaltige Luft (O2) zugeführt. Der zugeführte Wasserstoff wird in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellevorrichtung 10 in der In the exemplary embodiment shown, the fuel cell unit 12 is supplied with hydrogen (Hb) on the anode side and oxygen-containing air (O2) on the cathode side. The supplied hydrogen is in a normal operation of the fuel cell device 10 in the
Brennstoffzelleneinheit 12 elektrochemisch umgesetzt, wobei Strom und Wärme, beispielsweise für ein Gebäude, erzeugt werden. Dabei wird der anodenseitig zugeführte Wasserstoff oxidiert, während der kathodenseitig zugeführte Sauerstoff, bzw. die Fuel cell unit 12 implemented electrochemically, wherein electricity and heat, for example, for a building, are generated. In this case, the anode-side supplied hydrogen is oxidized, while the cathode-side supplied oxygen, or the
kathodenseitig zugeführte Luft, reduziert wird. Cathode side supplied air is reduced.
Unter einem Normalbetrieb ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der planmäßige Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 bei üblicher Beanspruchung zu verstehen. In the context of the present invention, normal operation means the scheduled operation of the fuel cell device 10 under normal load conditions.
Insbesondere ist die Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Normalbetrieb auch in der Lage den maximal möglichen Wirkungsgrad zu erreichen. Entsprechend kann im Rahmen dieser Erfindung unter einem Normalbetrieb auch ein Lastbetrieb verstanden werden. Im In particular, the fuel cell device 10 in normal operation is also able to achieve the maximum possible efficiency. Accordingly, under a normal operation, a load operation can also be understood within the scope of this invention. in the
Normalbetrieb wird die gezeigte Brennstoffzelleneinheit 12 bei Betriebstemperaturen zwischen 500 °C und 1000 °C betrieben. Normal operation, the fuel cell unit 12 shown is operated at operating temperatures between 500 ° C and 1000 ° C.
Im Normalbetrieb entsteht bei der anodenseitigen Oxidation des Wasserstoffs Wasser, bzw. Wasserdampf, welches als ein Teil des Anodenabgases über eine Rezirkulationsleitung 22 einem Reformer 24 zugeführt wird. Der Reformer 24 ist dazu vorgesehen Brennstoff, im gezeigten Ausführungsbeispiel Erdgas (CH ), derart zu reformieren, dass Wasserstoff für die chemische Umsetzung in der Brennstoffzelleneinheit 12 zur Verfügung steht. Der Brennstoff, bzw. das Erdgas, wird der Brennstoffzellenvorrichtung 10 über eine In normal operation, water or steam, which is supplied as part of the anode exhaust gas via a recirculation line 22 to a reformer 24, is produced during the anode-side oxidation of the hydrogen. The reformer 24 is intended to fuel, in the illustrated embodiment, natural gas (CH) to reform such that hydrogen is available for the chemical reaction in the fuel cell unit 12. The fuel, or the natural gas, is the fuel cell device 10 via a
Brennstoffleitung 26 zugeführt, während der Sauerstoff, bzw. die Luft, über eine Luftleitung 27 der Brennstoffzellenvorrichtung zugeführt wird. Bei der Luft handelt es sich dabei um Umgebungsluft, die beispielsweise über eine Öffnung im Gehäuse der  Fuel line 26 is supplied while the oxygen, or the air, is supplied via an air line 27 of the fuel cell device. In the air, this is ambient air, for example, via an opening in the housing
Brennstoffzellenvorrichtung angesaugt wird. Fuel cell device is sucked.
Im Normalbetrieb wird der Brennstoff, bzw. das Erdgas, direkt dem Reformer 24 zugeführt. Dort wird der Brennstoff unter Hinzunahme des Wassers, welches mittels der Rezirkulationsleitung 22 von der Brennstoffzelleneinheit 12 rückgeführt wird, zumindest teilweise zu Wasserstoff reformiert. Entsprechend handelt es sich bei dem Reformer 24 um einen Dampfreformer. Bei der Reformierung des Brennstoffs, bzw. des Erdgases, entsteht neben dem benötigten Wasserstoff auch teilweise Kohlenstoff monoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Das Kohlenstoff monoxid und Kohlenstoffdioxid werden ebenfalls, zusammen mit dem In normal operation, the fuel, or natural gas, is fed directly to the reformer 24. There, the fuel with the addition of water, which by means of Recirculation line 22 is recycled from the fuel cell unit 12, at least partially reformed to hydrogen. Accordingly, the reformer 24 is a steam reformer. When reforming the fuel or natural gas, in addition to the required hydrogen also partially carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2). The carbon monoxide and carbon dioxide are also, together with the
Wasserstoff, der Brennstoffzelleneinheit 12 zugeführt. In der Brennstoffzelleneinheit 12 wird das Kohlenstoff monoxid unter Entstehung von weiterem Kohlenstoffdioxid zumindest teilweise oxidiert. Jedoch ist es unter Umständen möglich dass ein Teil des Hydrogen, the fuel cell unit 12 is supplied. In the fuel cell unit 12, the carbon monoxide is at least partially oxidized to form additional carbon dioxide. However, it is possible that part of the
Kohlenstoffmonoxids nicht oxidiert wird. So beinhaltet das Anodenabgas zumindest teilweise nicht oxidiertes Kohlenstoff monoxid, Kohlenstoffdioxid, Wasser und nicht umgesetzten Wasserstoff. Auf der Kathodenseite der Brennstoffzelleneinheit 12 wiederum wird der zugeführte  Carbon monoxide is not oxidized. Thus, the anode exhaust gas includes at least partially unoxidized carbon monoxide, carbon dioxide, water, and unreacted hydrogen. On the cathode side of the fuel cell unit 12, in turn, the supplied
Sauerstoff, bzw. die zugeführte Luft, nicht vollständig reduziert. So beinhaltet das Oxygen, or the supplied air, not completely reduced. So that includes
Kathodenabgas zumindest teilweise nicht reduzierten Sauerstoff, bzw. Luft. Cathode exhaust at least partially unreduced oxygen, or air.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Anodenabgas über die Anodenabgasleitung 28 abgeführt. Ein Teil des Anodenabgases wird über die Abgasleitung 28 einem In the embodiment shown, the anode exhaust gas is removed via the anode exhaust gas line 28. A portion of the anode exhaust gas via the exhaust pipe 28 a
Nachbrenner 32 zugeführt und ein anderer Teil über die Rezirkulationsleitung 22, welche an die Anodenabgasleitung 28 anschließt, dem Reformer 24 für eine Reformierung des  Afterburner 32 supplied and another part via the recirculation line 22, which connects to the anode exhaust gas line 28, the reformer 24 for a reforming of
Brennstoffs rückgeführt. Da in der Rezirkulationsleitung 22 ebenfalls Anodenabgas geführt wird, kann diese im Rahmen dieser Erfindung ebenfalls als eine Abgasleitung verstanden werden. Das Kathodenabgas wiederum wird über die Kathodenabgasleitung 30 von derFuel returned. Since anode exhaust gas is also conducted in the recirculation line 22, it can also be understood as an exhaust pipe in the context of this invention. The cathode exhaust gas is in turn via the cathode exhaust line 30 of the
Brennstoffzelleneinheit 12 abgeführt und dem Nachbrenner 32 zugeführt. Fuel cell unit 12 discharged and fed to the afterburner 32.
Mittels des Nachbrenners 32 wird dann das verbleibende Kohlenstoffmonoxid aus dem Anodenabgas zusammen mit dem verbleibenden Sauerstoff, bzw. zusammen mit der verbleibenden Luft, aus dem Kathodenabgas zu Kohlenstoffdioxid verbrannt, bzw. oxidiert. In der Brennstoffzelleneinheit 12 nicht umgesetzter Wasserstoff wird in dem Nachbrenner 32 ebenfalls zusammen mit dem verbleibenden Sauerstoff, bzw. zusammen mit der By means of the afterburner 32, the remaining carbon monoxide is then burned from the anode exhaust gas together with the remaining oxygen, or together with the remaining air, from the cathode exhaust gas to carbon dioxide, or oxidized. In the fuel cell unit 12 unreacted hydrogen is in the afterburner 32 also together with the remaining oxygen, or together with the
verbleibenden Luft, aus dem Kathodenabgas verbrannt, bzw. oxidiert. Das in dem remaining air, burned from the cathode exhaust gas, or oxidized. That in the
Nachbrenner 32 entstehende heiße Abgas wird anschließend über eine Abgasleitung 34 abgeführt. Dabei durchläuft das heiße Abgas einen Wärmeübertrager 36, mittels welchem Wärme von dem heißen Abgas teilweise auf den eingangs zugeführten Sauerstoff, bzw. die eingangs zugeführte Luft, in der Luftleitung 27 übertragen wird. So wird der zugeführte Sauerstoff, bzw. die zugeführte Luft, für die gewünschte Reaktion in der Afterburner 32 resulting hot exhaust gas is then removed via an exhaust pipe 34. In this case, the hot exhaust gas passes through a heat exchanger 36, by means of which heat from the hot exhaust gas is partially transferred to the initially supplied oxygen, or the initially supplied air in the air line 27. So is the supplied Oxygen, or the supplied air, for the desired reaction in the
Brennstoffzelleneinheit 12 vorgewärmt. Pre-heated fuel cell unit 12.
Wie bereits erwähnt, wird der Brennstoff, bzw. das Erdgas, im Normalbetrieb direkt dem Reformer 24 zugeführt, wo er unter Hinzunahme des mittels der Rezirkulationsleitung 22 rückgeführten Wassers im Anodenabgas zumindest teilweise zu Wasserstoff reformiert wird. Im Normalbetrieb entsteht in der Brennstoffzelleneinheit 12 in der Regel ausreichend As already mentioned, the fuel, or the natural gas, is fed directly to the reformer 24 in normal operation, where it is at least partially reformed to hydrogen with the addition of the water recirculated by means of the recirculation line 22 in the anode exhaust gas. In normal operation arises in the fuel cell unit 12 usually sufficient
Wasser, welches über die Rezirkulationsleitung 22 für die Reformierung rückgeführt werden kann. Befindet sich die Brennstoffzellenvorrichtung jedoch nicht in einem Normalbetrieb, sondern beispielsweise in einem initialen Startbetrieb, so ist noch kein Wasserstoff vorhanden, welcher in der Brennstoffzelleneinheit 12 zu Wasser umgesetzt werden könnte. Entsprechend ist auch noch kein Wasser vorhanden, welches für die Reformierung dem Reformer 24 zugeführt werden könnte. Die Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist nun eine Befeuchtungseinheit 40 zur Befeuchtung von Brennstoff bei einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung auf, wodurch Wasser für eine initiale Reformierung des Brennstoffs zur Verfügung gestellt wird. Dadurch werden keine separaten Anschlüsse mehr benötigt, durch die Wasser oder Wasserstoff für einen Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zugeführt werden müsste. Water, which can be recycled via the recirculation line 22 for reforming. However, if the fuel cell device is not in normal operation but, for example, in an initial start operation, then there is still no hydrogen which could be converted into water in the fuel cell unit 12. Accordingly, no water is present, which could be supplied to the reformer 24 for the reforming. The fuel cell apparatus 10 now includes a humidification unit 40 for humidifying fuel at a startup operation of the fuel cell apparatus, thereby providing water for initial reforming of the fuel. As a result, no separate connections are required by the water or hydrogen for a startup operation of the fuel cell device 10 would have to be supplied.
Unter einem Startbetrieb ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Betrieb zu verstehen, bei dem die Brennstoffzellenvorrichtung angefahren wird. Insbesondere soll die In the context of the present invention, a start operation means an operation in which the fuel cell device is started up. In particular, should
Brennstoffzellenvorrichtung 10 im Startbetrieb auf die Betriebstemperaturen gebracht werden, die im Normalbetrieb üblicherweise vorliegen. Fuel cell device 10 are brought in the starting mode to the operating temperatures that are usually present in normal operation.
Die Befeuchtungseinheit 40 ist in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zur Beladung mit Wasser strömungstechnisch mit einer Abgasleitung 22, 28, 34, in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Anodenabgasleitung 28, verbunden, wodurch während dem Normalbetrieb Wasser für einen ggf. späteren Startbetrieb, bei welchem ein Aufheizen der Brennstoffzellenvorrichtung 10 erfolgt, gespeichert wird. The humidifying unit 40 is in a normal operation of the fuel cell device 10 for loading with water fluidly connected to an exhaust pipe 22, 28, 34, in the embodiment shown in Figure 1 with the anode exhaust gas line 28, whereby during normal operation water for a possibly later start operation, in which a heating of the fuel cell device 10 takes place is stored.
Die vorliegende Brennstoffzellenvorrichtung 10 zeichnet sich nun vor allem dadurch aus, dass die Befeuchtungseinheit 40 strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung 22, 28, 34, in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Anodenabgasleitung 28, angeordnet ist, wodurch die Befeuchtungseinheit 40 sowohl im Normalbetrieb als auch im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung durch Abgas bewahrt wird. Befindet sich die Brennstoffzellenvorrichtung 10 nicht in einem Normalbetrieb, bspw. in einem Startbetrieb, so weist das Abgas - wie bereits erläutert - in der Regel kein Wasser auf und neigt dazu eine Entladung der Befeuchtungseinheit 40 herbeizuführen. Dadurch, dass die Befeuchtungseinheit 40 nun strömungstechnisch parallel angeordnet ist, kann ein Entladen der Befeuchtungseinheit 40 gezielt verhindert werden. The present fuel cell device 10 is characterized in particular by the fact that the humidification unit 40 is arranged fluidically parallel to the exhaust gas line 22, 28, 34, in the embodiment of the anode exhaust gas line 28 shown in FIG. 1, whereby the humidifying unit 40 both in normal operation and is retained in the starting operation of the fuel cell device 10 after a complete load of water from a discharge by exhaust gas. If the fuel cell device 10 is not in normal operation, for example in a starting mode, then the exhaust gas, as already explained, generally has no water and tends to cause a discharge of the humidifying unit 40. As a result of the fact that the humidification unit 40 is now arranged in parallel in terms of flow, discharge of the humidification unit 40 can be specifically prevented.
Mittels eines Drei-Wege-Ventils 42 wird eingestellt, ob Abgas durch die Befeuchtungseinheit 40 für eine Beladung mit Wasser strömt oder nicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Drei-Wege-Ventil 42 in einem Normalbetrieb derart eingestellt, dass das Anodenabgas, welches Wasser enthält, über die Leitungen 46 und 48 so lange durch die By means of a three-way valve 42 is set whether exhaust gas flows through the humidification unit 40 for a load of water or not. In the embodiment shown, the three-way valve 42 is set in a normal operation such that the anode exhaust gas containing water via the lines 46 and 48 as long through the
Befeuchtungseinheit 40 strömt, bis die Befeuchtungseinheit 40 vollständig oder nahezu vollständig geladen ist. Die Zeitspanne wie lange die Befeuchtungseinheit 40 durchströmt werden soll, bis eine vollständige oder nahezu vollständige Beladung mit Wasser erfolgt ist, kann über eine Schätzung, eine kalkulatorische Berechnung und/oder auf Basis von reellen Messwerten ermittelt werden. Anschließend wird das Drei-Wege-Ventil 42 während des weiteren Normalbetriebs so eingestellt, dass das Anodenabgas nicht durch die Humidifying unit 40 flows until humidifying unit 40 is fully or nearly fully charged. The time span for which humidification unit 40 should be flown through until complete or almost complete loading with water can be determined via an estimation, an arithmetical calculation and / or on the basis of real measured values. Subsequently, the three-way valve 42 is set during the further normal operation so that the anode exhaust gas is not through the
Befeuchtungseinheit 40 strömen kann, wodurch diese geschont und vor einer Entladung durch ggf. andere im Anodenabgas enthaltene Stoffe bewahrt wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Anodenabgas nur teilweise durch die Befeuchtungseinheit 40 strömt. So wäre es auch möglich, weitere Abgasleitungen anzuordnen, die Moistening unit 40 can flow, whereby this is spared and prevented from being discharged by possibly other substances contained in the anode exhaust gas. Alternatively, it is also conceivable that the anode exhaust gas flows only partially through the humidification unit 40. So it would also be possible to arrange more exhaust pipes, the
strömungstechnisch parallel zur Befeuchtungseinheit 40 verlaufen. fluidically parallel to the moistening unit 40.
Befindet sich die Brennstoffzellenvorrichtung 10 in einem Startbetrieb, so wird das Drei- Wege-Ventil 42 so eingestellt, dass kein Abgas über die Leitungen 46 und 48 durch dieIf the fuel cell device 10 is in a start mode, the three-way valve 42 is set so that no exhaust gas through the lines 46 and 48 through the
Befeuchtungseinheit 40 strömen kann, bis ein Normalbetrieb erreicht ist oder bis die im Abgas enthaltene Wasserkonzentration ausreicht um eine gewünschte Beladung der Befeuchtungseinheit 40 mit Wasser herbeizuführen. In Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einerMoistening unit 40 can flow until normal operation is reached or until the water concentration contained in the exhaust gas is sufficient to bring about a desired loading of the moistening unit 40 with water. FIG. 2 is a schematic representation of a further exemplary embodiment of a
Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Fuel cell device 10 shown. In this embodiment, the
Befeuchtungseinheit 40 zur Beladung von Wasser strömungstechnisch mit der Moistening unit 40 for loading water fluidly with the
Rezirkulationsleitung 22 verbunden, wodurch analog zu dem in Figur 1 gezeigten Rezirkulationsleitung 22 connected, whereby analogous to that shown in Figure 1
Ausführungsbeispiel während einem Normalbetrieb Wasser für einen ggf. späteren Embodiment during a normal operation water for possibly later
Starbetrieb gespeichert wird. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Befeuchtungseinheit 40 strömungstechnisch parallel zu der Rezirkulationsleitung 22 angeordnet, wodurch ebenfalls analog zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Befeuchtungseinheit 40 sowohl im Normalbetrieb als auch im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung durch Abgas bewahrt bleibt. Starbetrieb is stored. In the embodiment shown in Figure 2, the humidification unit 40 is arranged fluidically parallel to the recirculation line 22, which also analogous to the embodiment shown in Figure 1, the humidifying unit 40 both in normal operation and during startup of the fuel cell device 10 after a complete load of water from a Discharge by exhaust remains.
Sowohl in den Ausführungsbeispielen aus Figur 1, als auch in dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2, ist die Befeuchtungseinheit 40 im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 zur Entladung von Wasser, bzw. zur Befeuchtung des Brennstoffes, strömungstechnisch mit der Brennstoffleitung 26 verbunden, wodurch eine effiziente Befeuchtung des Brennstoffs ermöglicht wird. In both the embodiments of Figure 1, as well as in the embodiment of Figure 2, the humidifying unit 40 in the starting operation of the fuel cell device 10 for discharging water, or for humidifying the fuel, fluidly connected to the fuel line 26, whereby an efficient humidification of Fuel is made possible.
Die Befeuchtungseinheit 40 ist dabei über die Leitungen strömungstechnisch parallel zu der Brennstoffleitung angeordnet, wodurch je nach Betriebsart, ob Normalbetrieb oder The humidification unit 40 is arranged in fluid communication with the fuel line via the lines, whereby, depending on the operating mode, whether normal operation or
Startbetrieb, flexibel eingestellt werden kann ob ein Entladen von Wasser, bzw. ein Starting operation, can be flexibly adjusted whether a discharge of water, or a
Befeuchten des Brennstoffs, tatsächlich stattfinden soll oder nicht. Moistening the fuel, actually should take place or not.
So wird die Befeuchtungseinheit 40 im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 von einer Entladung von Wasser bewahrt, indem ein weiteres Drei-Wege-Ventil 44 so eingestellt wird dass der zugeführte Brennstoff nicht durch die Befeuchtungseinheit 40 strömt. Thus, in the normal operation of the fuel cell apparatus 10, the humidifying unit 40 is prevented from discharging water by setting another three-way valve 44 so that the supplied fuel does not flow through the humidifying unit 40.
Entsprechend findet im Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 10 keine Befeuchtung des zugeführten Brennstoffs statt, außer der mittels der Rezirkulationsleitung 22 rückgeführte Wassergehalt im Anodenabgas ist derart gering, dass die gewünschte Reformierung des Brennstoffs im Reformer 24 nicht stattfinden kann.  Accordingly, in normal operation of the fuel cell device 10, no humidification of the supplied fuel takes place, except that the recycled content of the recirculation line 22 in the anode exhaust gas is so low that the desired reforming of the fuel in the reformer 24 can not take place.
Im Startbetrieb hingegen wird das weitere Drei-Wege-Ventil 44 so eingestellt, dass der zugeführte Brennstoff durch die Befeuchtungseinheit 40 strömt und somit für die In the start mode, however, the other three-way valve 44 is adjusted so that the supplied fuel flows through the humidification unit 40 and thus for the
darauffolgende Reformierung im Reformer 24 befeuchtet wird. Bei der Befeuchtung des Brennstoffs findet in der Befeuchtungseinheit 40 entsprechend eine Entladung von Wasser statt. subsequent reforming in the reformer 24 is moistened. When moistening the fuel, a corresponding discharge of water takes place in the moistening unit 40.
In Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Ausführungsbeispiels einer Befeuchtungseinheit 40 gezeigt. Die Befeuchtungseinheit 40 weist ein Material 54, im gezeigten Fall ein poröses Material 54 zur Adsorption und/oder Desorption von Wasser auf, so kann die Befeuchtungseinheit 40 von Abgas oder Brennstoff durchflössen werden, wobei ein effizientes Beladen oder Entladen von Wasser stattfinden kann. Bei dem Material handelt es sich um ein Material aus der Stoffgruppe der Zeolithe, wodurch eine besonders effiziente Adsorption und/oder Desorption von Wasser ermöglicht wird. FIG. 3 shows a schematic illustration of a cross section of an embodiment of a moistening unit 40. The moistening unit 40 comprises a material 54, in the case shown a porous material 54 for the adsorption and / or desorption of water, the moistening unit 40 can be flowed through by exhaust gas or fuel, wherein an efficient loading or unloading of water can take place. The material is a material from the group of zeolites, whereby a particularly efficient adsorption and / or desorption of water is made possible.
Das Material weist eine hohe aktive Oberfläche auf, wodurch in einer bestimmten Zeitspanne eine große Menge an Wasser adsorbiert und/oder desorbiert werden kann. The material has a high active surface area, whereby a large amount of water can be adsorbed and / or desorbed in a certain period of time.
In Figur 4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die gezeigte Brennstoffzellenvorrichtung 10 weist ein Kühlelement 56 zum Abkühlen von Abgasen, im gezeigten Fall der Anodenabgase, auf. Mittels des Kühlelements wird das Abgas, im gezeigten Fall das Anodenabgas, abgekühlt, wodurch eine effektivere Beladung, bzw. Adsorption, von Wasser in der Befeuchtungseinheit 40 erfolgen kann. FIG. 4 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a fuel cell device 10. The fuel cell apparatus 10 shown has a cooling element 56 for cooling exhaust gases, in the case of the anode exhaust gases shown. By means of the cooling element, the exhaust gas, in the case shown, the anode exhaust gas, cooled, whereby a more effective loading, or adsorption, of water in the moistening unit 40 can take place.
Das Kühlelement ist in der Leitung 46 stromaufwärts der Befeuchtungseinheit 40 The cooling element is in the conduit 46 upstream of the humidifying unit 40
angeordnet. Alternativ wäre es auch denkbar, dass das Kühlelement 56 in die arranged. Alternatively, it would also be conceivable that the cooling element 56 in the
Befeuchtungseinheit 40 integriert ist. Humidification unit 40 is integrated.
Bei dem Kühlelement 56 handelt es sich in dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Kühler, welcher mittels eines Kühlmediums das Abgas abkühlt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Kühlelement ein Wärmeübertrager ist, welcher Wärme von dem Abgas auf eine andere Leitung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 abführt, so dass eine Abkühlung des Abgases erfolgt. Beispielsweise könnte die Wärme des Abgases auf die Luft in der Luftleitung 27 übertragen werden. In Figur 5 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung 10 gezeigt. Die gezeigte Brennstoffzellenvorrichtung weist ein Heizelement 58 zum Aufheizen von Brennstoff auf. Mittels des Heizelements 58 wird der Brennstoff aufgeheizt, wodurch eine effektivere Entladung, bzw. Desorption, von Wasser in der Befeuchtungseinheit 40 erfolgen kann. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the cooling element 56 is a cooler which cools the exhaust gas by means of a cooling medium. Alternatively, it is also conceivable that the cooling element is a heat exchanger, which dissipates heat from the exhaust gas to another line of the fuel cell device 10, so that a cooling of the exhaust gas takes place. For example, the heat of the exhaust gas could be transferred to the air in the air line 27. FIG. 5 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a fuel cell device 10. The fuel cell device shown has a heating element 58 for heating fuel. By means of the heating element 58, the fuel is heated, whereby a more effective discharge, or desorption, of water in the moistening unit 40 can take place.
Das Heizelement 58 ist in der Leitung 50 stromaufwärts der Befeuchtungseinheit 40 angeordnet. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Heizelement 58 in die The heating element 58 is disposed in the conduit 50 upstream of the humidifying unit 40. Alternatively, it is also conceivable that the heating element 58 in the
Befeuchtungseinheit 40 integriert ist. Bei dem Heizelement handelt es sich in dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel um einen Heizdraht. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass das Heizelement ein Humidification unit 40 is integrated. The heating element in the exemplary embodiment shown in FIG. 5 is a heating wire. Alternatively, it is also conceivable that the heating element a
Wärmeübertrager ist, welcher Wärme aus einer anderen Leitung der Brennstoffzellenvorrichtung 10 abgreift, um den Brennstoff zu erwärmen. Beispielsweise könnte die Wärme des Abgases aus der Abgasleitung 34 genutzt werden. Heat exchanger is what heat from another line of the Fuel cell device 10 picks off to heat the fuel. For example, the heat of the exhaust gas from the exhaust pipe 34 could be used.

Claims

Ansprüche claims
Brennstoffzellenvorrichtung (10) aufweisend mindestens eine Fuel cell device (10) comprising at least one
Befeuchtungseinheit (40) zur Befeuchtung von Brennstoff bei einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10), wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Normalbetrieb der  Humidification unit (40) for humidifying fuel during a start operation of the fuel cell device (10), wherein the at least one humidification unit (40) in a normal operation of
Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Beladung von Wasser  Fuel cell device (10) for loading water
strömungstechnisch mit einer Abgasleitung (22, 28, 34) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) strömungstechnisch parallel zu der Abgasleitung (22, 28, 34) angeordnet ist.  fluidically connected to an exhaust pipe (22, 28, 34), characterized in that the at least one humidifying unit (40) is arranged fluidically parallel to the exhaust pipe (22, 28, 34).
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch Fuel cell device (10) according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) im Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Entladung von Wasser strömungstechnisch mit einer Brennstoffleitung (26) verbunden ist, wobei insbesondere die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) strömungstechnisch parallel zu der Brennstoffleitung (26) angeordnet ist.  characterized in that the at least one moistening unit (40) in the starting operation of the fuel cell device (10) for discharging water is fluidly connected to a fuel line (26), wherein in particular the at least one moistening unit (40) is arranged fluidically parallel to the fuel line (26) ,
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fuel cell device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Befeuchtungseinheit (40) ein Material (54), insbesondere poröses Material (54), vorzugsweise aus der Stoffgruppe der Zeolithe,  Moistening unit (40) a material (54), in particular porous material (54), preferably from the substance group of zeolites,
insbesondere mit einer hohen aktiven Oberfläche, zur Adsorption und/oder Desorption von Wasser aufweist.  especially having a high active surface, for the adsorption and / or desorption of water.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fuel cell device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Befeuchtungseinheit (40) ein Kühlelement (56) zum Abkühlen von Abgas, insbesondere Anodenabgas, aufweist.  Humidification unit (40) has a cooling element (56) for cooling exhaust gas, in particular anode exhaust gas.
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Fuel cell device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one
Befeuchtungseinheit (40) ein Heizelement (58) zum Aufheizen von Brennstoff aufweist. Humidifying unit (40) has a heating element (58) for heating fuel.
6. Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (40), insbesondere einer Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mindestens eine 6. A method for operating a fuel cell device (40), in particular a fuel cell device (10) according to one of the preceding claims, comprising at least one
Befeuchtungseinheit (40) zur Befeuchtung von Brennstoff, wobei die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Normalbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zur Beladung von Wasser mit Abgas durchspült wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) im Normalbetrieb der  Humidification unit (40) for humidifying fuel, wherein the at least one humidification unit (40) is flushed with exhaust gas in a normal operation of the fuel cell device (10) for loading water, characterized in that the at least one humidifying unit (40) in the normal operation of
Brennstoffzellenvorrichtung (10) nach einer vollständigen Beladung mit Wasser von einer Entladung bewahrt wird.  Fuel cell device (10) is kept after a complete loading of water from a discharge.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 7. The method according to claim 6, characterized in that the
mindestens eine Befeuchtungseinheit (40) in einem Startbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung (10) zum Entladen von Wasser mit Brennstoff durchspült wird.  at least one humidifying unit (40) is flushed with fuel in a starting operation of the fuel cell device (10) for discharging water.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Beladen von Wasser durch eine Adsorption erfolgt und/oder das Entladen von Wasser durch eine Desorption erfolgt. 8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the loading of water is effected by an adsorption and / or the discharge of water by a desorption.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas mittels eines Kühlelements (56) abgekühlt wird. 9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the exhaust gas is cooled by means of a cooling element (56).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff mittels eines Heizelements (58) aufgewärmt wird. 10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the fuel is heated by means of a heating element (58).
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