DE102004020029A1 - Fuel cell-based power generation system has heat insulating container which houses fuel cell stack to maintain temperature gradient between condenser and fuel cell stack for predetermined period of time after operational shutdown - Google Patents

Fuel cell-based power generation system has heat insulating container which houses fuel cell stack to maintain temperature gradient between condenser and fuel cell stack for predetermined period of time after operational shutdown Download PDF

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Abstract

The temperature of a fuel cell stack (12) is made higher than the temperature of a condenser (36) after the operational shutdown of the power generation system (10). A subsystem includes a heat insulating container (44) which houses the fuel cell stack to maintain a temperature gradient between the condenser and fuel cell stack for a predetermined period of time after the operational shutdown. An independent claim is also included for a fuel cell-based power generation system.

Description

Die Erfindung betrifft ein brennstoffzellenbasiertes Energieerzeugungssystem zur Erzeugung elektrischer Energie.The The invention relates to a fuel cell based power generation system for generating electrical energy.

Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, die chemische Energie unmittelbar in elektrische Energie umwandeln. Hierzu werden der Brennstoffzelle als Reaktionspartner ein gasförmiger Brennstoff sowie Sauerstoff, gemeinhin in Form von Luft, zugeführt. Die Reaktionspartner sind räumlich durch einen Elektrolyten getrennt, durch den hindurch ein Ionenaustausch stattfindet. Als Brennstoff finden beispielsweise Wasserstoff, Kohlendioxid und Methan Anwendung. Abhängig von der Ausgestaltung des Elektrolyten sind verschiedene Typen von Brennstoffzellen bekannt, so etwa Polymermembran-Brennstoffzellen (PEMFC; "polymer electrolyte membrane fuel cell"), die überwiegend in mobilen Anwendungen zum Einsatz kommen, phosphorsaure Brennstoffzellen (PAFC; "phosphoric acid fuel cell") und oxidkeramische Brennstoffzellen (SOFC; "solid oxide fuel cell"). Diese Auflistung ist nicht abschließend, und es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung grundsätzlich weder auf einen bestimmten Brennstoffzellen-Typ, noch auf einen bestimmten Brennstoff, noch auf eine bestimmte Anwendung beschränkt. Lediglich im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Anwendung der Erfindung in einem Straßen-Kraftfahrzeug vorgesehen.fuel cells are electrochemical energy converters, the chemical energy is immediate convert into electrical energy. For this purpose, the fuel cell as reactant a gaseous fuel and oxygen, commonly in the form of air. The Reactants are spatially through an electrolyte separated, through which an ion exchange takes place. As fuel, for example, find hydrogen, carbon dioxide and methane application. Dependent of the configuration of the electrolyte are various types of fuel cells known, such as polymer membrane fuel cells (PEMFC; "polymer electrolyte membrane fuel cell "), which is predominantly used in mobile applications, phosphoric acid fuel cells (PAFC; "phosphoric acid fuel cell ") and oxide-ceramic fuel cells (SOFC). This listing is not exhaustive, and it becomes explicit pointed out that the invention basically neither to a particular type of fuel cell, nor to a specific one Fuel, still limited to a specific application. Only in a preferred embodiment An application of the invention is provided in a road vehicle.

In brennstoffzellenbasierten Energieerzeugungssystemen ist regelmäßig Wasser anzutreffen, das entweder in der Brennstoffzelle als Produkt der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht oder der Brennstoffzelle zum Zwecke der Kühlung oder Befeuchtung zugeführt wird. In Polymermembran-Brennstoffzellen beispielsweise muss die als Elektrolyt dienende Membran stets befeuchtet werden, um einen wirksamen Kationenaustausch zu ermöglichen. Hierzu ist sowohl eine Befeuchtung des Brenngasstroms als auch des Sauerstoffstroms bekannt. In vielen Fällen werden beide Gasströme in einem der Brennstoffzelle vorgeschalteten Befeuchter mit Wasser befeuchtet. Auch zur Kühlung einer Brennstoffzelle wird Wasser durch spezielle Kühlkanäle in der Brennstoffzelle geleitet.In Fuel cell based power generation systems is water regularly that can be found either in the fuel cell as a product of the reaction from hydrogen to oxygen or the fuel cell for the purpose of cooling or Humidification supplied becomes. For example, in polymer membrane fuel cells, the be used as an electrolyte serving membrane always moistened to a allow effective cation exchange. This is both a moistening of the fuel gas stream and the oxygen stream known. In many cases Both gas streams in one of the fuel cell upstream humidifier with water moistened. Also for cooling A fuel cell is water through special cooling channels in the Fuel cell led.

Nach Betriebsabschaltung fällt in einem brennstoffzellenbasierten Energieerzeugungssystem die Temperatur der darin enthaltenen Fluide und der Komponenten des Energieerzeugungssystems allmählich auf die Umgebungstemperatur ab. Wasserdampf, der sich noch in den Fluidkanälen des Energieerzeugungssystems befindet, kondensiert dabei und schlägt sich als flüssiges Wasser nieder. Sinkt die Umgebungstemperatur unter Null Grad Celsius, kann dies dazu führen, dass das in dem Energieerzeugungssystem befindliche Wasser gefriert. Solches Wasser kann sich in den Brennstoffzellen selbst, aber auch in anderen Bereichen des Energieerzeugungssystems befinden, beispielsweise in Kompressoren bzw. Gebläsen für die Reaktionsgase oder in Ventilen oder in dem Kanalsystem, in dem die Gasströme und das Kühlwasser geführt werden. Das Kanalsystem weist häufig Bereiche auf, in denen sich Wasser sammeln kann, etwa in Ecken oder am Ende von Sackstrecken, an denen sich Sensoren befinden.To Operation shutdown falls in a fuel cell based power generation system, the temperature the fluids contained therein and the components of the power generation system gradually to the ambient temperature. Water vapor still in the fluid channels of the power generation system condenses and beats as a liquid Water down. If the ambient temperature drops below zero degrees Celsius, can cause this that the water contained in the power generation system freezes. Such water can be found in the fuel cell itself, as well located in other areas of the power generation system, for example in compressors or blowers for the Reaction gases or in valves or in the channel system in which the gas streams and the cooling water guided become. The channel system is common Areas where water can collect, such as in corners or at the end of blind paths where sensors are located.

Bei Wiederaufnahme des Energieerzeugungsbetriebs kann es zu Problemen kommen, wenn sich dann noch kondensierte Wassertropfen oder Eis in den Strömungswegen des Energieerzeugungssystems befinden. Zum einen kann dies die Strömung der Gase behindern, zum anderen kann die ordnungsgemäße Funktion der Systemkomponenten, also etwa der Ventile, Sensoren und Gebläse bzw. Kompressoren, durch das Vorhandensein besonders von Eis beeinträchtigt werden. Im schlimmsten Fall kann es zur Beschädigung dieser Komponenten kommen.at Resumption of power generation operation may cause problems come when then still condensed water drops or ice in the flow paths of the power generation system. For one, this may be the flow of Gases hinder, on the other hand, the proper functioning of the system components, ie about the valves, sensors and fans or compressors, through the presence is particularly affected by ice. In the worst Case may be damaged these components come.

Um die Ablagerung von Wassertropfen und Eis zu vermeiden und die Kaltstartfähigkeit zu verbessern, ist es bekannt, die Strömungskanäle eines brennstoffzellenbasierten Energieerzeugungssystems sofort nach Betriebsabschaltung mit trockener Luft zu durchblasen. Diese Methode hat jedoch Nachteile. Das Trocknen mit Blasluft benötigt beträchtlich Zeit und Energie. Außerdem ist nicht bekannt, wieviel Wasser sich in dem System befindet, sodass kaum abschätzbar ist, ob die jeweils gewählte Menge an Blasluft und die Zeitdauer des Durchblasens ausreichen für eine hinreichende Trocknung. Ferner ist es schwer, mit der Blasluft Wasser zu erreichen, das sich an schwer zugänglichen Stellen des Kanalsystems abgesetzt hat, beispielsweise am toten Ende von Sackstrecken und in Ecken. In einer Polymermembran-Brennstoffzelle lässt sich zudem die Membran normalerweise nicht vollständig trocknen. Es werden also stets kleine Reservoirs zurückbleiben, aus denen Wasser an andere Stellen und insbesondere an kritische Stellen in dem Energieerzeugungssystem diffundieren kann.Around to avoid the deposition of water droplets and ice and the cold start ability It is known to improve the flow channels of a fuel cell based Power generation system immediately after shutdown with dry air to blow through. However, this method has disadvantages. The drying needed with blown air considerably Time and energy. Furthermore it is not known how much water is in the system, so hardly estimable is, whether the respectively selected quantity in blown air and the duration of the blow-by sufficient for a sufficient Drying. Furthermore, it is difficult to reach with the blast air water, that is difficult to access Deposed points of the channel system, for example, the dead End of sack tracks and in corners. In a polymer membrane fuel cell let yourself In addition, the membrane usually does not dry completely. So it will be always remain small reservoirs, from which water to other places and in particular to critical Spaces in the power generation system can diffuse.

JP 2003-142136 A schlägt vor, zur Trockenlegung der zelleninternen Fluidkanäle eines Brennstoffzellenstapels einen Kondensator vorzusehen, der während des Energieerzeugungsbetriebs gekühlt wird. Ist der Brennstoffzellenstapel in ein Fahrzeug eingebaut, so sieht dieses Dokument vor, den Kondensator knapp hinter dem Kühlergrill anzuordnen und ihn so durch den Fahrtwind zu kühlen. Nach Betriebsabschaltung kann in den Fluidkanälen des Brennstoffzellenstapels noch vorhandener Wasserdampf über einen geöffneten Weg zu dem Kondensator gelangen und sich dort niederschlagen. Der Kondensator bildet somit eine Soll-Kondensationsstelle.JP 2003-142136A proposes to provide for the drainage of the cell internal fluid channels of a fuel cell stack, a capacitor which is cooled during the power generation operation. If the fuel cell stack is installed in a vehicle, this document provides for arranging the condenser just behind the radiator grille and thus cooling it by the airstream. After operation shutdown can still exist in the fluid channels of the fuel cell stack water vapor over an open path to the condensate arrive and precipitate there. The capacitor thus forms a desired condensation point.

Die Erfindung sieht demgegenüber nach einem ersten Aspekt ein Energieerzeugungssystem vor, welches eine Brennstoffzellenanordnung mit einer oder mehreren Brennstoffzellen sowie mindestens eine vorbestimmte Soll-Kondensationsstelle umfasst, an der nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems in diesem enthaltenes Wasser kondensiert. Dabei sind Mittel vorgesehen, welche dazu bestimmt und ausgebildet sind, nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems einen Ausgleich (Verringerung) eines Temperaturgefälles zwischen der mindestens einen Soll-Kondensationsstelle und wenigstens Teilen der übrigen Komponenten des Energieerzeugungssystems zu hemmen.The Invention looks in contrast According to a first aspect, a power generation system which a fuel cell assembly having one or more fuel cells and at least one predetermined nominal condensation point, at the after shutdown of the power generation system in this contained water condenses. There are funds provided which are intended and designed after operating shutdown compensation (reduction) of the energy production system temperature gradient between the at least one desired condensation point and at least Divide the rest To inhibit components of the power generation system.

Die Erfindung nach diesem Aspekt beruht auf der Erkenntnis, dass es für eine zufriedenstellende Trockenlegung der Brennstoffzellenanordnung und weiterer Komponenten des Energieerzeugungssystems, etwa Gebläsen, Ventilen und Sensoren, in vielen Fällen nicht ausreicht, allein auf den während des Energieerzeugungsbetriebs bewirkten Temperaturgradienten zwischen der Soll-Kondensationsstelle und den übrigen Systemkomponenten zu vertrauen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass ein ungehinderter Temperaturausgleich oftmals so rasch vonstatten geht, dass nur unzureichende Mengen des Restwassers eingefangen werden. Deshalb sieht die Erfindung im Rahmen des ersten Aspekts vor, nach Betriebsabschaltung diesen Temperaturgradienten zwangsweise aufrechtzuerhalten oder seine Verringerung zumindest abzuschwächen.The Invention according to this aspect is based on the finding that it for one satisfactory drainage of the fuel cell assembly and other components of the power generation system, such as blowers, valves and sensors, in many cases is not enough, just on the during the power generation operation caused temperature gradient between the nominal condensation point and the rest Trust system components. It has been shown that unhindered temperature compensation often happens so quickly that only inadequate quantities the residual water to be captured. That's why the invention looks in the context of the first aspect before, after shutdown this Forcibly maintain temperature gradient or its reduction at least mitigate.

Es können verschiedene Maßnahmen zur Hemmung des Temperaturausgleichs getroffen werden. Die hierzu verwendeten Mittel können nach einer Ausführungsform mindestens eine thermisch isolierende Ummantelung beispielsweise in Form eines Isolierbehälters umfassen, in dem zumindest die Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist, wobei die mindestens eine Soll-Kondensationsstelle außerhalb dieses Isolierbehälters angeordnet ist. Es empfiehlt sich, auch weitere Komponenten des Energieerzeugungssystems in demselben oder einem anderen Isolierbehälter unterzubringen, vorzugsweise zumindest jedes Gebläse für ein Reaktionsgas. Auch Senso ren und Ventile des Energieerzeugungssystems sind vorteilhafterweise wenigstens zum Teil in einem Isolierbehälter untergebracht. Vorzugsweise befindet sich lediglich die mindestens eine Soll-Kondensationsstelle außerhalb eines solchen Isolierbehälters, zusammen mit etwaigen angrenzenden Teilen eines Rohrleitungssystems, in dem die Reaktionsgase oder/und Kühlwasser transportiert werden.It can different measures be taken to inhibit the temperature compensation. The purpose used funds can according to one embodiment at least one thermally insulating jacket, for example in the form of an insulating container include, in which arranged at least the fuel cell assembly is, wherein the at least one desired condensation point outside this thermos is arranged. It is also recommended to use other components of the House the power generation system in the same or another insulated container, preferably at least each blower for a reaction gas. Also senso ren and valves of the power generation system are advantageously at least partially housed in an insulated container. Preferably there is only the at least one nominal condensation point outside such an insulating container, together with any adjacent parts of a piping system in which the reaction gases and / or cooling water be transported.

Nicht alle der thermisch gegenüber der mindestens einen Soll-Kondensationsstelle zu isolierenden Komponenten des Energieerzeugungssystems müssen innerhalb desselben Isolierbehälters untergebracht sein. Es können auch zwei (oder sogar noch mehr) gesonderte Isolierbehälter vorgesehen sein, in denen jeweils verschiedene Komponenten des Energieerzeugungssystems angeordnet sind. Dabei kann zwischen verschiedenen Isolierbehältern eine Wärmebrücke aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, vorgesehen sein. Es kann auch eine Wärmebrücke zwischen einem Isolierbehälter und einer oder mehreren Einzelkomponenten vorgesehen sein, die sich außerhalb dieses Isolierbehälters befinden.Not all of the thermally opposite the at least one desired condensation point to be isolated components of the energy production system within the same insulated container be housed. It can also two (or even more) separate insulated containers are provided, in each of which different components of the power generation system are arranged. It can be between different insulated containers Thermal bridge out a good heat-conducting material, For example, copper, be provided. It can also have a thermal bridge between an insulated container and one or more individual components may be provided outside this insulated container are located.

Die Unterbringung eines Brennstoffzellenstapels in einem thermisch isolierenden Behälter ist beispielsweise in US 2003/0162063 A1 gezeigt. Dort dient der Isolierbehälter allerdings nicht zur Aufrechterhaltung eines Temperaturgradienten zwischen den Einbaukomponenten des Isolierbehälters und einem außerhalb angeordneten Kondensator. Ein solcher Kondensator ist in dieser Schrift überhaupt nicht vorgesehen. Wasser zur Kühlung oder/und Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels kommt aus einem in dem Isolierbehälter angeordneten Wassertank. Mit einer externen Pumpe kann der Wasservorrat aus dem inneren Tank abgepumpt werden. Dies gewährleistet freilich keine vollständige und zuverlässige Trocknung des Brennstoffzellenstapels und der übrigen Komponenten des Energieerzeugungssystems. Daneben kann mittels einer in dem Isolierbehälter angeordneten Heizung die Temperatur in dem Isolierbehälter ausreichend über dem Gefrierpunkt gehalten werden. Hierbei wird das Problem der Tröpfchenablagerungen in den Gaswegen des Energieerzeugungssystems überhaupt nicht angegangen.The Housing a fuel cell stack in a thermally insulating container is shown for example in US 2003/0162063 A1. There serves the Insulated but not to maintain a temperature gradient between the built-in components of the insulated container and an outside arranged capacitor. Such a capacitor is in this Writing at all not provided. Water for cooling or / and moistening the fuel cell stack comes from a in the insulated container arranged water tank. With an external pump, the water supply be pumped out of the inner tank. This certainly does not guarantee full and complete reliable Drying of the fuel cell stack and the other components of the power generation system. In addition, by means of a heater disposed in the insulating the Temperature in the insulated container sufficiently over kept freezing. This is the problem of droplet deposits not addressed at all in the gas paths of the energy generation system.

Die Mittel zur Hemmung des Temperaturausgleichs können alternativ oder zusätzlich zu dem mindestens einen Isolierbehälter ein die mindestens eine Soll-Kondensationsstelle kühlendes Kühlgebläse umfassen. Denkbar ist weiterhin, in dem Isolierbehälter Heizmittel vorzusehen.The Means for inhibiting the temperature compensation may alternatively or in addition to the at least one insulated container a the at least one desired condensation point cooling Include cooling fan. It is also conceivable to provide heating means in the insulated container.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Energieerzeugungssystem vorgesehen, welches eine Brennstoffzellenanordnung mit einer oder mehreren Brennstoffzel len sowie eine passive Wassersammelkomponente umfasst, welche dazu bestimmt und ausgelegt ist, nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems in diesem enthaltenes Wasser anzuziehen. Die Wassersammelkomponente umfasst eine Wasser adsorbierende Materialanordnung.To A second aspect of the invention is a power generation system provided, which a fuel cell assembly with one or several fuel cells and a passive water collection component which is intended and designed after operation shutdown of the power generation system in this contained water. The water collection component comprises a water adsorbing material arrangement.

Mit einer adsorbierenden Materialanordnung kann ebenfalls das Ziel erreicht werden, nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems darin noch enthaltenes (dampf- oder tröpfchenförmiges) Wasser an einer gewünschten, vorbestimmten Stelle zu sammeln und so zu verhindern, dass Wasser an unerwünschten Stellen innerhalb des Energieerzeugungssystems zurückbleibt. Adsorbierende Materialien wirken im Unterschied beispielsweise zu einer Pumpe passiv, d.h. es wird kein zusätzlicher Energieaufwand benötigt, um das Wasser anzuziehen. Dies wirkt sich positiv auf die Gesamtenergiebilanz des Energieerzeugungssystems aus. Als adsorbierende Materialien kommen grundsätzliche beliebige Materialien in Frage, die für Wasser adsorbierende Eigenschaften haben. Beispielsweise können Ionentauscherharze, Silikatgele oder Zeolithe als adsorbierendes Material verwendet werden. Die Menge des adsorbierenden Materials wird unter anderem abhängig von der Menge an Wasser, die im Betrieb des Energieerzeugungssystems eingesetzt wird, und der erwarteten Restmenge an Wasser in dem System nach Betriebsabschaltung gewählt werden.With an adsorbent material arrangement It is also possible to achieve the objective of collecting (steam or droplet) water still contained therein (steam or droplet) at a desired predetermined location after operation shutdown of the power generation system, thereby preventing water from remaining at undesirable locations within the power generation system. In contrast to adsorbing materials, for example, they act passively to a pump, ie no additional expenditure of energy is required to attract the water. This has a positive effect on the overall energy balance of the power generation system. As adsorbing materials are basically any materials in question, which have water-adsorbing properties. For example, ion exchange resins, silicate gels or zeolites can be used as the adsorbent material. The amount of adsorbent material will depend, inter alia, on the amount of water used in the operation of the power generation system and the expected residual amount of water in the system after shutdown.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die das adsorbierende Material enthaltende Wassersammelkomponente zwischen der Brennstoffzellenanordnung und einem vorgeschalteten Kompressor angeordnet, welcher der Brennstoffzellenanordnung einen Gasstrom zuführt. Durch die Komprimierung wird der Gasstrom erhitzt und im Regelfall wird ihm dabei auch Feuchtigkeit entzogen, d.h. er wird trockener. Indem der warme, trockene Gasstrom, der am Ausgang des Kompressors bereitgestellt wird, über das adsorbierende Material geleitet wird, kann Letzteres bei Wiederaufnahme des Betriebs sehr wirkungsvoll desorbiert (regeneriert) werden. Alternativ kann beispielsweise auch ein gesondertes Heizelement vorgesehen sein, um das adsorbierende Material zu regenerieren.at a preferred embodiment is the water-collecting component containing the adsorbent material between the fuel cell assembly and an upstream one Compressor arranged, which of the fuel cell assembly a Gas stream feeds. By compressing the gas stream is heated and usually it is also deprived of moisture, i. he is getting drier. By the warm, dry gas flow, which is at the outlet of the compressor is provided over the adsorptive material is passed, the latter can at recovery be desorbed (regenerated) very effectively. Alternatively, for example, a separate heating element be provided to regenerate the adsorbent material.

Es versteht sich, dass beide vorstehend erläuterten Aspekte miteinander kombiniert werden können. Dabei können die Soll-Kondensationsstelle und das adsorbierende Material an entfernten Stellen innerhalb des Energieerzeugungssystems liegen. Es ist aber auch denkbar, dass die das adsorbierende Material enthaltende Wassersammelkomponente in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer eine Soll-Kondensationsstelle bildenden Kältestelle liegt oder selbst die kälteste Stelle im System ist.It It is understood that both aspects discussed above are related to each other can be combined. It can the desired condensation point and the adsorbent material to remote Locations within the power generation system. But it is also conceivable that the water-collecting component containing the adsorbent material in the immediate vicinity of a desired condensation point forming cold spot lies or even the coldest Place in the system is.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Verbessern der Kaltstartfähigkeit eines eine Brennstoffzellenanordnung mit einer oder mehreren Brennstoffzellen umfassenden Energieerzeugungssystems, wobei bei diesem Verfahren dem Energieerzeugungssystem nach Betriebsabschaltung Feuchtigkeit mittels mindestens eines Soll-Kondensators entzogen wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems ein Ausgleich eines Temperaturgefälles zwischen dem mindestens einen Soll-Kondensator und zu trocknenden Komponenten des Energieerzeugungssystems gehemmt wird. Der Temperaturausgleich wird vorzugsweise mittels mindestens eines thermisch isolierenden Behälters gehemmt, in dem zumindest die Brennstoffzellenanordnung angeordnet wird. Der mindestens eine Soll-Kondensator wird dabei außerhalb des Isolierbehälters angeordnet.The Invention also relates a method of improving the cold start capability of a fuel cell assembly with one or more fuel cells comprising power generation system, wherein in this method, the power generation system after operation shutdown moisture is removed by means of at least one desired capacitor. According to the invention, it is provided that after operation shutdown of the power generation system a compensation a temperature gradient between the at least one desired capacitor and to be dried Components of the power generation system is inhibited. The temperature compensation is preferably by means of at least one thermally insulating container inhibited, arranged in the at least the fuel cell assembly becomes. The at least one desired capacitor is outside of the insulated container arranged.

Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zum Verbessern der Kaltstartfähigkeit eines eine Brennstoffzellenanordnung mit einer oder mehreren Brennstoffzellen umfassenden Energieerzeugungssystems, wobei bei diesem Verfahren dem Energieerzeugungssystem nach Betriebsabschaltung Feuchtigkeit mittels einer passiven Wassersammelkomponente entzogen wird. Für den Feuchtigkeitsentzug wird hierbei erfindungsgemäß eine wasseradsorbierende Materialanordnung verwendet.Finally, concerns the invention still a method for improving the cold start capability one of a fuel cell assembly with one or more fuel cells comprehensive energy generation system, using this method the power generation system after shutdown moisture is withdrawn by means of a passive water collection component. For dehumidification is inventively a water-adsorbing Material arrangement used.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten stark schematisierten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:Some embodiments The invention will be described below with reference to the attached highly schematic Drawings closer explained. They show:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieerzeugungssystems, 1 A first embodiment of a power generation system according to the invention,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieerzeugungssystems, 2 A second embodiment of a power generation system according to the invention,

3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieerzeugungssystems, 3 A third embodiment of a power generation system according to the invention,

4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieerzeugungssystems, und 4 A fourth embodiment of a power generation system according to the invention, and

5 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieerzeugungssystems. 5 A fifth embodiment of a power generation system according to the invention.

Das in 1 dargestellte Energieerzeugungssystem, allgemein mit 10 bezeichnet, umfasst eine Brennstoffzellenanordnung 12, die im Regelfall aus einer Vielzahl zu einem Stapel zusammengefasster Brennstoffzellen aufgebaut ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1 nur eine Brennstoffzelle schematisch angedeutet, die dort mit 14 bezeichnet ist. Jede Brennstoffzelle 14 des Stapels 12 weist in an sich bekannter Weise einen Anodenbereich 16 sowie einen Kathodenbereich 18 auf, die durch einen Elektrolyten 20 voneinander getrennt sind. Dem Anodenbereich 16 wird in nicht näher dargestellter Weise ein Brenngasstrom zugeführt, während dem Kathodenbereich 18 ein Sauerstoff enthaltender Gasstrom, insbesondere Luft, zugeführt wird. Beispielsweise handelt es sich bei den Brennstoffzellen 14 des Stapels 12 um Polymermembran-Brennstoffzellen für den Einsatz in einem Straßenfahrzeug.This in 1 illustrated power generation system, generally with 10 denotes a fuel cell assembly 12 which is usually constructed from a plurality of combined fuel cells to a stack. For clarity, is in 1 only one fuel cell indicated schematically, which there with 14 is designated. Every fuel cell 14 of the pile 12 has an anode region in a conventional manner 16 and a cathode region 18 on that by an electrolyte 20 are separated from each other. The anode area 16 is fed in a manner not shown, a fuel gas stream, while the cathode region 18 an oxygen-containing gas stream, in particular air, is supplied. For example, it is the fuel cells 14 of the pile 12 to polymer membrane fuel cells for use in a road vehicle.

Jede Brennstoffzelle 14 des Stapels 12 weist des Weiteren einen Kühlbereich 22 auf, der von einem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, zwecks Kühlung durchströmt wird.Every fuel cell 14 of the pile 12 also has a cooling area 22 on, which is flowed through by a coolant, preferably water, for the purpose of cooling.

Ein Teil des Restbrenngases wird in einem mit 24 bezeichneten Anodenrezirkulationskreis rückgeführt und anodeneingangsseitig in nicht näher dargestellter, jedoch an sich bekannter Weise mit frischem Brenngas gemischt. Der Anodenrezirkulationskreis 24 enthält ein Rezirkulationsgebläse 26, das die entnommenen Restbrenngase zur Anodeneingangsseite hin bläst. Des Weiteren sind Sensoren 28, 30 vorgesehen, die zur Messung verschiedener Kenngrößen des rückgeführten Gasstroms dienen können, beispielsweise Druck, Temperatur, Konzentration oder relative Feuchtigkeit.Part of the residual combustion gas is in a with 24 designated anode recirculation circuit recycled and mixed anode side in a manner not shown, but known per se with fresh fuel gas. The anode recirculation circuit 24 contains a recirculation fan 26 that blows the removed residual fuel gases to the anode input side. Furthermore, there are sensors 28 . 30 provided, which can serve to measure various characteristics of the recirculated gas flow, for example pressure, temperature, concentration or relative humidity.

Ein Kompressor 32 liefert den Luftstrom, der eingangsseitig in den Kathodenbereich jeder Brennstoffzelle 14 eingespeist wird. Auch dem Leitungssystem, das diesen Luftstrom führt, können ein oder mehr Sensoren zugeordnet sein, die Kenngrößen wie beispielsweise Druck, Temperatur, Konzentration und relative Feuchtigkeit des Luftstroms messen. In 1 ist ein derartiger Sensor eingezeichnet, der dort mit 34 bezeichnet ist.A compressor 32 provides the air flow, the input side in the cathode region of each fuel cell 14 is fed. Also, the conduit system carrying this airflow may be associated with one or more sensors that measure characteristics such as pressure, temperature, concentration and relative humidity of the airflow. In 1 is such a sensor located, which there with 34 is designated.

Die Reaktionsgase, die dem Anodenbereich 16 und dem Kathodenbereich 18 zugeführt werden, können durch Befeuchter mit Wasser befeuchtet werden, um den Elektrolyten 20 im Energieerzeugungsbetrieb feucht zu halten. Das den Reaktionsgasen zugesetzte Befeuchtungswasser kann auch für eine Kühlung der Kompressoren 26, 32 sorgen.The reaction gases, the anode area 16 and the cathode area 18 can be supplied by humidifier moistened with water to the electrolyte 20 to keep moist in the power generation plant. The dampening water added to the reaction gases can also be used for cooling the compressors 26 . 32 to care.

Nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems 10 befindet sich gemeinhin in den Strömungskanälen für die Reaktionsgase und auch das Kühlwasser noch zurückgebliebenes Wasser in Dampf- oder Tropfenform. Der Wasserdampf wird nach und nach kondensieren, wenn die Temperatur der verschiedenen Komponenten des Energieerzeugungssystems 10 absinkt und sich der Umgebungstemperatur annähert. Fällt die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt von Wasser, kann es sogar zur Eisbildung innerhalb des Energieerzeugungssystems 10 kommen. Bei Wiederaufnahme des Energieerzeugungsbetriebs können innerhalb der Brennstoffzellen 14 des Stapels 12, aber auch in anderen Komponenten des Energieerzeugungssystems 10, beispielsweise in den Kompressoren 26, 32, entstandene Eiskristalle und verbleibende Wassertropfen zu Problemen führen. Zum einen kann das ungehinderte Strömen der Reaktionsgase und des Kühlwassers erschwert werden. Zum anderen kann insbesondere Eis die Funktionalität von Systemkomponenten mit beweglichen Elementen beeinträchtigen, also beispielsweise der Kompressoren 26, 32 sowie von Ventilen. Wenngleich in 1 nicht dargestellt, weisen Energieerzeugungssysteme der hier betrachteten Art im Allgemeinen eine Anzahl von Ventilen zur Steuerung der Fluidströme auf.After shutdown of the power generation system 10 is commonly located in the flow channels for the reaction gases and the cooling water still remaining water in vapor or droplet form. The water vapor will gradually condense when the temperature of the various components of the power generation system 10 decreases and approaches the ambient temperature. If the ambient temperature falls below the freezing point of water, it may even cause ice formation within the power generation system 10 come. Upon resumption of power generation operation, within the fuel cells 14 of the pile 12 , but also in other components of the power generation system 10 for example in the compressors 26 . 32 , resulting ice crystals and remaining water droplets lead to problems. On the one hand, the unimpeded flow of the reaction gases and of the cooling water can be made more difficult. On the other hand, in particular ice can affect the functionality of system components with moving elements, so for example the compressors 26 . 32 as well as valves. Although in 1 not shown, power generation systems of the type contemplated herein generally include a number of valves for controlling the fluid flows.

Im Rahmen der Erfindung wird deshalb nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems 10, etwa wenn ein mit dem Energieerzeugungssystem 10 ausgestattetes Fahrzeug abgestellt wird, eine möglichst umfassende Trockenlegung der verschiedenen Systemkomponenten angestrebt, indem verbliebenes Restwasser gezielt an einer oder mehreren vorbestimmten Sammelstellen gesammelt wird. Diese Sammelstellen, die man auch als Soll- oder Ziel-Sammelstellen bezeichnen kann, sind bei dem Ausführungsbeispiel der 1 von einem Kondensator 36 und einer Adsorptionseinheit 38 gebildet, die eine wasseradsorbierende Materialanordnung 40 enthält. Der Kondensator 36 ist in den Anodenrezirkulationskreis 24 eingefügt und dem Rezirkulationsgebläse 26 nachgeschaltet. Die Adsorptionseinheit 38 ist dagegen in das Luftleitungssystem eingefügt, über das dem Kathodenbereich 18 der Brennstoffzellen 14 Luft zugeführt wird. Speziell ist die Adsorptionseinheit 38 bei dem Ausführungsbeispiel der 1 zwischen den Kompressor 32 und die Eingangsseite des Kathodenbereichs 18 eingebaut, sodass das adsorbierende Material 40 von der warmen, komprimierten Luft überstrichen wird, die am Ausgang des Kompressors 32 bereitsteht.In the context of the invention, therefore, after operation shutdown of the power generation system 10 like when with the power generation system 10 equipped vehicle is sought, as comprehensive as possible draining the various system components by remaining residual water is collected specifically at one or more predetermined collection points. These collection points, which can also be referred to as desired or destination collection points, are in the embodiment of the 1 from a capacitor 36 and an adsorption unit 38 formed, which is a water-absorbing material arrangement 40 contains. The capacitor 36 is in the anode recirculation circuit 24 inserted and the recirculation fan 26 downstream. The adsorption unit 38 On the other hand, it is inserted in the air duct system via the cathode area 18 the fuel cells 14 Air is supplied. Specifically, the adsorption unit 38 in the embodiment of the 1 between the compressor 32 and the input side of the cathode region 18 built-in so that the adsorbent material 40 is swept by the warm, compressed air at the exit of the compressor 32 ready.

Der Kondensator 36 bildet eine Kondensationsstelle, die der kälteste Ort innerhalb des Anodenrezirkulationskreises 24 ist. Etwaiges Restwasser, das in dem Anodenrezirkulationskreis 24 nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems 10 noch vorhanden ist, wird aufgrund des Temperaturgefälles zu dem Kondensator 36 hingezogen und schlägt sich dort nieder. Das Temperaturgefälle zwischen dem Kondensator 36 und dem Brennstoffzellenstapel sowie den übrigen Komponenten des Anodenrezirkulationskreises 24, insbesondere dem Rezirkulationsgebläse 26, wird zweckmäßigerweise bereits während des Energieerzeugungsbetriebs des Energieerzeugungssystems 10 hergestellt. Ist das Energieerzeugungssystem 10 in ein Fahrzeug eingebaut, so kann beispielsweise der Fahrtwind genutzt werden, um den Kondensator 36 zu kühlen. Denkbar ist es auch, dem Kondensator 36 ein Kühlgebläse 42 zuzuordnen, mittels dessen der Kondensator 36 gezielt gekühlt werden kann.The capacitor 36 forms a condensation site, which is the coldest location within the anode recirculation circuit 24 is. Any residual water in the Anodenrezirkulationskreis 24 after shutdown of the power generation system 10 is still present, due to the temperature gradient to the capacitor 36 attracted and settles down there. The temperature gradient between the condenser 36 and the fuel cell stack and the remaining components of the anode recirculation circuit 24 , in particular the recirculation fan 26 is expediently already during the power generation operation of the power generation system 10 produced. Is the power generation system 10 installed in a vehicle, so for example, the wind can be used to the condenser 36 to cool. It is also conceivable, the capacitor 36 a cooling fan 42 to allocate, by means of which the capacitor 36 can be cooled specifically.

Damit nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems 10 der Temperaturgradient zwischen dem Kondensator 36 und den übrigen Komponenten des Anodenrezirkulationskreises 24 sowie dem Brennstoffzellenstapel 12 hinreichend lange aufrechterhalten bleibt, ist ein Isolierbehälter 44 vorgesehen, in dem zumindest der Brennstoffzellenstapel 12, das Rezirkulationsgebläse 26 sowie gewünschtenfalls auch die Sensoren 28, 30 untergebracht sind. Der Isolierbehälter 44 wirkt thermisch isolierend und hemmt die Angleichung der darin untergebrachten Komponenten an die Umgebungstemperatur. Der Kondensator 36 ist dagegen außerhalb des Isolierbehälters 44 angeordnet.Thus after operation shutdown of the power generation system 10 the temperature gradient between the capacitor 36 and the remaining components of the anode recirculation circuit 24 as well as the fuel cell stack 12 adequately long maintained, is an insulated container 44 provided, in which at least the fuel cell stack 12 , the recirculation fan 26 and, if desired, also the sensors 28 . 30 are housed. The insulated container 44 acts thermally insulating and inhibits the alignment of the components housed therein to the ambient temperature. The capacitor 36 is on the other hand outside the insulated container 44 arranged.

Es sind an sich beliebige Ausgestaltungen des Kondensators 36 vorstellbar. Beispielsweise kann der Kondensator 36 ein topfartiges Behältnis umfassen, in dem sich das angezogene Wasser sammelt. Es kann sich bei dem Kondensator 36 beispielsweise auch um ein geeignet gekrümmtes Rohrstück handeln. Der Kondensator 36 kann ein nicht näher dargestelltes Ablassventil aufweisen, durch dessen Öffnen das gesammelte Wasser abgelassen werden kann, wie in 1 durch einen Pfeil 46 schematisch angedeutet. Die jeweils gewählte Ausgestaltung des Kondensators 36 wird sich unter anderem nach der erwarteten Restwassermenge in dem Energieerzeugungssystem 10, insbesondere in dem Anodenrezirkulationskreis 24, richten und auch die bei der Kondensation entstehende Kondensationswärme berücksichtigen. Er wird deshalb eine hinreichend große Oberfläche haben, um die Kondensationswärme rasch abstrahlen zu können.There are any configurations of the capacitor 36 imaginable. For example, the capacitor 36 include a cup-shaped container in which the attracted water collects. It may be at the capacitor 36 for example, to act a suitably curved pipe section. The capacitor 36 may have a drain valve not shown in detail, by opening the collected water can be drained, as in 1 through an arrow 46 indicated schematically. The respectively selected embodiment of the capacitor 36 will depend, among other things, on the expected amount of residual water in the power generation system 10 , in particular in the anode recirculation circuit 24 , and also take into account the condensation heat generated during the condensation. He will therefore have a sufficiently large surface area to be able to radiate the heat of condensation quickly.

Zur noch besseren Aufrechterhaltung des Temperaturgradienten zwischen den Komponenten innerhalb des Isolierbehälters 44 und dem außerhalb desselben angeordneten Kondensator 36 kann das Kühlgebläse 42 auch nach Abschaltung des Energieerzeugungsbetriebs des Energieerzeugungssystems 10 betrieben werden.For even better maintenance of the temperature gradient between the components within the insulated container 44 and the capacitor disposed outside thereof 36 can the cooling fan 42 even after switching off the power generation operation of the power generation system 10 operate.

Insbesondere ist es vorstellbar, dass der Kondensator 36 mittels des Kühlgebläses 42 auf Temperaturwerte unterhalb der Umgebungstemperatur abgekühlt werden kann.In particular, it is conceivable that the capacitor 36 by means of the cooling fan 42 can be cooled to temperatures below ambient temperature.

Die Adsorptionseinheit 38 stellt eine weitere Möglichkeit dar, verbliebenes Restwasser dem Energieerzeugungssystem 10 zu entriehen und gezielt an einer vorbestimmten Stelle zu sammeln. Bei der Wahl der Art und Menge des adsorbierenden Materials 40 wird ebenfalls die insgesamt erwartete Restwassermenge des Energieerzeugungssystems 10 eine wesentliche Rolle spielen. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht an eine bestimmte Art des adsorbierenden Materials gebunden.The adsorption unit 38 represents another possibility, remaining residual water the power generation system 10 to parry and to collect specifically at a predetermined location. When choosing the type and amount of adsorbent material 40 is also the total expected amount of residual water of the power generation system 10 play an essential role. Basically, the invention is not bound to any particular type of adsorbent material.

Nach der Adsorption von Restwasser in der Abkühlphase des Energieerzeugungssystems 10 ist während des normalen Betriebs eine Regeneration des adsorbierenden Materials 40 erforderlich. Die am Ausgang des Kompressors 32 bereitstehende erwärmte und komprimierte Luft ermöglicht eine hochwirksame Desorption des adsorbierten Wassers. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Adsorptionseinheit 38 in räumlicher Nähe zu dem Kompressor 32 angeordnet ist. Die hohe Temperatur der komprimierten Luft kann so am Besten genutzt werden.After the adsorption of residual water in the cooling phase of the power generation system 10 is a regeneration of the adsorbent material during normal operation 40 required. The at the output of the compressor 32 The heated and compressed air provided enables a highly efficient desorption of the adsorbed water. For this purpose, it is advantageous if the adsorption unit 38 in close proximity to the compressor 32 is arranged. The high temperature of the compressed air can be used best.

Es ist darauf hinzuweisen, dass eine Soll-Kondensationsstelle nicht nur im Anodenrezirkulationskreis 24 enthalten sein kann sondern auch in anderen Bereichen des Energieerzeugungssystems 10. Beispielsweise kann alternativ oder zusätzlich das den Luftstrom führende Leitungssystem des Energieerzeugungssystems 10 einen Kondensator enthalten. Ebenso kann in den das Kühlwasser führenden Kühlkreislauf ein Kondensator eingefügt sein. Vergleichbares gilt für die von der Adsorptionseinheit 38 gebildete Soll-Adsorptionsstelle. Während bei dem Ausführungsbeispiel der 1 eine solche Soll-Adsorptionsstelle in dem Luftleitungssystem enthalten ist, kann alternativ oder zusätzlich der Anodenrezirkulationskreis 24 oder/und der Kühlkreislauf eine Soll-Adsorptionsstelle enthalten. Es ist sogar denkbar, in den Anodenrezirkulationskreis 24 zusätzlich zu dem Kondensator 36 noch eine Adsorptionseinheit einzufügen, beispielsweise in unmittelbarer räumlicher Nähe zu dem Kondensator 36. Gleichfalls kann das Luftleitungssystem des Energieerzeugungssystems 10 zusätzlich zu der Adsorptionseinheit 38 noch einen Kondensator enthalten.It should be noted that a nominal condensation point not only in the anode recirculation circuit 24 may be included but also in other areas of the power generation system 10 , For example, alternatively or additionally, the air flow leading line system of the power generation system 10 contain a capacitor. Likewise, a condenser may be inserted in the cooling circuit leading the cooling water. The same applies to that of the adsorption unit 38 formed target adsorption point. While in the embodiment of the 1 Such a desired adsorption point is contained in the air line system, alternatively or additionally, the Anodenrezirkulationskreis 24 and / or the cooling circuit contain a desired adsorption point. It is even conceivable in the anode recirculation circuit 24 in addition to the capacitor 36 nor to insert an adsorption unit, for example in the immediate vicinity of the condenser 36 , Likewise, the air duct system of the power generation system 10 in addition to the adsorption unit 38 still contain a capacitor.

In den 2-5 sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen, jedoch ergänzt um einen Kleinbuchstaben. Soweit sich nachstehend nichts Anderes ergibt, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen zu diesen Komponenten verwiesen.In the 2 - 5 are identical or equivalent components with the same reference numerals as in 1 provided, but supplemented by a lowercase letter. Unless otherwise stated below, reference is made to the above statements on these components to avoid repetition.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlich nur der Brennstoffzellenstapel 12a in einem Isolierbehälter 44a untergebracht, während das Rezirkulationsgebläse 26a des Anodenrezirkulationskreises 24a außerhalb des Isolierbehälters 44a angeordnet ist. Es sind zwei Kondensatoren 36a in den Anodenrezikulationskreis 24a eingefügt, wobei einer dieser Kondensatoren stromaufwärts des Rezirkulationsgebläses 26a angeordnet ist und der andere stromabwärts des Rezirkulationsgebläses 26a.At the in 2 illustrated embodiment is essentially only the fuel cell stack 12a in an insulated container 44a housed while the recirculation fan 26a the anode recirculation circuit 24a outside the insulated container 44a is arranged. There are two capacitors 36a into the anode recirculation circuit 24a inserted, with one of these capacitors upstream of the recirculation blower 26a is arranged and the other downstream of the recirculation blower 26a ,

Ein Ventil 48 dient zur Steuerung der Menge an zugeführtem Befeuchtungswasser, während ein Ventil 50a das Abströmen von nicht benötigtem Restbrenngas gestattet. Die Ventile 48a, 50a sind ebenso wie die Sensoren 28a, 30a bei dem Ausführungsbeispiel der 2 außerhalb des Isolierbehälters 44a angeordnet.A valve 48 serves to control the amount of humidifying water supplied while a valve 50a allows the outflow of unneeded residual fuel gas. The valves 48a . 50a are just like the sensors 28a . 30a in the embodiment of the 2 outside the insulated container 44a arranged.

Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich von dem der 2 dadurch, dass ein zweiter Isolierbehälter 52b vorgesehen ist, in dem das Rezirkulationsgebläse 26b, die Sensoren 28b, 30b sowie die Ventile 48b, 50b gemeinsam untergebracht sind. Somit sind bei dem Ausführungsbeispiel der 3 im Wesentlichen nur die beiden Kondensatoren 36b außerhalb der Isolierbehälter 44b, 52b angeordnet. Es versteht sich, dass weitere, in 3 nicht gezeigte Komponenten des Energieerzeugungssystems 10, die beispielsweise das Luftversorgungssystem oder den Kühlkreislauf des Brennstoffzellenstapels 12b betreffen, wenigstens teilweise ebenfalls in einem der beiden Isolierbehälter 44b, 52b untergebracht sein können.The embodiment of 3 is different from that of 2 in that one second insulated container 52b is provided, in which the recirculation fan 26b , the sensors 28b . 30b as well as the valves 48b . 50b housed together. Thus, in the embodiment of the 3 essentially just the two capacitors 36b outside the insulated container 44b . 52b arranged. It is understood that more, in 3 not shown components of the power generation system 10 for example, the air supply system or the cooling circuit of the fuel cell stack 12b concern, at least partially also in one of the two insulated container 44b . 52b can be accommodated.

Das Ausführungsbeispiel der 4 zeigt zusätzlich eine Wärmebrücke 54c, die zwischen den beiden Isolierbehältern 44c, 52c verläuft. Die Wärmebrücke ist aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. Kupfer, gebildet und sorgt für einen Temperaturausgleich zwischen den beiden Isolierbehältern 44c, 52c, genauer gesagt zwischen den Innenräumen der Behälter. Auf diese Weise ist es möglich, die entstehende Betriebswärme des Brennstoffzellenstapels 12c zur Erwärmung der Komponenten in dem Isolierbehälter 52c zu nutzen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die in dem Isolierbehälter 52c untergebrachten Komponenten keine oder nur wenig Wärme während des Betriebs des Energieerzeugungssystems 10c entwickeln.The embodiment of 4 additionally shows a thermal bridge 54c between the two insulated containers 44c . 52c runs. The thermal bridge is made of a good heat-conducting material, such as copper, and ensures a temperature balance between the two insulated containers 44c . 52c more precisely between the interiors of the containers. In this way it is possible, the resulting operating heat of the fuel cell stack 12c for heating the components in the insulated container 52c to use. This is particularly advantageous when in the insulated container 52c housed components little or no heat during operation of the power generation system 10c develop.

5 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem wie in 2 nur ein Isolierbehälter 44d vorgesehen ist, in dem der Brennstoffzellenstapel 12d untergebracht ist. Allerdings ist das Rezirkulationsgebläse 26d über eine Wärmebrücke 54d mit dem Isolierbehälter 44d verbunden. Hierdurch kann eine gezielte Wärmeübertragung zu einzelnen Komponenten außerhalb des Isolierbehälters 44d bewirkt werden, insbesondere zu kritischen Komponenten. Kritisch bezieht sich hierbei auf die Befreiung der betreffenden Komponente von Restwasser nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems. Es versteht sich, dass weitere Wärmebrücken von dem Isolierbehälter 44d zu anderen Komponenten verlaufen können, beispielsweise zu weiteren Gebläsen oder Kompressoren des Energieerzeugungssystems oder zu Ventilen. 5 Finally, shows an embodiment in which as in 2 only an insulated container 44d is provided, in which the fuel cell stack 12d is housed. However, the recirculation fan is 26d over a thermal bridge 54d with the insulated container 44d connected. This allows a targeted heat transfer to individual components outside the insulated container 44d be effected, in particular to critical components. Critically, this refers to the exemption of the relevant component of residual water after shutdown of the power generation system. It is understood that more thermal bridges from the insulated container 44d to other components, for example, to other fans or compressors of the power generation system or valves.

Claims (11)

Energieerzeugungssystem, umfassend – eine Brennstoffzellenanordnung (12) mit einer oder mehreren Brennstoffzellen (14) sowie – mindestens eine vorbestimmte Soll-Kondensationsstelle (36), an der nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems in diesem enthaltenes Wasser kondensiert, gekennzeichnet durch Mittel (42, 44), welche dazu bestimmt und ausgebildet sind, nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems einen Ausgleich eines Temperaturgefälles zwischen der mindestens einen Soll-Kondensationsstelle und wenigstens Teilen (26, 28, 30) der übrigen Komponenten des Energieerzeugungssystems zu hemmen.Power generation system comprising - a fuel cell assembly ( 12 ) with one or more fuel cells ( 14 ) and - at least one predetermined nominal condensation point ( 36 ) condensing water contained therein after the power-generation system has been shut down, characterized by means ( 42 . 44 ), which are intended and designed for, after operation shutdown of the power generation system, a compensation of a temperature gradient between the at least one desired condensation point and at least parts ( 26 . 28 . 30 ) of the remaining components of the power generation system. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Temperaturausgleich hemmenden Mittel (42, 44) mindestens einen thermisch isolierenden Behälter (44) umfassen, in dem zumindest die Brennstoffzellenanordnung (12) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Soll-Kondensationsstelle (36) außerhalb des Isolierbehälters angeordnet ist.Power generation system according to claim 1, characterized in that the temperature compensation inhibiting agent ( 42 . 44 ) at least one thermally insulating container ( 44 ), in which at least the fuel cell arrangement ( 12 ), wherein the at least one desired condensation point ( 36 ) is arranged outside of the insulating container. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch mindestens ein Reaktionsgas-Gebläse (26) des Energieerzeugungssystems innerhalb eines Isolierbehälters (44) angeordnet ist.Power generation system according to claim 2, characterized in that at least one reaction gas blower ( 26 ) of the power generation system within an insulated container ( 44 ) is arranged. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Temperaturausgleich hemmenden Mittel mindestens zwei gesonderte Isolierbehälter (44b, 52b) umfassen, in denen jeweils verschiedene Komponenten des Energieerzeugungssystems angeordnet sind.Power generation system according to claim 2 or 3, characterized in that the temperature compensation inhibiting agent at least two separate insulated container ( 44b . 52b ), in each of which different components of the power generation system are arranged. Energieerzeugungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen verschiedenen Isolierbehältern (44c, 52c) eine Wärmebrücke (54c) aus einem gut wärmeleitenden Material vorgesehen ist.Power generation system according to claim 4, characterized in that between different insulated containers ( 44c . 52c ) a thermal bridge ( 54c ) is provided from a good heat conducting material. Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Isolierbehälter (44d) und mindestens einer außerhalb desselben angeordneten Komponente (26d) des Energieerzeugungs systems eine Wärmebrücke (54d) aus einem gut wärmeleitenden Material vorgesehen ist.Power generation system according to one of claims 2-5, characterized in that between an insulated container ( 44d ) and at least one component disposed outside thereof ( 26d ) of the power generation system a thermal bridge ( 54d ) is provided from a good heat conducting material. Energieerzeugungssystem, umfassend – eine Brennstoffzellenanordnung (12) mit einer oder mehreren Brennstoffzellen (14) sowie – eine passive Wassersammelkomponente (38), welche dazu bestimmt und ausgelegt ist, nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems in diesem enthaltenes Wasser anzuziehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassersammelkomponente (38) eine Wasser adsorbierende Materialanordnung (40) umfasst.Power generation system comprising - a fuel cell assembly ( 12 ) with one or more fuel cells ( 14 ) and - a passive water collection component ( 38 ), which is designed and designed to attract water contained therein after the power-generation system has been shut down, characterized in that the water-collecting component ( 38 ) a water-adsorbing material arrangement ( 40 ). Energieerzeugungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die das adsorbierende Material (40) enthaltende Wassersammelkomponente (38) zwischen der Brennstoffzellenanordnung (12) und einem vorgeschalteten Kompressor (32) angeordnet ist, welcher der Brennstoffzellenanordnung (12) einen Gasstrom zuführt.Power generation system according to claim 7, characterized in that the adsorbent material ( 40 ) containing water collection component ( 38 ) between the fuel cell assembly ( 12 ) and an upstream compressor ( 32 ), which of the fuel cell arrangement ( 12 ) supplies a gas stream. Verfahren zum Verbessern der Kaltstartfähigkeit eines eine Brennstoffzellenanordnung (12) mit einer oder mehreren Brennstoffzellen (14) umfassenden Energieerzeugungssystems, wobei bei diesem Verfahren dem Energieerzeugungssystem nach Betriebsabschaltung Feuchtigkeit mittels mindestens eines Soll-Kondensators (36) entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach Betriebsabschaltung des Energieerzeugungssystems ein Ausgleich eines Temperaturgefälles zwischen dem mindestens einen Soll-Kondensator (36) und anderen Komponenten (26, 28, 30) des Energieerzeugungssystems gehemmt wird.Method for improving the cold start capability of a fuel cell assembly ( 12 ) with one or more fuel cells ( 14 In this method, the power generation system after operation shutdown by means of at least one nominal capacitor ( 36 ) is withdrawn, characterized in that after operation shutdown of the power generation system, a compensation of a temperature gradient between the at least one desired capacitor ( 36 ) and other components ( 26 . 28 . 30 ) of the power generation system is inhibited. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturausgleich mittels mindestens eines thermisch isolierenden Behälters (44) gehemmt wird, in dem zumindest die Brennstoffzellenanordnung (12) angeordnet wird, wobei der mindestens eine Soll-Kondensator (36) außerhalb des Isolierbehälters (44) angeordnet wird.A method according to claim 9, characterized in that the temperature compensation by means of at least one thermally insulating container ( 44 ) is inhibited, in which at least the fuel cell assembly ( 12 ), wherein the at least one desired capacitor ( 36 ) outside the insulated container ( 44 ) is arranged. Verfahren zum Verbessern der Kaltstartfähigkeit eines eine Brennstoffzellenanordnung (12) mit einer oder mehreren Brennstoffzellen (14) umfassenden Energieerzeugungssystems, wobei bei diesem Verfahren dem Energieerzeugungssystem nach Betriebsabschaltung Feuchtigkeit mittels einer passiven Wassersammelkomponente (38) entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den Feuchtigkeitsentzug eine wasseradsorbierende Materialanordnung (40) verwendet wird.Method for improving the cold start capability of a fuel cell assembly ( 12 ) with one or more fuel cells ( 14 In this method, the power generation system after operation shutdown moisture by means of a passive water collection component ( 38 ), characterized in that for the removal of moisture a water-adsorbing material arrangement ( 40 ) is used.
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