DE102005030474A1 - Fuel cell system for vehicles has reformate burner arrangement that sends incineration gases to fuel cell before and after anti-condensation temperature is reached by remaining hydrocarbons and water vapor in reformer - Google Patents

Fuel cell system for vehicles has reformate burner arrangement that sends incineration gases to fuel cell before and after anti-condensation temperature is reached by remaining hydrocarbons and water vapor in reformer Download PDF

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Günter Dipl.-Ing. Eberspach
Andreas Dipl.-Ing. Kaupert
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Abstract

A reformer (12) produces reformates as burner fuel for a fuel cell to generate electricity. A reformate burner arrangement (14) sends incineration gases directly into the fuel cell before and after the remaining hydrocarbons and water vapor in the reformer reach an anti-condensation temperature. Independent claims are also included for the following: (1) a method for starting a fuel cell system; and (2) a temperature reduction method for a reformer arrangement.

Description

Bei modernen Kraftfahrzeugen besteht aufgrund des ständig steigenden Stromverbrauches in den Fahrzeugen selber und wegen der immer aufwendigeren Bordelektronik das Erfordernis die motorbetriebenen Stromgeneratoren durch motorunabhängige Stromeinheiten zu ersetzen. Derartige motorunabhängige Stromeinheiten werden auch Auxiliary Power Units (APU) bezeichnet. Bevorzugt sind diese motorunabhängigen Stromgeneratoren, solche, die mit Hilfe von Brennstoffzelleneinheiten betrieben werden können. Der Vorteil dieser Systeme liegt darin, dass Brennstoffzellen mit konventionellen Kraftstoffen betrieben werden können. Um Strom zu erzeugen, wird zunächst der konventionelle Kraftstoff, wie z.B. Benzin oder Dieselkraftstoff in einem sog. Reformer zu wasserstoffhaltigem Gas umgewandelt, welches zusammen mit Luft in einer Brennstoffzelle dann in Strom umgewandelt wird.at modern motor vehicles is due to the ever-increasing power consumption in the vehicles themselves and because of the ever more expensive on-board electronics the requirement of motorized power generators by motor independent power units to replace. Such motor-independent power units are also called auxiliary power units (APU). These are preferred engine-independent Electricity generators, those with the help of fuel cell units can be operated. The advantage of these systems is that fuel cells with conventional fuels can be operated. To generate electricity, will be first the conventional fuel, such as e.g. Gasoline or diesel fuel converted in a so-called. Reformer to hydrogen-containing gas, which then converted into electricity together with air in a fuel cell becomes.

Aus der DE 100 13 597 A1 ist ein System bekannt, das einen Verbrennungsmotor bzw. einen Brenner einerseits und eine Brennstoffzelle andererseits umfasst. Der in einem Reformer aus flüssigem Brennstoff bereitgestellte Wasserstoff wird in einer Trenneinrichtung von dem Restbrennstoff getrennt und dann zur Erzeugung von Elektrizität zu einer Brennstoffzelle geleitet. Der von dem Wasserstoff getrennte Restbrennstoff wird ggf. zusammen mit einem zusätzlichen Brennstoffstrom von der Brennstoffquelle zu einem Brenner geleitet. Die dort entstehende Wärme kann beispielsweise genutzt werden, um kinetische Energie und Edukte für den Brennstoffzellen- und Reformerprozess zu erzeugen sowie um Abgasanlagen und Innenräume eines Fahrzeugs vorzuwärmen.From the DE 100 13 597 A1 For example, a system comprising an internal combustion engine or a burner on the one hand and a fuel cell on the other hand is known. The hydrogen provided in a liquid fuel reformer is separated from the residual fuel in a separator and then sent to a fuel cell to generate electricity. The separated from the hydrogen residual fuel is optionally passed together with an additional fuel flow from the fuel source to a burner. The heat generated there can be used, for example, to generate kinetic energy and educts for the fuel cell and reformer process as well as to preheat exhaust systems and interior spaces of a vehicle.

Die DE 199 13 794 A1 zeigt ein System, bei dem zwischen einer Brennstoffzelle, einer Brennkraftmaschine und einem Kühler ein Kühlmedium zirkuliert, um sowohl im Bereich der Brennstoffzelle erzeugte Wärme als auch im Bereich der Brennkraftmaschine erzeugte Wärme abgeben zu können. Der die Brennkraftmaschine verlassende Abgasstrom strömt zur Übertragung der dort transportierten Wärme von einem Wärmetauscherbereich in einen Reformer, bevor er über eine Abgasreinigungsstufe nach außen hin abgegeben wird.The DE 199 13 794 A1 shows a system in which a cooling medium circulates between a fuel cell, an internal combustion engine and a radiator, in order to be able to deliver both heat generated in the region of the fuel cell and heat generated in the region of the internal combustion engine. The exhaust gas stream leaving the internal combustion engine flows to transfer the heat transported there from a heat exchanger area into a reformer, before it is discharged to the outside via an exhaust gas purification stage.

Die DE 44 46 841 A1 offenbart ein Brennstoffzellenmodul, bei dem ein wasserstoffhaltiges Brenngas, nachdem es eine Brennstoffzelle durchströmt hat und dabei durch Umsetzung von Wasserstoff mit Sauerstoff Elektrizität erzeugt worden ist, durch einen Brenner geleitet wird, um in diesem Anodenabgas enthaltenen Restwasserstoff in einer katalytischen Reaktion zu verbrennen. Die dabei entstehende Wärme, transportiert in den Verbrennungsabgasen, wird im Kathodenbereich auf die Brennstoffzelle übertragen.The DE 44 46 841 A1 discloses a fuel cell module in which a hydrogen-containing fuel gas, after flowing through a fuel cell and thereby generating electricity by reacting hydrogen with oxygen, is passed through a burner to burn residual hydrogen contained in this anode exhaust gas in a catalytic reaction. The resulting heat, transported in the combustion exhaust gases, is transferred to the fuel cell in the cathode area.

Aus der DE 102 44 803 B4 ist ein Heizsystem für ein Fahrzeug bekannt geworden, bei dem eine Reformeranordnung, die beispielsweise für den Betrieb einer Brennstoffzelle Wasserstoff bereitstellt mit einem Heizsystem gekoppelt ist. Die Koppelung zum Heizsystem geschieht dadurch, dass der von der Reformeranordnung bereitgestellte Wasserstoff verbrannt wird und die dadurch entstehende Verbrennungswärme zur Erwärmung verschiedener Fahrzeugsystembereiche genutzt wird. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, die Standheizung oder die Zuheizungsfunktion in ein Reformersystem zu integrieren.From the DE 102 44 803 B4 For example, a heating system for a vehicle has become known, in which a reformer arrangement which, for example, provides hydrogen for the operation of a fuel cell, is coupled to a heating system. The coupling to the heating system takes place in that the hydrogen provided by the reformer arrangement is burned and the resulting heat of combustion is used to heat various vehicle system areas. Such an arrangement makes it possible to integrate the auxiliary heater or the Zuheizungsfunktion in a reformer system.

Nachteil an der aus der DE 102 44 883 bekannten Anordnung ist, dass dem Reformer eine Brenneranordnung nachgeschaltet ist, wobei die in der Brenneranordnung zur Verfügung gestellte Wärme mit Hilfe einer Wärmetauscheranordnung anderen Komponenten des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt wird. Die vom Wärmetauscher abgegebene Wärme wird aber im wesentlichen nur im Standheizungs- bzw. Winterbetrieb benötigt. Wird die Wärme nicht benötigt so stellt der nachgeschaltete Wärmetauscher eine Wärmesenke des Systems dar. Aus den oben genannten Gründen ist die Nachschaltung eines Wärmetauschers direkt nach dem Reformer sehr aufwendig und daher nachteilig.Disadvantage of from the DE 102 44 883 known arrangement is that the reformer is followed by a burner assembly, wherein the heat provided in the burner assembly is provided by means of a heat exchanger assembly other components of the vehicle. However, the heat emitted by the heat exchanger is essentially needed only in the parking heating or winter operation. If the heat is not needed so the downstream heat exchanger is a heat sink of the system. For the reasons mentioned above, the connection of a heat exchanger directly after the reformer is very expensive and therefore disadvantageous.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.It Object of the present invention, the disadvantages of the prior art overcome the technique.

Insbesondere soll ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt werden, das mit Hilfe des Reformers gestartet werden kann, wobei irreversible Ablagerungen von Kondensationsrückständen, die aufgrund der Zusammensetzung des Reformats in der Startphase, d.h. bei niedrigen Temperaturen gebildet werden, vermieden werden. Die Ablagerung von Kondensationsrückständen und auch Ruß in der Brennstoffzelle in der Startphase des Reformers ist darauf zurück zu führen, dass der Reformer in der Startphase einen erheblichen Anteil von gasförmigem Wasser und nicht vollständigen umgesetzten Kohlenwasserstoffen aufweist, die in den nachfolgenden Komponenten des Reformers, wie beispielsweise der Gasreinigungsstufe und/oder der Brennstoffzelle auskondensieren.Especially a fuel cell system is to be made available that with Help of the reformer can be started, with irreversible deposits of condensation residues due to the composition of the reformate in the start phase, i. at low Temperatures are formed, be avoided. The deposit of Condensation residues and also soot in The fuel cell in the starting phase of the reformer is due to lead back to that the reformer in the start-up phase a significant proportion of gaseous water and not complete having reacted hydrocarbons, which in the following Components of the reformer, such as the gas purification stage and / or the fuel cell condense.

Es soll insbesondere eine Lösung angegeben werden, die sich durch eine möglichst einfache und kostengünstige Herstellung gegenüber einer Anordnung wie in der DE 102 44 883 gezeigt, auszeichnet und insbesondere den oben genannten Nachteil beim Startvorgang vermeidet.It should be specified in particular a solution that is characterized by a simple and inexpensive production compared to an arrangement as in DE 102 44 883 shown, mark net and in particular avoids the above-mentioned disadvantage during the startup process.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in einer ersten Ausführungsform durch ein Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the invention Task in a first embodiment achieved by a fuel cell system according to claim 1.

Neben der Vorrichtung stellt die Erfindung auch ein Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung. Dieses Verfahren ist Gegenstand des Verfahrensanspruches 15 und 16.Next In the apparatus, the invention also provides a method for starting a fuel cell system available. This procedure is Subject of the method claims 15 and 16.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem zeichnet sich in einer ersten Ausgestaltung dadurch aus, dass die Reformer-Reformatbrenneranordnung direkt mit der Brennstoffzelle verbunden ist, wobei vor Erreichen einer Anti-Kondensationstemperatur die in der Reformer-Reformatbrenneranordnung erzeugten Verbrennungsgase oder nach Erreichen der Anti-Kondensationstemperatur Reformat direkt in die Brennstoffzelle geleitet werden.The Fuel cell system according to the invention is distinguished in a first embodiment in that the Reformer Reformatbrenneranordnung directly to the fuel cell connected before reaching an anti-condensation temperature in the reformer Reformatbrenneranordnung generated combustion gases or after reaching the anti-condensation temperature Reformate be passed directly into the fuel cell.

Die Anordnung mit einer Reformer-Reformatbrenneranordnung, die dem Reformer nachgeschaltet ist, ermöglicht die nachstehend beschriebene Verfahrensführung zum Starten des BrennstoffzellensystemsThe Arrangement with a reformer Reformatbrenneranordnung, the reformer downstream is enabled the procedure described below for starting the fuel cell system

Zum Start des Brennstoffzellensystems werden in einem ersten Schritt die Bauteile der Gemischbildung, d.h. der Reformer und die dem Reformer zugeführte Luft erwärmt, bis die Aktivierungstemperatur des Katalysators, d.h. die sogenannte Katalysatoraktivierungstemperatur erreicht wird. Die Vorwärmung kann entweder elektrisch mit Hilfe von Heizeinrichtungen oder durch den thermischen Wärmeimpuls einer Flamme im Gemischbildungsraum des Reformers bei einem Luftverhältnis bzw. Lambda größer 1 bzw. überstöchiometrisch erfolgen. Die Katalysatoraktivierungstemperatur liegt bevorzugt im Bereich von 250° bis 400°C, ganz bevorzugt bei ungefähr 350° C. Ist durch die oben beschriebene Vorheizung die Katalysatoraktivierungstemperatur erreicht, so wird ein dem Reformer zugeführtes Kraftstoff/Luft-Gemisch oder Kraftstoff/Wasser/Luft-Gemisch umgesetzt und es entsteht ein wasserstoffreiches Gas, das nachfolgend auch als Reformat bezeichnet wird. Zur Erzeugung des Reformates wir bevorzugt ein niedriges Luftverhältnis von ungefähr 0,35 eingestellt. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch wird wie oben beschrieben im Katalysator des Reformers in ein wasserstoffhaltiges Gas bei Temperaturen um 950° Celsius umgewandelt.To the Start the fuel cell system in a first step the components of mixture formation, i. the reformer and the reformer supplied Heated air, until the activation temperature of the catalyst, i. the so-called Catalyst activation temperature is achieved. The preheating can either electrically by means of heaters or by the thermal heat pulse a flame in the mixture formation space of the reformer at an air ratio or Lambda greater than 1 or more than stoichiometric respectively. The catalyst activation temperature is preferred in the range of 250 ° to 400 ° C, whole preferably at about 350 ° C. Is through the preheating described above is the catalyst activation temperature achieved, so is a reformer supplied fuel / air mixture or fuel / water / air mixture reacted and it arises hydrogen-rich gas, also referred to below as the reformate becomes. To produce the reformate, we prefer a low air ratio of about 0.35 set. The fuel / air mixture is as described above in the catalyst of the reformer in a hydrogen-containing gas Temperatures around 950 ° Celsius transformed.

Bei den niedrigen Katalysator-Temperaturen beim Starten des Reformers enthält das Reformat neben Wasserstoff auch noch einen erheblichen Anteil an gasförmigem Wasser und nicht vollständig umgesetzten Kohlenwasserstoffen.at the low catalyst temperatures when starting the reformer contains the reformate in addition to hydrogen also a significant share at gaseous Water and not completely reacted hydrocarbons.

Daher wird sofort in einem zweiten Schritt gemäß der Erfindung das Reformat, d.h. das wasserstoffhaltige Gas überstöchiometrisch, d.h. mit einem Luftüberschuss in der Reformer-Reformatbrenneranordnung verbrannt. Hierdurch entstehen Verbrennungsgase, die dazu genutzt werden können, die Reformerleitung und alle anderen nachfolgenden Komponenten wie beispielsweise die Brennstoffzelle oder Gasreinigung zu erwärmen. Im Gegensatz zur DE 102 44 803 ist hierfür kein der Reformer-Reformatbrenneranordnung nachgeschalteter Wärmetauscher erforderlich, sondern die Verbrennungsgase werden direkt für die Erwärmung der anderen Komponenten genutzt. Damit zeichnet sich die vorliegende Erfindung durch eine einfachere konstruktive Lösung als die in der DE 102 44 803 angegebene aus. Die Erwärmung der nachfolgenden Komponenten, beispielsweise der Brennstoffzelle mittels eines gasförmigen Trägerstromes anstelle eines Wärmeübertragungsmediums wie im Stand der Technik ist vorliegend möglich, weil in der Startphase das Reformat verbrannt wird und so eine Kondensation von z.B. im Reformat in der Startphase enthaltenen Kohlenwasserstoffen z.B. in der Brennstoffzelle vermieden wird. Des Weiteren wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahrensführung die Rußbildung, d.h. die Abscheidung von Ruß an den kalten Wänden stark vermindert.Therefore, immediately in a second step according to the invention, the reformate, ie the hydrogen-containing gas is burned more than stoichiometrically, ie with an excess of air in the reformer-Reformatbrenneranordnung. This results in combustion gases that can be used to heat the reformer line and all other downstream components such as the fuel cell or gas cleaning. In contrast to DE 102 44 803 For this purpose, no reformer Reformatbrenneranordnung downstream heat exchanger is required, but the combustion gases are used directly for the heating of the other components. Thus, the present invention is characterized by a simpler design solution than that in the DE 102 44 803 specified. The heating of the following components, for example the fuel cell by means of a gaseous carrier stream instead of a heat transfer medium as in the prior art is presently possible because in the starting phase, the reformate is burned and thus a condensation of eg in the reformate in the startup phase contained hydrocarbons, for example in the fuel cell is avoided. Furthermore, soot formation, ie the deposition of soot on the cold walls, is greatly reduced with the apparatus and method according to the invention.

Nach Erreichen der Anti-Kondensationstemperatur der den Reformer verlassenenden Produkte z.B. in der Brennstoffzelle kann dann die Zufuhr von Luft in die Reformer-Reformatbrenneranordnung unterbrochen oder vermindert werden und in einem dritten Schritt das Reformat dann unverbrannt oder teilweise unverbrannt in die Brennstoffzelle bzw. die Brennstoffzelleneinheit geleitet werden.To Reaching the anti-condensation temperature of the reformer leaving Products e.g. in the fuel cell then the supply of air interrupted or reduced in the reformer Reformatbrenneranordnung and then, in a third step, the reformat unburned or partially unburned in the fuel cell or the fuel cell unit be directed.

Wie zuvor beschrieben umfasst in der Startphase das den Reformer verlassende Produktgemisch einen erheblichen Anteil von gasförmigem Wasser und nicht vollständigen umgesetzten Kohlenwasserstoffen. Die Anti-Kondensationstemperatur des den Reformer verlassenden Produktgemisches wird im wesentlichen von den Kohlenwasserstoffen in der Brennstoffzelle bestimmt, die im Bereich 150°C bis 450°C liegt. Die Anti-Kondensationstemperatur entspricht dann im wesentlichen maximal dem temperaturbezogenen Siedeende des Kraftstoffes. Das temperaturbezogene Siedeende des Kraftstoffes wird im wesentlichen durch die Kraftstoffzusammensetzung bestimmt. Beispielsweise liegt das Siedeende für Kraftstoffe mit einem hohen Anteil an zyklischen Kohlenwasserstoffen höher als bei Kraftstoffen mit einem niedrigen Anteil zyklischer Kohlenwasserstoffe.As previously described, in the starting phase, the product mixture leaving the reformer comprises a substantial portion of gaseous water and incomplete reacted hydrocarbons. The anti-condensation temperature of the product mixture leaving the reformer is essentially determined by the hydrocarbons in the fuel cell, which is in the range of 150 ° C to 450 ° C. The anti-condensation temperature then corresponds to a maximum of the temperature-related boiling end of the fuel. The temperature-related boiling end of the fuel is essentially determined by the fuel composition. For example, the boiling end for fuels with a high proportion of cyclic hydrocarbons is higher than for fuels with a low proportion of cyclic hydrocarbon substances.

Im dritten Schritt durchströmt das wasserstoffhaltige Reformat, wie zuvor beschrieben, unverbrannt die Brennstoffzelle, da die Brennstoffzelle noch nicht die Betriebstemperatur erreicht hat, bei der durch die Reaktion von im Reformat enthaltenem Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelleneinheit elektrische Energie erzeugt wird. Das unverbrauchte wasserstoffhaltige Gas dient in dieser Phase als ein Wärmestrom bzw. Trägerstrom, der die Brennstoffzelle auf der Brenngasseite der Brennstoffzelle, d.h. der Anodenseite weitererwärmt. Nachdem das unverbrauchte Reformat die Anodenseite der Brennstoffzelle durchströmt hat, wird es einem Restgasbrenner zugeführt. Mit Hilfe des der Brennstoffzelle nachgeordneten Restgasbrenners und dem auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle zugeführten Luftsauerstoff wird das Reformat gezündet und verbrannt. Das hierbei entstehende Verbrennungsgas wird dazu genutzt, mit Hilfe des Restgasbrenner-Wärmetauschers die Brennstoffzelle mit Luft als Trägerstrom für Wärme auch auf der Kathodenseite weiter zu erwärmen.in the flows through third step the hydrogen-containing reformate, as previously described, unburned the fuel cell, because the fuel cell is not yet the operating temperature achieved at the hydrogen contained by the reaction of reformate and oxygen in the fuel cell unit electrical energy is produced. The unused hydrogen-containing gas is used in this phase as a heat flow or carrier stream, the fuel cell on the fuel gas side of the fuel cell, i.e. the anode side continues to heat up. After the unused reformate the anode side of the fuel cell flows through has, it is fed to a residual gas burner. With the help of the fuel cell downstream residual gas burner and on the cathode side of the Fuel cell supplied atmospheric oxygen the reformate is ignited and burned. The resulting combustion gas is added used, with the help of the residual gas burner heat exchanger, the fuel cell with air as a carrier stream for heat too continue to heat on the cathode side.

In einer alternativen Ausführungsform kann ein sogenannter Mixbetrieb gefahren werden, in welchem das Reformat in der Reformer-Reformatbrenneranordnung mit einem Luftverhältnis kleiner 1 umgesetzt wird und der Restgasbrenner den Rest des brennbaren Reformates verbrennt.In an alternative embodiment can be run a so-called mixed operation, in which the Reformate in the reformer Reformatbrenneranordnung with an air ratio smaller 1 is implemented and the residual gas burner the rest of the combustible Reformates burns.

Wenn die Brennstoffzelle ihre Arbeitstemperatur oder Betriebstemperatur erreicht hat, die je nach Brennstoffzellentyp im Bereich zwischen 50° und 1000° Celsius liegt, so wird in einem vierten Verfahrensschritt der Wasserstoff und das Kohlenmonoxid des Reformates und der der Kathodenseite der Brennstoffzelle zugeführte Sauerstoff in der Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt.If the fuel cell its working temperature or operating temperature has reached, depending on the fuel cell type in the range between 50 ° and 1000 ° Celsius is, then in a fourth step, the hydrogen and the carbon monoxide of the reformate and the cathode side of the fuel cell supplied Oxygen in the fuel cell is converted into electrical energy.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der beschriebenen Restgasbrenneranordnung mit Wärmeübertrager eine weitere Wärmetauscheranordnung nachgeordnet ist, zur Übertragung von in der Restgasbrenneranordnung entstehenden Verbrennungswärme auf ein Wärmeübertragungsmedium. Bei einer Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems mit einem der Restgasbrenneranordnung nachgeschalteten weiteren Wärmetauscher kann dann beispielsweise wie in der DE 102 44 833 B4 beschrieben, der weitere Wärmetauscher dazu benutzt werden, verschiedene Fahrzeugsystembereiche, beispielsweise ein Heizsystem oder ein Abgasnachbehandlungssystem zu erwärmen.In a particularly preferred embodiment of the invention can be provided that the described residual gas burner assembly with heat exchanger is arranged downstream of a further heat exchanger assembly, for the transmission of combustion heat generated in the residual gas burner assembly to a heat transfer medium. In one refinement of the fuel cell system with a further heat exchanger arranged downstream of the residual gas burner arrangement, it is then possible, for example, as in FIG DE 102 44 833 B4 described, the other heat exchangers are used to heat various vehicle system areas, such as a heating system or an exhaust aftertreatment system.

Des Weiteren können Umschaltmittel vorgesehen sein, die den der Restgasbrenneranordnung nachgeordneten weiteren Wärmetauscher zur Übertragung des im Wärmetauschers erzeugten Wärmestromes mit einem Abgassystem des Brennstoffzellensystems, einem Heizsystem oder einem Abgassystem des Fahrzeuges verbindet.Of Further can Switching means may be provided which are arranged downstream of the residual gas burner arrangement another heat exchanger for transmission in the heat exchanger generated heat flow with an exhaust system of the fuel cell system, a heating system or an exhaust system of the vehicle connects.

In der Startphase, in der die Verbrennungsgase der Reformatbrenneranordung dazu genutzt werden, die Komponenten des Brennstoffzellensystems zu erwärmen, werden bevorzugt mit einer Rezirkulationsleitung die Verbrennungsgase wieder an die Eingangsseite geführt, um die Aufwärmung des Reformers zu unterstützen.In the starting phase, in which the combustion gases of the Reformatbrenneranordung be used to the components of the fuel cell system to warm, are preferred with a recirculation line the combustion gases again led to the entrance, to warm up to support the reformer.

Neben dem zuvor beschriebenen Brennstoffzellensystem stellt die Erfindung auch ein Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems sowie eine Steuerung zum Starten eines Brennstoffzellensystems zur VerfügungNext The fuel cell system described above provides the invention Also, a method for starting a fuel cell system and a Control for starting a fuel cell system available

Ausführungsbeispiele embodiments

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigeschlossenen Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben.The The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings Drawings described in detail with reference to preferred embodiments.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Längsansicht einer Reformer-Reformatbrenneranordnung 1 a schematic longitudinal view of a reformer Reformatbrenneranordnung

2a eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Heizsystems im Bereich der Reformer-Reformatbrenneranordnung mit einer ersten Ausführungsform eines Lufteinspeisesystems 2a a cross-sectional view of in 1 illustrated heating system in the field of reformer Reformatbrenneranordnung with a first embodiment of a Lufteinspeisesystems

2b eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Heizsystems im Bereich des Reformer-Reformatbrenneranordnung mit einer zweiten Ausführungsform eines Lufteinspeisesystems 2 B a cross-sectional view of in 1 illustrated heating system in the region of the reformer Reformatbrenneranordnung with a second embodiment of a Lufteinspeisesystems

2c eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Heizsystems im Bereich des Reformer-Reformatbrenneranordnung mit einer dritten Ausführungsform eines Lufteinspeisesystems 2c a cross-sectional view of in 1 illustrated heating system in the region of the reformer-Reformatbrenneranordnung with a third embodiment of a Lufteinspeisesystems

2d eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Heizsystems im Bereich des Reformer-Reformatbrenneranordnung mit einer vierten Ausführungsform eines Lufteinspeisesystems 2d a cross-sectional view of in 1 illustrated heating system in the region of the reformer Reformatbrenneranordnung with a fourth embodiment of a Lufteinspeisesystems

3 eine blockbildartige Darstellung einer Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems mit einer Hochtemeraturbrennstoffzelle, Reformer, einer Reformer-Reformatbrenneranordnung, einer Brennstoffzelle, und einer Restgasbrenneranordnung 3 a block diagram representation of an embodiment of the fuel cell system with a Hochtemeraturbrennstoffzelle, reformer, a reformer Reformatbrenneranordnung, a fuel cell, and a residual gas burner assembly

4 eine blockbildartige Darstellung einer Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems mit einer protonleitenden Niedertemperaturbrennstoffzelle, Reformer, einer Reformer- Reformatbrenneranordnung, einer Brennstoffzelle, und einer Restgasbrenneranordnung 4 a block-like representation of a Embodiment of the fuel cell system with a proton-conducting low-temperature fuel cell, reformer, a reformer Reformatbrenneranordnung, a fuel cell, and a residual gas burner assembly

In 1 ist ein Reformer bzw. eine Reformeranordnung mit einer Reformer-Reformatbrenneranordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Dieses System kann im Wesentlichen in zwei Bereiche gegliedert werden, nämlich eine im stromaufwärtigen Bereich liegende Reformeranordnung 12 sowie eine stromabwärts darauf folgende Reformatbrenneranordnung 14. Bei einer auf Grund des einfachen Aufbaus bevorzugten Ausgestaltungsform können all diese Systembereiche 12, 14 in einem einzigen rohrartigen Gehäusebereich 18 aufgenommen sein.In 1 is a reformer assembly with a reformer Reformatbrenneranordnung in general with 10 designated. This system can be divided essentially into two areas, namely an upstream area located reformer arrangement 12 and a downstream reformate burner assembly thereafter 14 , In a preferred embodiment due to the simple construction, all these system areas 12 . 14 in a single tubular housing area 18 be included.

Die Reformeranordnung 12 umfasst einen symbolisch dargestellten Katalysator 20, in welchem ein durch Pfeil P1 symbolisiertes Gemisch aus Luft und Kohlenwasserstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, ggf. unter der Beimengung von Wasser (oder eines Rezyklates) oder ein reines Wasser/Kohlenwasserstoff-Gemisch in Form von wasserhaltigem Anoden- bzw. Restgasbrennerabgas zersetzt wird, so dass die Reformeranordnung 12 ein gasartiges Gemisch verlässt, in welchem ein vergleichsweise hoher Anteil an Wasserstoff enthalten ist. Die Reformeranordnung 12 kann zur Erzeugung des zu zersetzenden Gemisches eine Verdampferanordnung aufweisen, welche vorerwärmt werden kann bzw. welcher auch bereits vorerwärmtes Ausgangsmaterial zur Erzeugung des Gemisches zugeführt werden kann. Sowohl der Katalysator 20 wie auch die Luft können vorerwärmt werden. Hierzu ist dem Katalysator 20 eine Heizeinrichtung zugeordnet, die die zur Katalyse erforderliche Temperatur zur Verfügung stellt, welche beim Einsatz von Dieselkraftstoff als Kohlenwasserstoff im Bereich von 320° Celsius liegt. Alternativ kann die Vorerwärmung des Katalysators auch mit Hilfe eines thermischen Wärmeimpulses einer Flamme erfolgen. Die Flamme kann durch eine Selbstentzündung beispielsweise des in den Gemischbindungsraum 13 des Reformers eingeleiteten Luft/Kohlenwasserstoff-Gemisches zur Verfügung gestellt werden, wenn im Gemischbildungsraum 13 eine ausreichend hohe Temperatur vorliegt. Andernfalls kann das Luft/Kohlenwasserstoff-Gemisch mit Hilfe eines Zündorgans entzündet werden.The reformer arrangement 12 includes a symbolically represented catalyst 20 in which a symbolized by arrow P 1 mixture of air and hydrocarbon, for example diesel fuel, possibly with the addition of water (or a recyclate) or a pure water / hydrocarbon mixture in the form of hydrous anode or residual gas burner exhaust gas is decomposed, so that the reformer arrangement 12 leaves a gaseous mixture in which a comparatively high proportion of hydrogen is contained. The reformer arrangement 12 can for generating the mixture to be decomposed having an evaporator arrangement which can be preheated or which also pre-heated starting material for the production of the mixture can be supplied. Both the catalyst 20 as well as the air can be preheated. This is the catalyst 20 assigned a heater that provides the temperature required for catalysis, which is when using diesel fuel as a hydrocarbon in the range of 320 ° Celsius. Alternatively, the preheating of the catalyst can also take place with the aid of a thermal heat pulse of a flame. The flame can by a self-ignition, for example, in the mixture binding space 13 supplied to the reformer air / hydrocarbon mixture are provided when in the mixture formation space 13 a sufficiently high temperature is present. Otherwise, the air / hydrocarbon mixture can be ignited by means of an ignition device.

Das die Reformeranordnung 12 verlassende Gas tritt über eine Flammensperre 22 in die Brenneranordnung 14 bzw. eine Brennkammer 24 derselben ein. In diese Brennkammer 24 wird über ein in den 2a bis 2d dargestelltes Luftzuführleitungssystem 26 ferner Verbrennungsluft mit Hilfe einer Luftfördereinheit eingespeist. Eine Flammensperre 22 wird dann nicht benötigt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des wasserstoffreichen Gases größer ist als die Rückströmgeschwindigkeit bzw. Flammgeschwindigkeit des Luft/Wasserstoff-Gemisches.That the reformer arrangement 12 leaving gas occurs over a flame arrester 22 in the burner assembly 14 or a combustion chamber 24 the same one. In this combustion chamber 24 will have one in the 2a to 2d illustrated air supply line system 26 Furthermore, combustion air fed by means of an air conveyor unit. A flame barrier 22 is not required if the flow rate of the hydrogen-rich gas is greater than the return velocity or flame velocity of the air / hydrogen mixture.

In 2a ist eine erste Ausführungsform eines Luftzuführleitungssystem 26 dargestellt. Bei dem Luftzuführungsleitungssystem 26 gemäß 2a wird Luft entlang Pfeil P3, von außen über den Leitungsbereich 28 einer Luftfördereinheit einem ringartigen Verteilungsleitungsbereich 30 zugeführt und entweder über eine Mehrzahl von in die Brennkammer 24 führenden Lufteinspeisungsabschnitten 32 in die Brennkammer 24 eingebracht oder über Öffnungen im rohrartigen Gehäusebereich 18 und einem Ringkanal 30 mit Leitungsbereich 28. Über spezielle Luftlenkungsvorrichtungen kann die Luft beim Einströmen in den rohrartigen Gehäusebereich 18 auch mit einem Drall versehen werden. Es wird auf diese Art und Weise eine weitgehend gleichmäßige Einspeisung der zusammen mit dem in die Brennkammer 24 geleiteten Wasserstoff zu verbrennenden Luft erlangt. Um das Gemisch aus Luft und Wasserstoff zu zünden und somit die Verbrennung auszulösen, kann ein Zündorgan 34 vorgesehen sein, welches eine Glühwendel, einen Glühstift oder dergleichen aufweisen kann. Eventuell ist es auch möglich an der heißen Flammensperre des Reformer-Reformatbrenners eine Selbstentzündung herbei zu führen.In 2a is a first embodiment of an air supply line system 26 shown. In the air supply piping system 26 according to 2a Air is sent along arrow P 3 , from the outside over the pipe area 28 an air conveying unit a ring-like distribution line area 30 fed and either via a plurality of into the combustion chamber 24 leading air supply sections 32 into the combustion chamber 24 introduced or via openings in the tubular housing portion 18 and a ring channel 30 with line area 28 , About special air steering devices, the air when flowing into the tubular housing portion 18 also be provided with a twist. It is in this way a largely uniform feed of the together with the in the combustion chamber 24 passed hydrogen to be burned air. To ignite the mixture of air and hydrogen and thus trigger the combustion, an ignition device 34 be provided, which may have a filament, a glow plug or the like. It may also be possible to induce spontaneous combustion on the hot flame arrester of the reformer reformate burner.

In 2b ist eine alternative Ausführungsform des Luftzuführleitungssystems dargestellt. Bei der alternativen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zuführung der Luft über ein in die Brennkammer 24 der Reformer- Reformatbrenneranordnung eingelassenes Luftrohr 50. Dies ist in 2b dargestellt. Gleiche Bauteile wie in 2a tragen diesselben Bezugsziffern. Gemäß 2b wird über den Leitungsbereich 28 einer Luftfördereinheit Luft in ein Verteilerrohr 52, das innerhalb der Brennkammer 24 geführt wird, eingeleitet. Das Verteilerrohr 52 hat in die Umfangswand eingelassene Öffnungen 54 aus denen die Luft aus- und in die Brennkammer einströmen kann. Die Öffnung kann beispielsweise schlitz- oder lochförmig ausgeführt sein. Bevorzugt ist das Verteilerrohr symmetrisch um eine Achse 60 ausgebildet. Die Achse 60 liegt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel zur Achse 62 der ebenfalls rohrförmigen Brennkammer 24. Anstelle der Einspeisung der Luft über das Verteilerrohr 52 können Öffnungen direkt in dem Lufrohr 50 eingelassen sein. Dies ist in den 2c und 2d gezeigt. So zeigt 2c eine Ausführungsform mit lochförmigen Öffnungen 64 und 2d eine Ausführungsform mit schlitzförmigen Öffnungen 65. Die Luftzuführung kann selbstverständlich auch auf eine Vielzahl von in die Reformatbrenneranordnung eingeleitete Luftrohre verteilt sein.In 2 B an alternative embodiment of the air supply line system is shown. In the alternative embodiment of the invention, the supply of air takes place via a in the combustion chamber 24 the reformer Reformatbrenneranordnung recessed air tube 50 , This is in 2 B shown. Same components as in 2a bear the same reference numbers. According to 2 B is over the line area 28 an air conveying unit air in a manifold 52 that is inside the combustion chamber 24 conducted. The manifold 52 has openings in the peripheral wall 54 from which the air can flow out and into the combustion chamber. The opening may be designed, for example, slotted or hole-shaped. Preferably, the manifold is symmetrical about an axis 60 educated. The axis 60 is in a preferred embodiment substantially parallel to the axis 62 the likewise tubular combustion chamber 24 , Instead of feeding the air through the manifold 52 can have openings directly in the air tube 50 be admitted. This is in the 2c and 2d shown. So shows 2c an embodiment with hole-shaped openings 64 and 2d an embodiment with slit-shaped openings 65 , Of course, the air supply can also be distributed to a plurality of introduced into the Reformatbrenneranordnung air pipes.

Die bei der Verbrennung in der Reformer-Reformatbrenneranordnung 14 entstehenden Verbrennungsprodukte, welche allgemein in gasförmiger Form vorliegen, transportieren die bei der Verbrennung entstehende Wärme in Richtung der Brennstoffzelle. Durch die von den Verbrennungsgasen transportierte Wärme werden die Komponenten des Brennstoffzellensystems erwärmt. Durch die Pfeile P2 ist angedeutet, daß die Verbrennungsprodukte bzw. Verbrennungsabgase die Reformer-Reformatbrenneranordnung verlassen und in einer Art und Weise weiter genutzt werden, wie nachfolgend noch beschrieben.The combustion in the reformer reformate burner assembly 14 resulting combustion products, which generally in gaseous Form, transport the heat generated during combustion in the direction of the fuel cell. The heat transported by the combustion gases heats the components of the fuel cell system. The arrows P 2 indicate that the combustion products or combustion exhaust gases leave the reformer-reformate burner arrangement and continue to be used in a manner as described below.

Durch das in den 1 und 2a–2d dargestellte System wird es also möglich, das in einer Reformeranordnung 12 erzeugte Wasserstoffgas durch Verbrennung als Brennstoff zu nutzen, beispielsweise um in der Startphase des Brennstoffzellensystems die Brennstoffzelleneinheit selbst auf eine für den nachfolgenden Betrieb geeignete Temperatur zu erwärmen. Sobald in der Brennstoffzelle eine Temperatur erreicht ist, bei der keine Kondensation des die Reformeranordnung verlassenden Produktgemisches, d.h. des Reformates mehr auftritt, kann das Reformat unverbrannt der Brennstoffzelle zugeführt werden. Das Reformat erwärmt dann die Anodenseite der Brennstoffzelle weiter. Durch Verbrennung des durch die Brennstoffzelle hindurchgeleiteten Reformates auf der Anodenseite und Luft auf der Kathodenseite in einer Restgasbrenneranordnung kann die Kathodenseite der Brennstoffzelle weitererwärmt werden.By in the 1 and 2a - 2d As shown system, it is possible that in a reformer arrangement 12 generated hydrogen gas by combustion as fuel, for example, in the start phase of the fuel cell system to heat the fuel cell unit itself to a suitable temperature for subsequent operation. As soon as a temperature is reached in the fuel cell at which no condensation of the product mixture leaving the reformer arrangement, ie the reformate, occurs any more, the reformate can be fed unburned to the fuel cell. The reformate then further heats the anode side of the fuel cell. By burning the reformate passed through the fuel cell on the anode side and air on the cathode side in a residual gas burner arrangement, the cathode side of the fuel cell can be further heated.

In 3 ist das gesamte Brennstoffzellensystem mit einer Hochtemperaturbrennstoffzelle gezeigt. Der Reformer ist in 3 mit der Bezugsziffer 102 bezeichnet.In 3 the entire fuel cell system is shown with a high temperature fuel cell. The reformer is in 3 with the reference number 102 designated.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Katalysator 100 oder die Luft mit einer nicht dargestellten elektrischen Heizeinrichtung erwärmt. Beispielsweise kann so der Katalysator 100 des Reformers 102 auf die Katalysatoraktivierungstemperatur erwärmt werden. Alternativ kann eine Erwärmung mit Hilfe einer Flamme erfolgen. Hierzu kann in der Gemischkammer 103 eingeleitetes Gemisch, beispielsweise ein Luft-/Kohlenwasserstoff-Gemisch entzündet werden. Die Luft wird über die Zuleitung 104 in den Gemischraum geführt; der Kohlenwasserstoff beispielsweise der Kraftstoff über die Zuleitung 105. Die Zuleitung 104 für die Luft in den Gemischraum 103 wird an der Knotenstelle 101 in eine Zuleitung 104.1 für Luft in den Reformer-Reformatbrenner 110, in eine Zuleitung 104.2 für Luft, die an die Kathodenseite 108.2 der Brennstoffzelle führt und eine Zuleitung 104.3, die in den Reformer verzweigt. Die Zuleitung 104.3 kann über einen nicht dargestellten Reformer-Wärmetauscher vorgewärmt werden. Zudem kann Sie durch Wärmeabfuhr den Katalysator kühlen. Anstelle einer gemeinsamen Luftzuleitung mit Knoten 101 können auch einzelne Luftzuleitungen zu den einzelnen Komponenten vorgesehen sein.In a first embodiment of the invention, the catalyst becomes 100 or the air is heated with an electric heater, not shown. For example, so can the catalyst 100 the reformer 102 heated to the catalyst activation temperature. Alternatively, a heating by means of a flame can take place. This can be done in the mixing chamber 103 initiated mixture, for example, an air / hydrocarbon mixture are ignited. The air gets over the supply line 104 led into the mixture space; the hydrocarbon, for example, the fuel via the supply line 105 , The supply line 104 for the air in the mixture room 103 will be at the junction 101 in a supply line 104.1 for air in the reformer reformate burner 110 in a supply line 104.2 for air, to the cathode side 108.2 the fuel cell leads and a supply line 104.3 that branches into the reformer. The supply line 104.3 can be preheated by a reformer heat exchanger, not shown. In addition, it can cool the catalyst by heat removal. Instead of a common air supply with nodes 101 can also be provided individual air supply lines to the individual components.

Das entzündete Gemisch bildet dann eine Flamme aus, mit der beispielsweise der Katalysator 100 auf Katalysatoraktivierungstemperatur erwärmt wird. Sobald die Aktivierungsstemperatur des Katalysators erreicht ist, wird durch Zuführung von Luft und Kohlenwasserstoff, beispielsweise Kraftstoff in den Reformer 102 ein wasserstoffhaltiges Gas, das sogenannte Reformat erzeugt. In der Startphase enthält das Reformat einen erheblichen Anteil von gasförmigem Wasser und nicht vollständigen umgesetzten Kohlenwasserstoffen, die in den nachfolgenden Komponenten des Systems wie beispielsweise der Brennstoffzelle 108 auskondensieren können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzelle eine Hochtemperaturbrennstoffzelle, die mit einer Arbeitstemperatur von 800 bis 1000°Celsius arbeitet und bei der bei Zufuhr von Luft und/oder Luftsauerstoff und/oder O2 über Leitung 104.2 auf der Katodenseite und Reformat, d.h. Brennergas, beispielsweise H2 + CO über Leitung 130 auf der Anodenseite bei der Arbeitstemperatur der Brennstoffzelle von 800°Celsius bis 1000°Celsius chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Bei der Hochtemperaturbrennstoffzelle handelt es sich bevorzugt um eine solid oxid fuel cell (SOFC). Derartige Brennstoffzellen sind aus einer Vielzahl von Publikationen bekannt, beispielsweise der DE 19943523AI . Bei einer SOFC-Brennstoffzelle wird als Elektrolyt ein fester keramischer Elektrolyt, als Brennstoff H2 und CO aus interner Reformierung und als oxidatives Medium Luftsauerstoff verwandt. Die Anodenseite auf der die Zufuhr des Brennergases, d.h. vorliegend des Brennstoffes H2 und CO vom Reformer her erfolgt, ist mit 108.1 gekennzeichnet, die Kathodenseite, auf der Luftsauerstoff zugeführt wird, mit 108.2.The ignited mixture then forms a flame with which, for example, the catalyst 100 is heated to catalyst activation temperature. Once the activation temperature of the catalyst is reached, by supplying air and hydrocarbon, for example, fuel in the reformer 102 a hydrogen-containing gas that produces so-called reformate. In the start-up phase, the reformate contains a substantial portion of gaseous water and incomplete reacted hydrocarbons present in subsequent components of the system, such as the fuel cell 108 can condense. In the present embodiment, the fuel cell is a high-temperature fuel cell, which operates at a working temperature of 800 to 1000 ° C and in the case of supply of air and / or atmospheric oxygen and / or O 2 via line 104.2 on the cathode side and reformate, ie burner gas, for example H 2 + CO via line 130 On the anode side at the operating temperature of the fuel cell from 800 ° Celsius to 1000 ° Celsius chemical energy is converted into electrical energy. The high temperature fuel cell, it is preferably a s olid o xid f uel C ell (SOFC). Such fuel cells are known from a variety of publications, such as DE 19943523AI , In the case of an SOFC fuel cell, the electrolyte used is a solid ceramic electrolyte, as fuel H 2 and CO from internal reforming, and as the oxidative medium atmospheric oxygen. The anode side on which the supply of the burner gas, that is, in the present case of the fuel H 2 and CO from the reformer forth, is with 108.1 characterized, the cathode side, is supplied to the atmospheric oxygen, with 108.2 ,

Um ein Auskondensieren zu verhindern wird das den Reformer verlassende Reformat in der Startphase in der Reformer-Reformatbrenneranordnung 110, der dem Reformer 102 nachgeordnet ist, verbrannt. Hierbei entstehen warme Verbrennungsgase. Die warmen Verbrennungsgase werden von der Reformer-Reformatbrenneranordnung 110 in die Brennstoffzelle geleitet und dienen dazu, sämtliche Überleitungen zur Brennstoffzelle 108 sowie die Brennstoffzelle 108 selbst zu erwärmen.To prevent condensation, the reformate leaving the reformer is in the starting phase in the reformer reformate burner assembly 110 , the reformer 102 is subordinate, burned. This creates warm combustion gases. The warm combustion gases are from the reformer reformate burner assembly 110 led into the fuel cell and serve all the fuel cell connections 108 as well as the fuel cell 108 to heat itself.

Sobald die Anti-Kondensationstemperatur erreicht ist, was über einen Temperatursensor sensiert werden kann, kann in einer ersten Ausführungsform der Erfindung der Reformer-Reformatbrenner 110 vollständig abgeschaltet und das im Reformer erzeugte Reformat wird unverbrannt in die Brennstoffzelle 108 geleitet. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich nach Erreichen der Anti-Kondensationstemperatur, den Reformer-Reformatbrenner nicht vollständig abzuschalten, sondern mitlaufen zu lassen. In diesem Fall wird am Umschaltventil 101 der Luftstrom in einem bestimmten Verhältnis geteilt und ein erster Teil Luft an die Kathodenseite der Brennstoffzelle und ein zweiter Teil Luft in den Reformer-Reformatbrenner geführt. Es wird jetzt nur noch ein Teil des Brenngases aus dem Reformer des Reformer-Reformatbrenners verbrannt, der andere Teil gelangt an die Anodenseite der Brennstoffzelle und dient dort als Brenngas. Diese Verfahrensführung wird auch als Mischbetrieb bezeichnet.Once the anti-condensation temperature is reached, which can be sensed via a temperature sensor, in a first embodiment of the invention, the reformer reformate burner 110 completely shut down and the reformate produced in the reformer is unburned in the fuel cell 108 directed. In an alternative embodiment, it is also possible after reaching the anti-condensation temperature, the reformer-Reformatbrenner not completely off, but to run with. In this case, the changeover valve 101 divided the air flow in a certain ratio and a first part of air to the cathode side of the fuel cell and a second part of air in the reformer Reformatbrenner out. It is now burned only part of the fuel gas from the reformer of the reformer reformate burner, the other part reaches the anode side of the fuel cell, where it serves as a fuel gas. This procedure is also referred to as mixed operation.

Nach Erreichen der Anti-Kondensationstemperatur dienen nicht mehr alleine die Verbrennungsgase, sondern das Reformat teilweise oder vollständig als Trägerstrom für die Wärme. Die Wärme des Trägerstromes erwärmt sowohl die Leitungen wie auch die Brennstoffzelle 108 auf der Anodenseite 108.1. Über Leitung 109.1 wird das unverbrannte wasserstoffhaltige Gas zum Restgasbrenner 111 geführt. Im Restgasbrenner 111 mit Wärmeübertrager wird das unverbrannte wasserstoffhaltige Gas zusammen mit Luftsauerstoff verbrannt. Die durch die Verbrennung erzeugte Wärme 107 wird dazu genutzt die Brennstoffzelle auf der Kathodenseite 108.2 mit Hilfe des Wärmeübertragers des Restgasbrenners zu erwärmen. Die Kathodenseite 108.2 der Brennstoffzelle wird mit Luft über Leitung 104.2 versorgt. Die Abluft wird über eine zweite Leitung 109.2 zum Restgasbrenner 111 geführt. Dem Restgasbrenner 111 kann wie dargestellt ein weiterer Wärmeübertrager 112, beispielsweise ein Wärmetauscher, nachgeschaltet sein. Mit Hilfe des zweiten Wärmeübertragers 112 kann Wärme auf andere Teile des Fahrzeugsystems, beispielsweise die Heizung oder das Abgassystem übertragen werden. Die Temperatur an der Anodenseite 109.1 der Brennstoffzelle kann mit einem Temperatursensor und die Temperatur an der Kathodenseite mit einem weiteren Temperatursensor detektiert werden. Die Temperatursignale der Sensoren können an eine Steuereinheit übertragen werden, die z.B. bei Erreichen der Anti-Kondensationstemperatur den Reformer-Reformatbrenner abschaltet oder einen Teilstrom am Umschaltventil einstellt, d.h. in den Mischbetrieb übergeht.After reaching the anti-condensation temperature no longer serve only the combustion gases, but the reformate partially or completely as a carrier stream for the heat. The heat of the carrier stream heats both the lines and the fuel cell 108 on the anode side 108.1 , Via wire 109.1 the unburned hydrogen-containing gas becomes a residual gas burner 111 guided. In the residual gas burner 111 with heat exchanger, the unburned hydrogen-containing gas is burned together with atmospheric oxygen. The heat generated by the combustion 107 is used to the fuel cell on the cathode side 108.2 to heat with the help of the heat exchanger of the residual gas burner. The cathode side 108.2 The fuel cell is connected to air via line 104.2 provided. The exhaust air is via a second line 109.2 to the residual gas burner 111 guided. The residual gas burner 111 can as shown another heat exchanger 112 , For example, a heat exchanger downstream. With the help of the second heat exchanger 112 Heat can be transferred to other parts of the vehicle system, such as the heating or the exhaust system. The temperature at the anode side 109.1 The fuel cell can be detected with a temperature sensor and the temperature on the cathode side with another temperature sensor. The temperature signals of the sensors can be transmitted to a control unit which, for example, switches off the reformer-reformate burner when the anti-condensation temperature is reached or adjusts a partial flow at the change-over valve, that is, enters the mixing mode.

Wenn die Brennstoffzelle die Betriebstemperatur erreicht hat, die bevorzugt zwischen 600° und 1000° Celsius, ganz besonders bevorzugt bei 800° Celsius liegt, wird das auf der Anodenseite 104.1 zugeführte wasserstoffhaltige Reformat durch eine chemische Reaktion in elektrische Energie umgewandelt und einem elektrischen Verbraucher 120 zugeführt. Der in diesem Zustand, d.h. im Betriebszustand der Brennsstoffzelle im Restgas noch vorhandener Wasserstoff kann entweder im Restgasbrenner 111 verbrannt oder alternativ über eine Rezirkulationsleitung dem Reformer 102 zugeführt werden. Die Rezirkulationsleitung 114.1 führt vor dem Restgasbrenner 111 unverbranntes, wasserstoffhaltiges Restgas der Brennanordnung in den Gemischbildungsraum 103. Alternativ kann eine Rezirkulationsleitung 114.2 nach dem Restgasbrenner abzweigen und Restgas der Restgasbrenneranordnung mit Hilfe einer Gasförderungseinheit dem Gemischbildungsraum 103 zuführen. Die in dem Restgasbrenner 111 erzeugte Wärme wird, wie in der Prinzipskizze dargestellt, im Betriebszustand des Restgasbrenners 111 zur Vorwärmung von Edukten, beispielsweise der Kathodenluft der Brennstoffzelle 108 verwendet.When the fuel cell has reached the operating temperature, which is preferably between 600 ° and 1000 ° Celsius, most preferably at 800 ° Celsius, that is on the anode side 104.1 supplied hydrogen-containing reformate converted by a chemical reaction into electrical energy and an electrical consumer 120 fed. The in this state, ie in the operating state of the fuel cell in the residual gas still existing hydrogen can either in the residual gas burner 111 burned or alternatively via a recirculation line the reformer 102 be supplied. The recirculation line 114.1 leads in front of the residual gas burner 111 unburned, hydrogen-containing residual gas of the burner assembly in the mixture formation space 103 , Alternatively, a recirculation line 114.2 branch off after the residual gas burner and residual gas of the residual gas burner arrangement with the aid of a gas conveying unit the mixture formation space 103 respectively. The in the residual gas burner 111 generated heat is, as shown in the schematic diagram, in the operating state of the residual gas burner 111 for preheating educts, for example the cathode air of the fuel cell 108 used.

Der in der Brennstoffzelle 108 bei der Arbeitstemperatur erzeugte Strom wird, wie in der Prinzipskizze dargestellt, im Betriebszustand der Brennstoffzelle 102 einem elektrischen Verbraucher 120 zugeführt.The one in the fuel cell 108 Current generated at the working temperature, as shown in the schematic diagram, in the operating state of the fuel cell 102 an electrical consumer 120 fed.

In 4 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der anstelle einer Hochtemperaturbrennstoffzelle eine sogenannte PEM (Proton Exchange Membrane) Fuel Cell (PEM) also eine Membranbrennstoffzelle eingesetzt wird. Im Gegensatz zur Hochtemperaturbrennstoffzelle arbeitet eine PEM-Brennstoffzelle mit einer Betriebstemperatur im Bereich von 50°Celsius bis 150°Celsius, idealerweise sogar bereits bei Minustemperaturen. Eine PEM-Brennstoffzelle verwendet als Elektrolyt einen perfluorierten sulfonierten polymeren Elektrolyten, als Brennstoff entweder Wasserstoff oder reformierten Wasserstoff und als Oxidationsmedium Sauerstoff oder Luftsauerstoff. Gleiche Bauteile beim Schaltbild gemäß 4 sind mit denselben Bezugsziffern erhöht um 100 belegt.In 4 an alternative embodiment of the invention is shown in which instead of a high-temperature fuel cell, a so-called PEM (Proton Exchange Membrane) Fuel Cell (PEM) is thus used a membrane fuel cell. In contrast to the high-temperature fuel cell, a PEM fuel cell operates at an operating temperature in the range of 50 ° Celsius to 150 ° Celsius, ideally even at minus temperatures. A PEM fuel cell uses as electrolyte a perfluorinated sulfonated polymeric electrolyte, as fuel either hydrogen or reformed hydrogen and as the oxidation medium oxygen or atmospheric oxygen. Same components in the diagram according to 4 are increased by the same reference numerals 100 busy.

So bezeichnet die Bezugsziffer 204 die Luftzufuhrleitung des Systems. Die Luftzufuhrleitung führt Luft über die Leitung 204.1 in den Gemischbildungsraum 203 des Reformers 202 sowie über Leitung 204.2 in den Restgasbrenner 211, über Leitung 204.3 zur Kathodenseite 208.2 der Brennstoffzelle 208, über Leitung 204.5 zur Gasreinigungs- und Wärmetauscherstufe 250. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Reformer-Reformatbrenneranordnung 210 zwischen Reformer 202 und der Gasreinigungsstufe 250 (nicht gezeigt) bzw. die Anodenseite der Brennstoffzelle 208.1 geschaltet sein.. Falls eine Reformer-Reformatbrenneranordnung 210 vorgesehen ist, wird dieser über Leitung 204.4 Luft zugeführt.This is the reference number 204 the air supply line of the system. The air supply line carries air over the line 204.1 in the mixture formation room 203 the reformer 202 as well as via wire 204.2 in the residual gas burner 211 , via wire 204.3 to the cathode side 208.2 the fuel cell 208 , via wire 204.5 for gas purification and heat exchanger stage 250 , At the in 4 illustrated embodiment of the invention, the reformer Reformatbrenneranordnung 210 between reformers 202 and the gas purification stage 250 (not shown) or the anode side of the fuel cell 208.1 If a reformer Reformatbrenneranordnung 210 is provided, this is via line 204.4 Supplied with air.

Wegen der niedrigen Arbeitstemperatur der Brennstoffzelle von nur 80 bis 150°Celsius kann die Reformer-Reformatbrenneranordnung aber auch weggelassen werden. Da die Reformer-Reformatbrenneranordnung bei der Ausgestaltung gemäß 4 nur optional ist, ist sie lediglich gestrichelt in das Schaubild eingezeichnet. Der Kraftstoff wird in den Gemischbildungsraum 203 des Reformer 202 über Leitung 205 zugeführt. Des Weiteren verfügt das System über ein Wasserleitungssystem 252. Mit Hilfe des Wasserleitungssystems 252 kann Wasser über Leitung 252.1 in den Gemischbildungsraum 203 und Leitung 252.2 in den Wärmetauscher (nicht gezeigt) der Gasreinigungsstufe 250 und dem Wärmetauscher (nicht gezeigt) des Reformers 202 oder in den Wärmetauscher (nicht gezeigt) des Restgasbrenners 211 geleitet werden, um die Betriebsbereiche der Katalysatoren aufgrund der exothermen Reaktion einzuhalten und das Wasser zu verdampfen.Due to the low working temperature of the fuel cell of only 80 to 150 ° Celsius, the reformer Reformatbrenneranordnung but also be omitted. Since the reformer Reformatbrenneranordnung in the embodiment according to 4 is only optional, it is only dashed lines in the diagram drawn. The fuel is in the mixture formation space 203 the reformer 202 via wire 205 fed. Furthermore, the system has a water pipe system 252 , With Help of the water supply system 252 can water over pipe 252.1 in the mixture formation room 203 and direction 252.2 in the heat exchanger (not shown) of the gas purification stage 250 and the heat exchanger (not shown) of the reformer 202 or in the heat exchanger (not shown) of the residual gas burner 211 to maintain the operating ranges of the catalysts due to the exothermic reaction and to vaporize the water.

Des Weiteren vorgesehen ist bei der Ausgestaltung gemäß 4 eine Wasserrückgewinnungsstufe 260, die der Brennstoffzelle 208 nachgeordnet ist und dazu dient, aus dem wasserstoffhaltigen Restgas, das die Kathodenseite 208.2 der Brennstoffzelle 208 verlässt, Wasser zurückzugewinnen, das über Leitung 254 zur Wasserentnahmeleitung 252 rückgeführt wird.Furthermore, it is provided in the embodiment according to 4 a water recovery stage 260 that of the fuel cell 208 is downstream and serves, from the hydrogen-containing residual gas, which is the cathode side 208.2 the fuel cell 208 leaves to recover water that over lead 254 to the water extraction pipe 252 is returned.

Die Bereitstellung wasserstoffhaltigen Gases als Brennstoff für die Brennstoffzelle geschieht, wie schon bei Ausführungsbeispiel 3 beschrieben, im Reformer 202. Der Reformer umfasst einen Gemischbildungsraum 203, in den beispielsweise ein Kohlenwasserstoffluft-Gemisch eingespeist wird und mit Hilfe eines Katalysators 200 zu einem wasserstoffhaltigen Reformat umgesetzt wird. Die Katalysatorbetriebstemperatur beträgt ungefähr 900 bis 1000°Celsius, insbesondere 950°Celsius. Die Erwärmung des Katalysators auf die Katalysatoraktivierungstemperatur kann mit Hilfe eine elektrischen Vorheizung oder einer Flamme, wie zuvor beschrieben, erfolgen. Dem Katalysator nachgeschaltet ist eine Gasreinigungsstufe 250, die im wesentlichen das Brennergas von CO reinigt. Die Gasreinigungsstufe wird bei der Niedertemperaturbrennstoffzelle benötigt, da die Niedertemperaturbrenntoffzelle im Brennergas nur eine Verunreinigung von maximal 50 ppm toleriert. Bei Gehalten über 50 ppm CO schlägt sich das CO an der aktiven Schicht der Brennstoffzelle nieder und verhindert so eine Diffussion von H+ – Ionen. Zusätzlich kann eine Bypassleitung 290 vorgesehen sein, mit der CO-haltiges Brennergas an der Anodenseite 208.1 der Brennstoffzelle vorbeigeleitet wird und in die Restgasleitung 209.1 gelangt. Zur Umschaltung in die Bypassleitung ist ein Umschaltventil 262 vorgesehen. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft in der Startphase, in der die Temperatur für einen vollständigen Umsatz des CO in der Gasreinigungsstufe noch nicht erreicht ist.The provision of hydrogen-containing gas as fuel for the fuel cell is done, as already described in Example 3, in the reformer 202 , The reformer includes a mixture formation space 203 into which, for example, a hydrocarbon-air mixture is fed and with the aid of a catalyst 200 is converted to a hydrogenated reformate. The catalyst operating temperature is about 900 to 1000 ° Celsius, especially 950 ° Celsius. The heating of the catalyst to the catalyst activation temperature may be accomplished by means of an electric pre-heater or a flame as previously described. Downstream of the catalyst is a gas purification stage 250 which essentially purifies the burner gas of CO. The gas purification stage is needed in the low temperature fuel cell because the low temperature fuel cell in the burner gas tolerates only a maximum of 50 ppm contamination. At levels above 50 ppm CO, the CO precipitates on the active layer of the fuel cell, preventing H + ion diffusion. In addition, a bypass line 290 be provided with the CO-containing burner gas on the anode side 208.1 the fuel cell is conducted past and into the residual gas line 209.1 arrives. For switching to the bypass line is a changeover valve 262 intended. Such an arrangement is advantageous in the starting phase, in which the temperature for a complete conversion of the CO in the gas purification stage has not yet been reached.

Wie beim vorgenannten Ausführungsbeispiel wird um ein Auskondensieren von im Reformat enthaltenen Rest-Kohlenwasserstoffen, die zu irreversiblen Rückständen in der Brennstoffzelle führen können, in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform eine Reformer-Reformatbrenneranordnung 210 in einer ersten, nicht dargestellten Ausführungsform zwischen dem Reformer 202 und der Gasreinigungsstufe 250 bzw. in einer alternativen Ausführungsform zwischen die Gasreinigungsstufe 250 und der Anodenseite 208.1 der Brennstoffzelle geschaltet. Die Ausgestaltung mit einem Reformer-Reformatbrenner ist optional und keineswegs zwingend. Um eine direkte Beaufschlagung insbesondere beim Anfahren des Systems, bei dem der CO-Gehalt am höchsten ist, der Anodenseite der Brennstoffzelle mit Brenngas die zu einer Kontaminierung mit Kohlenmonoxid führen kann, zu vermeiden, ist ein Umschaltventil 262 vor der Brennstoffzelle und eine Bypassleitung 290 vorgesehen. Das Umschaltventil 262 schaltet das Gas in die Bypassleitung vorwiegend im Falle des Starts, um Brenngas mit einem zu hohen CO-Anteil in das Abgassystem des Brennstoffzellensystems zu leiten.As in the aforementioned embodiment, a reformer-Reformatbrenneranordnung is in a particularly advantageous embodiment, a condensation of contained in the reformate residual hydrocarbons, which can lead to irreversible residues in the fuel cell 210 in a first, not shown embodiment between the reformer 202 and the gas purification stage 250 or in an alternative embodiment between the gas purification stage 250 and the anode side 208.1 the fuel cell switched. The design with a reformer reformate burner is optional and not mandatory. In order to avoid a direct admission, in particular when starting the system, in which the CO content is highest, the anode side of the fuel cell with fuel gas which can lead to contamination with carbon monoxide, is a switching valve 262 in front of the fuel cell and a bypass line 290 intended. The changeover valve 262 Switches the gas in the bypass line mainly in the case of the start to direct fuel gas with a high proportion of CO in the exhaust system of the fuel cell system.

Ist die Betriebstemperatur der PEM-Brennstoffzelle 208 erreicht, die bevorzugt zwischen 50 und 150°Celsius, insbesondere zwischen 80 und 150°Celsius liegt, so reagiert das wasserstoffhaltige Brenngas, das über Leitung 256 der Anodenseite der Brennstoffzelle zugeführt wird, mit auf der Kathodenseite 208.2 zugeführtem Luftsauerstoff 204.3, so dass elektrische Energie erzeugt wird, die an einen elektrischen Verbraucher 220 abgegeben werden kann.Is the operating temperature of the PEM fuel cell 208 achieved, which is preferably between 50 and 150 ° C, in particular between 80 and 150 ° C, so reacts the hydrogen-containing fuel gas, the line 256 the anode side of the fuel cell is supplied, with on the cathode side 208.2 supplied atmospheric oxygen 204.3 so that electrical energy is generated which is connected to an electrical consumer 220 can be delivered.

Das in der Brennstoffzelle anfallende wasserstoffhaltige Restgas sowie die Abluft werden über Leitungen 209.1 (wasserstoffhaltiges Restgas), 209.2 (Abluft) an den Restgasbrenner 211 geführt und können dort verbrannt werden. Die so erzeugte Wärme ist mit Pfeilen 207.1, 207.2 dargestellt. Diese Wärme kann abgegeben werden oder dem Reformer zugeführt werden, um diesen zu erwärmen. Dem Restgasbrenner 211 nachgeordnet ist ein Wärmetauscher 212, der die vom Restgasbrenner zur Verfügung gestellte Wärme dazu benutzen kann die Edukte Luft und/oder Wasser oder andere Fahrzeugbereiche zu erwärmen.The accumulating in the fuel cell hydrogen-containing residual gas and the exhaust air are via lines 209.1 (hydrogen-containing residual gas), 209.2 (Exhaust air) to the residual gas burner 211 led and can be burned there. The heat thus generated is with arrows 207.1 . 207.2 shown. This heat may be released or supplied to the reformer to heat it. The residual gas burner 211 downstream is a heat exchanger 212 who can use the heat provided by the residual gas burner to heat the educts air and / or water or other vehicle areas.

Wie schon beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind Rezirkulationsleitungen 214.1, 214.2 vorgesehen, wobei bei der Ausführungsform mit einer PEM-Brennstoffzelle in 4 das wasserhaltige Kathodenabgas, anstatt des Anodenabgases zurückgeführt wird.As in the embodiment according to 3 are recirculation lines 214.1 . 214.2 provided in the embodiment with a PEM fuel cell in 4 the water-containing cathode exhaust gas is recycled instead of the anode exhaust gas.

Die in 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Ausführungsform durch die Wahl der Brennstoffzelle.In the 4 illustrated embodiment differs from the in 3 illustrated embodiment by the choice of the fuel cell.

Mit der Erfindung wird erstmals ein Brennstoffzellensystem angegeben, bei dem sowohl eine Reformer-Reformatbrenneranordnung wie eine Restgasbrenneranordnung vorgesehen ist und das Starten des Brennstoffzellensystems mit Hilfe von Reformer-Reformatbrenneranordung und Restgasbrenneranordnung erfolgt.With the invention is for the first time a fuel cell system indicated in which both a reformer Reformatbrenneranordnung as a residual gas burner assembly is provided and starting the fuel cell system using Reformer Reformatbrenneranordung and residual gas burner assembly he follows.

Durch die Verwendung einer Reformer-Reformatbrenneranordnung können die in der Startphase im Reformat enthaltenen Rest-Kohlenwasserstoffen verbrannt werden, um so irreversible Rückstände beispielsweise in der Brennstoffzelle zu vermeiden. Aufgrund dieser Verfahrensführung ist es möglich, das Brennstoffzellensystem direkt mit Gasen als Wärmestrom ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zu erwärmen.By the use of a reformer reformate burner arrangement can the in the start phase contained in the reformate residual hydrocarbons be burned so irreversible residues, for example, in the fuel cell to avoid. Due to this procedure, it is possible that Fuel cell system directly with gases as heat flow without interposition a heat exchanger to warm up.

Dadurch, dass die Reformer-Reformatbrenneranordnung abgeschaltet wird, sobald die Anti-Kondensationstemperatur erreicht ist und das unverbrauchte Reformat als Wärmträger zur Erwärmung der Brennstoffzelle genutzt werden kann, wird eine sehr effizientes und schnelles Starten der Brennstoffzellenanordnung erreicht. Eine Zwischenschaltung eines separaten Wärmetauschers ist nicht mehr erforderlich. Ein weitere Vorteil des Systems ist der sehr schnelle Start des Brennstoffzellensystems, die unter anderem darauf zurückzuführen ist, dass die Flamme in der Gemischbildung weniger Leistung hat als die Flamme im Reformer-Reformatbrenner.Thereby, that the reformer Reformatbrenneranordnung is turned off as soon as the anti-condensation temperature is reached and the unused Reformate as a heat carrier for warming The fuel cell can be used, is a very efficient and achieved fast starting of the fuel cell assembly. A Interconnection of a separate heat exchanger is no more required. Another advantage of the system is the very fast Start of the fuel cell system, which is partly due to that the flame in the mixture formation has less power than that Flame in reformer reformate burner.

Claims (18)

Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug umfassend – wenigstens ein Reformer (12, 102, 202) zur Erzeugung eines Reformates als Brennergas für die Brennstoffzelle (108, 208) – wenigstens eine Brennstoffzelle (108, 208), welche zur Erzeugung von elektrischer Energie das Reformat von dem Reformer (12, 102, 202) zuführbar ist; – wenigstens eine Reformer-Reformatbrenneranordnung (14,110, 210) dadurch gekennzeichnet, dass die Reformer-Reformatbrenneranordnung (14, 110, 210) mit der Brennstoffzelle (108, 208) verbunden ist, wobei wahlweise vor Erreichen einer Anti-Kondensationstemperatur von Restkohlenwasserstoffen und Wasserdampf die in der Reformer-Reformatbrenneranordnung (110, 210) erzeugten Verbrennungsgasen oder nach Erreichen der Anti-Kondensationstemperatur Reformat direkt in die Brennstoffzelle (108, 208) geleitet wird.Fuel cell system for a vehicle comprising - at least one reformer ( 12 . 102 . 202 ) for generating a reformate as a burner gas for the fuel cell ( 108 . 208 ) - at least one fuel cell ( 108 . 208 ), which for the production of electrical energy, the reformate of the reformer ( 12 . 102 . 202 ) can be supplied; At least one reformer reformate burner arrangement ( 14 . 110 . 210 ) characterized in that the reformer reformate burner assembly ( 14 . 110 . 210 ) with the fuel cell ( 108 . 208 optionally before reaching an anti-condensation temperature of residual hydrocarbons and water vapor in the reformer reformate burner assembly ( 110 . 210 ) combustion gases or after reaching the anti-condensation temperature reformate directly into the fuel cell ( 108 . 208 ). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem eine der Brennstoffzelle nachgeordnete Restgasbrenneranordnung (111) aufweist.Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the fuel cell system downstream of the fuel cell residual gas burner arrangement ( 111 ) having. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erster Wärmetauscher zur Übertragung von in der Restgasbrenneranordnung (111) entstehender Verbrennungswärme auf ein Wärmeübertragungsmedium vorgesehen ist.Fuel cell system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one first heat exchanger for the transmission of in the residual gas burner arrangement ( 111 ) combustion heat is provided on a heat transfer medium. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Restgasbrenneranordnung (111) wenigstens ein weiterer Wärmetauscher (112) vorgesehen istFuel cell system according to one of claims 1 to 3, characterized in that after the residual gas burner arrangement ( 111 ) at least one further heat exchanger ( 112 ) is provided Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Umschaltmittel vorgesehen sind zum wahlweisen Verbinden des der Restgasbrenneranordnung (111) nachgeordneten weiteren Wärmetauschers (112) mit einem Heizsystem oder einem Abgassystem.Fuel cell system according to one of claims 1 to 4, characterized in that switching means are provided for selectively connecting the residual gas burner arrangement ( 111 ) downstream further heat exchanger ( 112 ) with a heating system or an exhaust system. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reformer (12) und einer Brennkammer (24) der Reformer-Reformatbrenneranordnung (14) eine Flammsperre (22) angeordnet ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the reformer ( 12 ) and a combustion chamber ( 24 ) of the reformer reformate burner assembly ( 14 ) a flame arrester ( 22 ) is arranged. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle eine Hochtemperaturbrennstoffzelle istFuel cell system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fuel cell is a high-temperature fuel cell Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle eine Membranbrennstoffzelle (PEM) ist.Fuel cell system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fuel cell is a membrane fuel cell (PEM) is. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem eine Gasreinigungstufe (250) umfasst.Fuel cell system according to claim 8, characterized in that the fuel cell system, a gas purification stage ( 250 ). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformer-Reformatbrenneranordnung entweder zwischen Reformer (202) und Gasreinigungstufe (250) oder zwischen Gasreinigungstufe (250) und Brennstoffzelle (208) angeordnet ist.Fuel cell system according to claim 9, characterized in that the reformer-Reformatbrenneranordnung either between reformer ( 202 ) and gas purification stage ( 250 ) or between gas purification stage ( 250 ) and fuel cell ( 208 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformer-Reformatbrenneranordnung (14) eine Brennkammer (24) umfasst.Fuel cell system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the reformer Reformatbrenneranordnung ( 14 ) a combustion chamber ( 24 ). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformer-Reformatbrenneranordnung (14) ein Lufteinspeisesystem umfasst.Fuel cell system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the reformer Reformatbrenneranordnung ( 14 ) comprises an air feed system. Brennstoffzellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformer-Reformatbrenneranordnung (14) einen Flammenwächter umfasst.Fuel cell arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the reformer Reformatbrenneranordnung ( 14 ) comprises a flame guard. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Zündorgan umfasst.Fuel cell system according to one of claims 1 to 13, characterized in that the system is an ignition device includes. Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems mit – einem Reformer (12, 102 202); – einer Reformer-Reformatbrenneranordnung (14, 110, 210) – wenigstens einer Brennstoffzellen (108, 208); umfassend folgende Schritte: 15.1 die Reformeranordnung (12) wird elektrisch oder thermisch gestartet bei einem Luftverhältnis größer 1 und eine Katalysatoreinheit (20) des Reformers (14, 102, 202) auf eine Katalysatoraktivierungstemperatur erwärmt; 15.2 nach Erreichen der Katalysatoraktivierungstemperatur wird im Reformer (14, 102, 202) ein Reformat bei einem Luftverhältnis kleiner 1 erzeugt, welches in der Reformer-Reformatbrenneranordnung (110, 210) bei einem Luftverhältnis größer 1 wieder verbrannt wird, wobei Verbrennungsgase entstehen; 15.3 die Verbrennungsgase werden der Brennstoffzelle (108, 208) zugeführt; 15.4 nach Erreichen einer Anti-Kondensations-Temperatur wird die Verbrennung des Reformates in der Reformer-Reformatbrenneranordnung (14, 110, 210) vermindert oder unterbrochen und 15.5 das Reformat wird unverbrannt der Brennstoffzelle (108, 208) zugeführt und einem Restgasbrenner, 15.6 der Restgasbrenner verbrennt das unverbrannte Reformat bei einem Luftverhältnis größer 1 und erwärmt über einen Wärmetauscher die Luft und/oder Wasser, um die Brennstoffzelle (108, 208) bis auf eine Betriebstemperatur zu erwärmen.Method for starting a fuel cell system with - a reformer ( 12 . 102 202 ); A reformer reformate burner assembly ( 14 . 110 . 210 ) - at least one fuel cell ( 108 . 208 ); comprising the following steps: 15.1 the reformer arrangement ( 12 ) is started electrically or thermally at an air ratio greater than 1 and a catalyst unit ( 20 ) of the reformer ( 14 . 102 . 202 ) is heated to a catalyst activation temperature; 15.2 after reaching the catalyst activation temperature in the reformer ( 14 . 102 . 202 ) produces a reformate at an air ratio of less than 1, which in the reformer reformate burner arrangement ( 110 . 210 ) is recombined at an air ratio greater than 1, resulting in combustion gases; 15.3 the combustion gases are the fuel cell ( 108 . 208 supplied); 15.4 after reaching an anti-condensation temperature, the combustion of the reformate in the reformer-Reformatbrenneranordnung ( 14 . 110 . 210 ) reduced or interrupted and 15.5 the reformate is unburned the fuel cell ( 108 . 208 ) and a residual gas burner, 15.6 the residual gas burner burns the unburned reformate at an air ratio greater than 1 and heated via a heat exchanger, the air and / or water to the fuel cell ( 108 . 208 ) to warm up to an operating temperature. Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems mit – einem Reformer (12, 102 202); – einer Reformer-Reformatbrenneranordnung (14, 110, 210) – wenigstens einer Brennstoffzellen (108, 208); umfassend folgende Schritte: 16.1 die Reformeranordnung (12) wird elektrisch oder thermisch gestartet bei einem Luftverhältnis größer 1 und eine Katalysatoreinheit (20) des Reformers (14, 102, 202) auf eine Katalysatoraktivierungstemperatur erwärmt; 16.2 nach Erreichen der Katalysatoraktivierungstemperatur wird im Reformer (14, 102, 202) ein Reformat bei einem Luftverhältnis kleiner 1 erzeugt, welches in der Reformer-Reformatbrenneranordnung (110, 210) bei einem Luftverhältnis kleiner 1 teilweise wieder verbrannt wird, wobei Verbrennungsgase entstehen und überschüssiges Reformat im Restgasbrenner verbrannt wird; 16.3 die Verbrennungsgase werden der Brennstoffzelle (108, 208) zugeführt; 16.4 nach Erreichen einer Anti-Kondensations-Temperatur wird die Verbrennung des Reformates in der Reformer- Reformatbrenneranordnung (14, 110, 210) vermindert oder unterbrochen und 16.5 das Reformat wird unverbrannt der Brennstoffzelle (108, 208) zugeführt und einem Restgasbrenner, 16.6 der Restgasbrenner verbrennt das unverbrannte Reformat bei einem Luftverhältnis größer 1 und erwärmt über einen Wärmetauscher die Luft und/oder Wasser, um die Brennstoffzelle (108, 208) bis auf eine Betriebstemperatur zu erwärmen.Method for starting a fuel cell system with - a reformer ( 12 . 102 202 ); A reformer reformate burner assembly ( 14 . 110 . 210 ) - at least one fuel cell ( 108 . 208 ); comprising the following steps: 16.1 the reformer arrangement ( 12 ) is started electrically or thermally at an air ratio greater than 1 and a catalyst unit ( 20 ) of the reformer ( 14 . 102 . 202 ) is heated to a catalyst activation temperature; 16.2 after reaching the catalyst activation temperature in the reformer ( 14 . 102 . 202 ) produces a reformate at an air ratio of less than 1, which in the reformer reformate burner arrangement ( 110 . 210 ) is partially re-burned at an air ratio less than 1, resulting in combustion gases and excess reformate is burned in the residual gas burner; 16.3 the combustion gases become the fuel cell ( 108 . 208 supplied); 16.4 after reaching an anti-condensation temperature, the combustion of the reformate in the reformer reformate burner assembly ( 14 . 110 . 210 ) reduced or interrupted and 16.5 the reformate is unburned the fuel cell ( 108 . 208 ) and a residual gas burner, 16.6 the residual gas burner burns the unburned reformate at an air ratio greater than 1 and heated via a heat exchanger, the air and / or water to the fuel cell ( 108 . 208 ) to warm up to an operating temperature. Verfahren gemäß nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anti-Kondensationstemperatur im Bereich 150° bis 450° Celsius liegt.Process according to claim 15 or 16, characterized in that the anti-condensation temperature in the range 150 ° to 450 ° Celsius lies. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur der Brennstoffzelleneinheit im Bereich von 550° bis 1000°Celsius liegt.Method according to one of claims 15 or 16, characterized that the operating temperature of the fuel cell unit in the range from 550 ° to 1000 ° C lies.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007140848A1 (en) * 2006-06-03 2007-12-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Operating method for a system composed of a reformer and a catalytic exhaust gas aftertreatment device
EP1986263A1 (en) * 2007-04-23 2008-10-29 J. Eberspächer GmbH Co. KG Fuel cell system and appropriate starting method
EP2075225A2 (en) 2007-11-08 2009-07-01 J. Eberspächer GmbH Co. KG Reformer, fuel cell system and process for its operation
DE102008027292A1 (en) * 2008-06-06 2009-12-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Fuel cell system and thus equipped motor vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4446841A1 (en) * 1994-12-27 1996-07-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Fuel cell module
DE19913794A1 (en) * 1999-03-26 2000-10-12 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Vehicle with a drive train for at least two drive wheels and with an internal combustion engine drive and with a fuel cell system
DE10002006A1 (en) * 2000-01-19 2001-08-02 Bosch Gmbh Robert Device for providing a reaction mixture for a reforming catalyst of a fuel cell arrangement and method for operating the same
DE10013597A1 (en) * 2000-03-18 2001-09-27 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Apparatus for simultaneously producing current and further energy form comprises reformer, separating device connected to reformer for separating hydrogen
DE10142578A1 (en) * 2001-09-02 2003-04-10 Webasto Thermosysteme Gmbh System for generating electrical energy and method for operating a system for generating electrical energy
DE10244883B4 (en) * 2002-09-26 2005-02-17 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Heating system for a vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4446841A1 (en) * 1994-12-27 1996-07-04 Mtu Friedrichshafen Gmbh Fuel cell module
DE19913794A1 (en) * 1999-03-26 2000-10-12 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Vehicle with a drive train for at least two drive wheels and with an internal combustion engine drive and with a fuel cell system
DE10002006A1 (en) * 2000-01-19 2001-08-02 Bosch Gmbh Robert Device for providing a reaction mixture for a reforming catalyst of a fuel cell arrangement and method for operating the same
DE10013597A1 (en) * 2000-03-18 2001-09-27 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Apparatus for simultaneously producing current and further energy form comprises reformer, separating device connected to reformer for separating hydrogen
DE10142578A1 (en) * 2001-09-02 2003-04-10 Webasto Thermosysteme Gmbh System for generating electrical energy and method for operating a system for generating electrical energy
DE10244883B4 (en) * 2002-09-26 2005-02-17 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Heating system for a vehicle

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007140848A1 (en) * 2006-06-03 2007-12-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Operating method for a system composed of a reformer and a catalytic exhaust gas aftertreatment device
US8015803B2 (en) 2006-06-03 2011-09-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengellschaft Operating method for a system composed of a reformer and a catalytic exhaust gas aftertreatment device
EP1986263A1 (en) * 2007-04-23 2008-10-29 J. Eberspächer GmbH Co. KG Fuel cell system and appropriate starting method
EP2075225A2 (en) 2007-11-08 2009-07-01 J. Eberspächer GmbH Co. KG Reformer, fuel cell system and process for its operation
EP2075225A3 (en) * 2007-11-08 2012-02-29 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Reformer, fuel cell system and process for its operation
DE102008027292A1 (en) * 2008-06-06 2009-12-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Fuel cell system and thus equipped motor vehicle
US8865357B2 (en) 2008-06-06 2014-10-21 Eberspächer Climate Control Systems GmbH & Co. KG Fuel cell system and motor vehicle equipped therewith

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