DE102018210173A1 - Fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) mit einem mehrere Brennstoffzellen aufweisenden Brennstoffzellenstapel (2), der Anodenräume zur Zufuhr eines Anodengases an Anoden der Brennstoffzellen und Kathodenräume zur Zufuhr eines Kathodengases an Kathoden der Brennstoffzellen umfasst, mit einer Anodenzufuhrleitung (3), die stapeleintrittsseitig mit den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels (2) strömungsverbunden ist, um den Anoden das Anodengas zuzuleiten, mit einer Anodenrezirkulationsleitung (4), die stapelaustrittsseitig einenends mit den Anodenräumen und anderenends mit der Anodenzufuhrleitung (3) strömungsverbunden ist, um den Anodenräumen nicht abreagiertes Anodenabgas erneut zuzuführen, und mit einem in der Anodenrezirkulationsleitung (4) angeordneten oder mit dieser in einer wärmeübertragenden Verbindung stehenden Wärmeübertrager (5). Der Wärmeübertrager (5) ist in einen Kühlmittelkreislauf (6) integriert, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, und der Wärmeübertrager (5) ist zur Konditionierung des Anodenabgases derart ausgestaltet, eine Kühlmittelwärme des Kühlmittels an das Anodenabgas abzugeben und/oder eine Anodenabgaswärme des Anodenabgases in das Kühlmittel aufzunehmen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system (1) with a fuel cell stack (2) which has a plurality of fuel cells and which comprises anode spaces for supplying an anode gas to anodes of the fuel cells and cathode spaces for supplying a cathode gas to cathodes of the fuel cells, with an anode supply line (3) which also has a stack entry side is connected to the anode spaces of the fuel cell stack (2) in order to supply the anodes with the anode gas, with an anode recirculation line (4) which is flow-connected at one end to the anode spaces on the stack exit side and at the other ends to the anode supply line (3) in order to re-supply unreacted anode exhaust gas and with a heat exchanger (5) arranged in the anode recirculation line (4) or in a heat-transferring connection therewith. The heat exchanger (5) is integrated in a coolant circuit (6) in which a coolant circulates, and the heat exchanger (5) is designed for conditioning the anode exhaust gas in such a way that it emits a coolant heat of the coolant to the anode exhaust gas and / or an anode exhaust gas heat of the anode exhaust gas in to absorb the coolant. The invention further relates to a method for operating a fuel cell system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem mehrere Brennstoffzellen aufweisenden Brennstoffzellenstapel, der Anodenräume zur Zufuhr eines Anodengases an Anoden der Brennstoffzellen und Kathodenräume zur Zufuhr eines Kathodengases an Kathoden der Brennstoffzellen umfasst. Zudem ist eine Anodenzufuhrleitung vorhanden, die stapeleintrittsseitig mit den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels strömungsverbunden ist, um den Anoden das Anodengas zuzuleiten. Stapelaustrittsseitig ist eine Anodenrezirkulationsleitung vorgesehen, die einenends mit den Anodenräumen und anderenends mit der Anodenzufuhrleitung strömungsverbunden ist, um in den Anodenräumen nicht abreagiertes Anodenabgas erneut zuzuführen. In der Anodenrezirkulationsleitung ist ein Wärmeübertrager angeordnet oder steht ein Wärmeübertrager in einer wärmeübertragenden Verbindung mit der Anodenrezirkulationsleitung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack having a plurality of fuel cells, which comprises anode spaces for supplying an anode gas to anodes of the fuel cells and cathode spaces for supplying a cathode gas to cathodes of the fuel cells. In addition, there is an anode supply line which is flow-connected to the anode compartments of the fuel cell stack on the stack inlet side in order to supply the anode gas to the anodes. An anode recirculation line is provided on the stack exit side, which is flow-connected at one end to the anode spaces and at the other ends to the anode supply line, in order to supply anode gas which has not reacted in the anode spaces again. A heat exchanger is arranged in the anode recirculation line or a heat exchanger is in a heat-transmitting connection with the anode recirculation line. The invention also relates to a method for operating such a fuel cell system.

In der DE 10 2014 100 702 A1 ist ein Brennstoffzellensystem gezeigt, bei dem ein Reformer thermisch mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist. Dieser Reformer stellt das Anodengas an den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels zur Verfügung, nachdem es durch eine Reformataufbereitungseinrichtung geleitet wurde. Anodenaustrittsseitig ist eine Anodenrezirkulation vorgesehen, in deren Leitungssystem ein Befeuchter integriert ist, sodass dem Reformer zugeleitetes Anodenabgases hinsichtlich seiner relativen Feuchte vorkonditioniert wird.In the DE 10 2014 100 702 A1 A fuel cell system is shown in which a reformer is thermally connected to the fuel cell stack. This reformer makes the anode gas available at the anode compartments of the fuel cell stack after it has been passed through a reformate treatment device. Anode recirculation is provided on the anode outlet side, in whose line system a humidifier is integrated, so that the anode exhaust gas fed to the reformer is preconditioned with regard to its relative humidity.

Die DE 10 2008 045 147 A1 beschreibt ein Brennstoffzellensystem, bei dem das von einem Reformer bereitgestellte Anodengas mittels eines Wärmeübertragers vorkonditioniert wird, bevor es den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels zugeführt wird. Das Anodenabgas wird in einem Restgasbrenner oxidiert, wobei die dabei entstehende Wärme an den eingangsseitigen Reformer abgegeben wird.The DE 10 2008 045 147 A1 describes a fuel cell system in which the anode gas provided by a reformer is preconditioned by means of a heat exchanger before it is supplied to the anode compartments of the fuel cell stack. The anode exhaust gas is oxidized in a residual gas burner, the heat generated thereby being given off to the reformer on the inlet side.

In der WO 2008/097798 A1 ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Anodenrezirkulation gezeigt, die zur Befeuchtung des den Anoden zuzuführenden Anodengases flüssiges Kondensat aus dem Anodenabgas beigemengt. Eventuell überschüssiges Flüssigwasser, das mit einem Wasserabscheider dem Kreislauf entnommen wird, wird aus dem System ausgeleitet.In the WO 2008/097798 A1 A fuel cell system with an anode recirculation is shown, which admixes liquid condensate from the anode exhaust gas to humidify the anode gas to be supplied. Any excess liquid water that is removed from the circuit with a water separator is discharged from the system.

Um einen hohe Wirkungsgrad bei einem Brennstoffzellensystem zu erzielen, ist eine Feuchteregulierung des Brennstoffzellenstapels, insbesondere eine Feuchtesättigung der die Anodenräume von den Kathoden trennenden protonenleitenden Membranen vorzusehen. Außerdem sind Schädigungen durch zu viel vorhandenes flüssiges Wasser im Anodenkreislauf zu verhindern.In order to achieve high efficiency in a fuel cell system, moisture regulation of the fuel cell stack, in particular moisture saturation, of the proton-conducting membranes separating the anode spaces from the cathodes must be provided. Damage caused by too much liquid water in the anode circuit must also be prevented.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass es sich einfacher in ein Gleichgewicht hinsichtlich Temperatur oder Feuchte bringen lässt, und welches Schädigungen durch zu viel flüssiges Wasser innerhalb des Anodenkreislauf mindert oder reduziert. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems anzugeben.It is therefore the object of the present invention to develop a fuel cell system of the type mentioned at the outset in such a way that it can be more easily brought into equilibrium with regard to temperature or humidity and which reduces or reduces damage caused by too much liquid water within the anode circuit. It is also an object of the present invention to provide a method for operating a fuel cell system.

Die das Brennstoffzellensystem betreffende Aufgabe wird mit einem Brennstoffzellensystem gemäß dem Merkmalsbestand des Anspruchs 1 gelöst. Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Merkmalsbestand des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object relating to the fuel cell system is achieved with a fuel cell system in accordance with the features of claim 1. The object relating to the method is achieved with a method according to the feature set of claim 10. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Das Brennstoffzellensystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Wärmeübertrager in einen Kühlmittelkreislauf integriert ist, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, und dass der Wärmeübertrager zur Konditionierung des Anodenabgases derart ausgestaltet ist, eine Kühlmittelwärme des Kühlmittels an das Anodenabgas abzugeben und/oder eine Anodenabgaswärme des Anodenabgases in das Kühlmittel aufzunehmen.The fuel cell system is characterized in particular by the fact that the heat exchanger is integrated in a coolant circuit in which a coolant circulates, and that the heat exchanger is designed to condition the anode exhaust gas in such a way that it emits a coolant heat from the coolant to the anode exhaust gas and / or anode exhaust gas heat from the anode exhaust gas in the coolant.

Damit wird also bereits stapelaustrittsseitig eine Konditionierung des Anodenabgases vorgenommen, so dass mittels der Kühlmitteltemperatur des im Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels ein gewünschter Kondensationsgrad für Flüssigwasser innerhalb der Anodenrezirkulationsleitung eingestellt werden kann. Durch eine geeignete Wahl der Kühlmitteltemperatur kann bei dem Brennstoffzellensystem das in die Anodenräume strömende Anodengas sowohl hinsichtlich seiner Temperatur als auch hinsichtlich seiner relativen Feuchte auf gewünschte Zielwerte konditioniert werden.Thus, the anode exhaust gas is already conditioned on the stack exit side, so that a desired degree of condensation for liquid water within the anode recirculation line can be set by means of the coolant temperature of the coolant circulating in the cooling circuit. Through a suitable choice of the coolant temperature in the fuel cell system, the anode gas flowing into the anode compartments can be conditioned to desired target values both in terms of its temperature and in terms of its relative humidity.

Um eine besonders einfache Regulierung der Temperatur des Kühlmittels zu erwirken hat es sich als sinnvoll erwiesen, wenn in den Kühlkreislauf wenigstens ein Mittel zur Temperierung des Kühlmittels integriert ist. Ein solches Mittel zur Temperierung ist jedoch nicht zwingend zur Regulierung des Kühlmittels notwendig. Alternativ oder ergänzend besteht bei dem Brennstoffzellensystem nämlich die Möglichkeit, eine Kühlmittelpumpe in den Kühlkreislauf zu integrieren, die die Kühlmitteltemperatur über den, insbesondere einstellbaren, durch den Wärmeübertrager geförderten, Volumenstrom des Kühlmittels reguliert.In order to achieve a particularly simple regulation of the temperature of the coolant, it has proven to be useful if at least one means for tempering the coolant is integrated in the cooling circuit. However, such a temperature control means is not absolutely necessary to regulate the coolant. As an alternative or in addition, there is the possibility in the fuel cell system of integrating a coolant pump into the cooling circuit which regulates the coolant temperature via the, in particular adjustable, volume flow of the coolant conveyed by the heat exchanger.

Ein intelligentes Brennstoffzellensystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine mit dem Mittel zur Temperierung des Kühlmittels kommunikationsverbundene Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die ausgestaltet ist, das Mittel zur Temperierung des Kühlmittels zu veranlassen, das Kühlmittel auf eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur einzustellen. Somit kann beispielsweise modellbasiert, in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung des Brennstoffzellenstapels, das Mittel zur Temperierung des Kühlmittels durch die Steuerungseinrichtung derart gesteuert und/oder geregelt werden, dass das Anodenabgas in gewünschtem Maße thermisch konditioniert wird, bevor es über die Anodenrezirkulationsleitung erneut den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels zugeleitet wird. An intelligent fuel cell system is characterized in that a control device is provided that is communication-connected to the means for temperature control of the coolant and is configured to cause the means for temperature control of the coolant to set the coolant to a predetermined coolant temperature. Thus, for example, depending on a power requirement of the fuel cell stack, the means for tempering the coolant can be controlled and / or regulated by the control device in such a way that the anode exhaust gas is thermally conditioned to the desired extent before it is again fed to the anode spaces of the fuel cell stack via the anode recirculation line becomes.

In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Anodenrezirkulationsleitung, stromaufwärts des Wärmeübertragers, ein erster Sensor zur Messung der relativen Feuchte und/oder zur Messung der Temperatur des Anodenabgases angeordnet ist, der mit der Steuerungseinrichtung kommunikationsverbunden ist, und wenn die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, die vom Mittel zur Temperierung einzustellende Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit der Messung des ersten Sensors vorzugeben. Somit kann also der Feuchtegehalt des den Brennstoffzellenstapels verlassenden Anodenabgases gemessen werden, wobei die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, die gemessene relative Feuchte mit einer Zielfeuchte zu vergleichen, um dann eine entsprechende Konditionierung des Anodenabgases in dem dem ersten Sensor nachgeschalteten Wärmeübertrager vorzunehmen. Außerdem kann der erste Sensor alternativ oder ergänzend die Temperatur messen, wobei die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, die gemessene Temperatur des Anodenabgases mit einer Zieltemperatur zu vergleichen. Wenn auch hier eine Abweichung festgestellt wird, so kann das Anodenabgas hier ebenfalls in dem dem ersten Sensor nachfolgenden Wärmeübertrager auf entsprechende Zielwerte konditioniert werden.In this context, it has proven to be advantageous if a first sensor for measuring the relative humidity and / or for measuring the temperature of the anode exhaust gas is arranged in the anode recirculation line, upstream of the heat exchanger, and is connected to the control device, and if the control device is configured to specify the coolant temperature to be set by the temperature control means as a function of the measurement of the first sensor. Thus, the moisture content of the anode exhaust gas leaving the fuel cell stack can be measured, the control device being designed to compare the measured relative humidity with a target humidity in order then to carry out a corresponding conditioning of the anode exhaust gas in the heat exchanger downstream of the first sensor. In addition, the first sensor can alternatively or additionally measure the temperature, the control device being designed to compare the measured temperature of the anode exhaust gas with a target temperature. If a deviation is also found here, the anode exhaust gas can also be conditioned here in the heat exchanger following the first sensor to corresponding target values.

In diesem Zusammenhang hat es sich weiterhin als bevorzugt gezeigt, wenn in der Anodenzufuhrleitung ein zweiter Sensor zur Messung der relativen Feuchte und/oder zur Messung der Temperatur des den Anodenräumen zuzuführenden Anodengases angeordnet ist, der mit der Steuerungseinrichtung kommunikationsverbunden ist, und wenn die Steuerungseinrichtung ausgestaltet ist, die vom Mittel zur Temperierung einzustellende Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit der Messung des zweiten Sensors vorzugeben. Mittels des zweiten Sensors kann also ein Gemisch aus frischem, dem Anodenkreislauf zugeführten Anodengas und dem rezirkulierten Anodenabgas hinsichtlich seiner relativen Feuchte und/oder hinsichtlich seiner Temperatur überprüft werden, bevor es in den Brennstoffzellenstapel gelangt. In Abhängigkeit eines Überprüfungsergebnisses durch die Steuerungseinrichtung kann auch hier eine entsprechende Konditionierung des Anodenabgases erfolgen, so dass damit auch das in Strömungsrichtung nachfolgende Gemisch entsprechend konditioniert wird.In this context, it has also been shown to be preferred if a second sensor for measuring the relative humidity and / or for measuring the temperature of the anode gas to be supplied to the anode compartments, which is communicatively connected to the control device, and if the control device is configured, is arranged in the anode supply line is to specify the coolant temperature to be set by the temperature control means as a function of the measurement of the second sensor. Using the second sensor, a mixture of fresh anode gas supplied to the anode circuit and the recirculated anode exhaust gas can therefore be checked for its relative humidity and / or for its temperature before it reaches the fuel cell stack. Depending on a result of the check by the control device, the anode exhaust gas can also be appropriately conditioned here, so that the mixture following in the direction of flow is also conditioned accordingly.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Mittel zur Temperierung als ein Temperierungssystem gebildet ist, welches eine einen Kühlerlüfter, einen vom Kühlerlüfter anströmbaren Radiator sowie eine elektrische Heizeinrichtung umfasst. Zur Kühlung des Kühlmittels innerhalb des Kühlkreislaufes wird der Kühlerlüfter betrieben, derart, dass eine Luftströmung auf den mit dem Kühlmittel durchströmten Radiator gerichtet ist. Dies führt zu einer Kühlung des im Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels, was die Möglichkeit eröffnet, mittels des Kühlmittels Wärme aus dem Anodenabgas zu entnehmen. Alternativ kann auch die elektrische Heizeinrichtung im Kühlkreislauf betrieben werden, um das Kühlmittel zu erwärmen, so dass die Wärme des Kühlmittels in das Anodenabgas abgegeben wird.It has proven to be advantageous if the means for temperature control is designed as a temperature control system which comprises a radiator fan, a radiator which can be flowed against by the radiator fan and an electrical heating device. To cool the coolant within the cooling circuit, the radiator fan is operated such that an air flow is directed at the radiator through which the coolant flows. This leads to cooling of the coolant circulating in the cooling circuit, which opens up the possibility of removing heat from the anode exhaust gas by means of the coolant. Alternatively, the electrical heating device can also be operated in the cooling circuit in order to heat the coolant, so that the heat of the coolant is released into the anode exhaust gas.

In diesem Zusammenhang hat es sich zudem als sinnvoll erwiesen, wenn in den Kühlkreislauf eine Kühlmittelpumpe fluidmechanisch eingekoppelt ist, die derart ausgestaltet ist, einen durch den Wärmeübertrager strömenden Volumenstrom des Kühlmittels einzustellen. Hierzu steht die Kühlmittelpumpe vorzugsweise ebenfalls in einer Kommunikationsverbindung mit der Steuerungseinrichtung, die die Drehzahl und damit den Durchsatz der Pumpe, mithin ihre Förderleistung, in Abhängigkeit von Sensorwerten vorgibt und/oder einstellt. Mit dieser Kühlmittelpumpe ist also der Durchfluss des Kühlmittels durch den Wärmeübertrager in der Anodenrezirkulationsleitung regelbar und/oder einstellbar. Es erfolgt eine geeignete Wärmeentnahme aus dem Kathodenabgas oder eine geeignete Wärmezufuhr in das Kathodenabgas, um gewünschte Zielgrößen des Anodengases bzw. des Anodenabgases stapeleintrittsseitig und stapelaustrittsseitig einzustellen, insbesondere, um das System in ein Gleichgewicht zu bringen.In this context, it has also proven to be useful if a coolant pump is fluid-mechanically coupled into the cooling circuit, which is designed to set a volume flow of the coolant flowing through the heat exchanger. For this purpose, the coolant pump is preferably also in communication with the control device, which specifies and / or adjusts the speed and thus the throughput of the pump, and consequently its delivery rate, as a function of sensor values. With this coolant pump, the flow of coolant through the heat exchanger in the anode recirculation line can be regulated and / or adjusted. There is a suitable removal of heat from the cathode exhaust gas or a suitable supply of heat into the cathode exhaust gas in order to set desired target values of the anode gas or of the anode exhaust gas on the stack inlet side and stack outlet side, in particular in order to bring the system into equilibrium.

Um unterschiedliche Abscheidegerade und unterschiedliche relative Feuchten stapeleintrittsseitig einstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Anodenrezirkulationsleitung, stromabwärts des Wärmeübertragers, ein Abscheider zum Abscheiden einer Flüssigkeit angeordnet oder fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung eingekoppelt ist.In order to be able to set different separating straight lines and different relative humidities on the stack entry side, it has proven to be advantageous if a separator for separating a liquid is located in the anode recirculation line, downstream of the heat exchanger arranged or fluid-mechanically coupled into the anode recirculation line.

Um den Grad der Rezirkulation des Anodenabgases regulieren oder einstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Anodenrezirkulationsleitung ein Anodenrezirkulationsgebläse angeordnet oder fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung eingekoppelt ist.In order to be able to regulate or adjust the degree of recirculation of the anode exhaust gas, it has proven to be advantageous if an anode recirculation blower is arranged in the anode recirculation line or is coupled into the anode recirculation line by fluid mechanics.

Um ein möglichst kompaktes Brennstoffzellensystem zu bilden, ist es bevorzugt, dass das Anodenrezirkulationsgebläse eine gemeinsame Baugruppe mit dem Wärmeübertrager ausbildet, die vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse integriert ist.In order to form a fuel cell system that is as compact as possible, it is preferred that the anode recirculation blower forms a common assembly with the heat exchanger, which is preferably integrated in a common housing.

Das Verfahren zum Betreiben eines vorstehend erläuterten Brennstoffzellensystems zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Schritte aus:

  • - Erfassen einer relativen Feuchte und/oder einer Temperatur des Anodenabgases mittels eines ersten Sensors, der stapelaustrittsseitig stromaufwärts des Wärmeübertragers angeordnet ist,
  • - Vergleich der gemessenen relativen Feuchte und/oder der gemessenen Temperatur des Anodenabgases mit einer Zielfeuchte und/oder mit einer Zieltemperatur mittels einer Steuerungseinrichtung,
  • - Einstellen einer Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf mit einem Mittel zur Temperierung des Kühlmittels oder mit einem Volumenstrom des Kühlmittels durch den Wärmeübertrager mittels einer Kühlmittelpumpe beim Feststellen einer vorgegebenen oder vorgebbaren Abweichung der gemessenen relativen Feuchte von der Zielfeuchte und/oder der gemessenen Temperatur von der Zieltemperatur, und
  • - Anheben oder Absenken der relativen Feuchte und/oder der Temperatur des Anodenabgases mittels des durch den Wärmeübertrager strömenden Kühlmittels.
The method for operating a fuel cell system explained above is characterized in particular by the following steps:
  • Detection of a relative humidity and / or a temperature of the anode exhaust gas by means of a first sensor which is arranged upstream of the heat exchanger on the stack exit side,
  • Comparison of the measured relative humidity and / or the measured temperature of the anode exhaust gas with a target humidity and / or with a target temperature by means of a control device,
  • - Setting a coolant temperature of the coolant in the cooling circuit with a means for tempering the coolant or with a volume flow of the coolant through the heat exchanger by means of a coolant pump when determining a predetermined or predeterminable deviation of the measured relative humidity from the target humidity and / or the measured temperature from the target temperature , and
  • - Raising or lowering the relative humidity and / or the temperature of the anode exhaust gas by means of the coolant flowing through the heat exchanger.

Dieses Verfahren weist den Vorteil einer erhöhten Systemeffizienz auf, führt zu einer geringeren Systemkomplexität bei einem Brennstoffzellensystem sowie zu einem stabileren Betrieb.This method has the advantage of increased system efficiency, leads to lower system complexity in a fuel cell system and to more stable operation.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:

  • 1 ein Brennstoffzellensystem mit einem in einen Anodenkreislauf integrierten Wärmeübertrager (schematisch gezeigt).
Further advantages, features and details of the invention emerge from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawing. It shows:
  • 1 a fuel cell system with a heat exchanger integrated in an anode circuit (shown schematically).

In 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 gezeigt, welches einen Brennstoffzellenstapel 2 umfasst, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen aufweist.In 1 is a fuel cell system 1 shown which is a fuel cell stack 2 comprises a plurality of fuel cells connected in series.

Jede der Brennstoffzellen umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine Hydrocarbon-Membran gebildet sein.Each of the fuel cells comprises an anode and a cathode and a proton-conductive membrane separating the anode from the cathode. The membrane is formed from an ionomer, preferably a sulfonated tetrafluoroethylene polymer (PTFE) or a polymer of perfluorinated sulfonic acid (PFSA). Alternatively, the membrane can be formed as a hydrocarbon membrane.

Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle dienen.A catalyst can additionally be admixed to the anodes and / or the cathodes, the membranes preferably being coated on their first side and / or on their second side with a catalyst layer composed of a noble metal or of mixtures comprising noble metals such as platinum, palladium, ruthenium or the like , which serve as reaction accelerators in the reaction of the respective fuel cell.

Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 wird den Anoden Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zugeführt werden. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (z.B. H+) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet.Via anode spaces within the fuel cell stack 2 fuel (eg hydrogen) will be added to the anodes. In a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEM fuel cell), fuel or fuel molecules are split into protons and electrons at the anode. The membrane lets the protons (eg H + ) through, but is impermeable to the electrons (e - ). The following reaction takes place at the anode: 2H 2 → 4H + + 4e - (oxidation / electron donation). As the protons pass through the membrane to the cathode, the electrons are conducted to the cathode or to an energy store via an external circuit.

Über Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 2 kann den Kathoden Kathodengas (z.B. Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).Via cathode spaces within the fuel cell stack 2 can be supplied to the cathode (eg oxygen or air containing oxygen) so that the following reaction takes place on the cathode side: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O (reduction / electron absorption).

Luft- oder kathodenseitig ist ein Verdichter 16 vorhanden, der vorliegend Umgebungsluft angesaugt und verdichtet. Aufgrund dieser Verdichtung erhöht sich die Temperatur des angesaugten Kathodengases, so dass es über eine Verdichterleitung zunächst an einen Ladeluftkühler 17 geleitet wird, um es wieder auf eine gewünschte Temperatur herunter zu kühlen. Ausgehend vom Ladeluftkühler 17 wird das angesaugte, komprimierte Kathodengas einem Befeuchter 18 zugeleitet. Im Befeuchter 18 wird das trockene Kathodengas mit der Feuchtigkeit des Kathodenabgases, welches über eine Kathodenabgasleitung 22 dem Befeuchter 18 zugeführt wird, vermischt und damit ebenfalls befeuchtet, bevor es über die Kathodenzufuhrleitung 21 den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 2 zugeführt wird. Außerdem ist der Befeuchter 18 mit einer Abgasleitung 23 verbunden, über welche das verbleibende Kathodenabgas aus dem Brennstoffzellensystem 1 ausgeleitet wird.A compressor is on the air or cathode side 16 available, which in the present case draws in and compresses ambient air. As a result of this compression, the temperature of the drawn-in cathode gas rises, so that it is initially sent to a charge air cooler via a compressor line 17 is directed to cool it back down to a desired temperature. Starting from the charge air cooler 17 the sucked, compressed cathode gas becomes a humidifier 18 fed. In the humidifier 18 the dry cathode gas with the moisture of the cathode exhaust gas, which via a cathode exhaust line 22 the humidifier 18 is fed, mixed and thus also moistened before it via the cathode supply line 21 the cathode compartments of the fuel cell stack 2 is fed. In addition, the humidifier 18 with an exhaust pipe 23 connected via which the remaining cathode exhaust gas from the fuel cell system 1 is diverted.

Die Anodenräume sind vorliegend stapeleintrittsseitig über eine Anodenzufuhrleitung 3 mit einem das Anodengas, mithin den Brennstoff, bereitstellenden Brennstoffspeicher 19 verbunden. Das Brennstoffzellensystem 1 weist einen Anodenkreislauf 29 auf, wobei über eine Anodenrezirkulationsleitung 4 stapelaustrittsseitig an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff, mithin das Anodenabgas, den Anodenräumen erneut zugeführt werden kann. Hierzu ist die Anodenrezirkulationsleitung 4 mit der Anodenzufuhrleitung 3 verbunden. Der Anodenrezirkulationsleitung 4 ist hierzu ein Rezirkulationsgebläse 13 zugeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 4 eingekoppelt. Zur Regelung der Zufuhr des Anodengases ist der Anodenzufuhrleitung 3 - einer Mündung der Anodenrezirkulationsleitung 4 in die Anodenzufuhrleitung 3 vorgelagert - ein Brennstoffstellglied 30 zugeordnet bzw. in der Anodenzufuhrleitung 3 angeordnet. Dieses Brennstoffstellglied 30 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmetauscher 20 in Form eines Rekuperators zur (Vor-) Erwärmung oder Konditionierung des Anodengases angeordnet. Vorliegend ist in die Anodenrezirkulationsleitung eine Strahlpumpe 24 in die Anodenzufuhrleitung 3 integriert oder fluidmechanisch in diese eingekoppelt, welche die Mündung der Anodenrezirkulationsleitung 4 umfasst, um frisches Anodengas mit dem Anodenabgas zu vermengen bevor das Gemisch den Anodenräumen zugeführt wird. In the present case, the anode compartments are on the stack entry side via an anode feed line 3 with a fuel store providing the anode gas, and hence the fuel 19 connected. The fuel cell system 1 has an anode circuit 29 on, via an anode recirculation line 4 On the stack exit side, fuel that has not reacted to the anodes, and consequently the anode exhaust gas, can be supplied to the anode compartments again. This is the anode recirculation line 4 with the anode feed line 3 connected. The anode recirculation line 4 is a recirculation blower 13 assigned or fluid mechanically in the anode recirculation line 4 coupled. To regulate the supply of the anode gas is the anode supply line 3 - a mouth of the anode recirculation line 4 into the anode feed line 3 upstream - a fuel actuator 30 assigned or in the anode supply line 3 arranged. This fuel actuator 30 is preferably formed as a pressure control valve. A heat exchanger is located upstream of the pressure control valve 20 arranged in the form of a recuperator for (pre) heating or conditioning of the anode gas. A jet pump is present in the anode recirculation line 24 into the anode feed line 3 integrated or fluid mechanically coupled into this, which the mouth of the anode recirculation line 4 comprises to mix fresh anode gas with the anode exhaust gas before the mixture is supplied to the anode compartments.

In der Anodenrezirkulationsleitung 4 ist ein Wärmeübertrager 5 angeordnet, der mit der Anodenrezirkulationsleitung 4 in einer wärmeübertragenden Verbindung steht. Der Wärmeübertrager 5 ist vorliegend in einen Kühlmittelkreislauf 6 integriert, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert. Der Wärmeübertrager 5 ist zur Konditionierung des Anodenabgases derart ausgestaltet, eine Kühlmittelwärme des Kühlmittels an das Anodenabgas abzugeben und/oder eine Anodenabgaswärme des Anodenabgases in das Kühlmittel aufzunehmen. Somit erfolgt also eine Konditionierung des Anodenabgases mittels des Wärmeübertragers 5 innerhalb der Rezirkulationsleitung 4.In the anode recirculation line 4 is a heat exchanger 5 arranged with the anode recirculation line 4 is in a heat-transferring connection. The heat exchanger 5 is present in a coolant circuit 6 integrated in which a coolant circulates. The heat exchanger 5 is designed to condition the anode exhaust gas in such a way that it emits a coolant heat of the coolant to the anode exhaust gas and / or absorb an anode exhaust gas heat of the anode exhaust gas into the coolant. The anode exhaust gas is thus conditioned by means of the heat exchanger 5 within the recirculation line 4 ,

Um eine Kühlmitteltemperatur des im Kühlkreislauf 6 strömenden Kühlmittels einstellen zu können, ist vorliegend ein Mittel 7 zur Temperierung des Kühlmittels in den Kühlkreislauf 6 bzw. in dessen Kühlmittelleitung integriert. Es ist aber nicht zwingend notwendig ein solches Mittel 7 vorzusehen, nämlich ggfs. dann, wenn eine Kühlmittelpumpe 11 in die Kühlmittelleitung des Kühlkreislaufs 6 integriert ist, deren Durchsatz eingestellt werden kann, um aufgrund des durch den Wärmeübertragers 5 geförderten Volumenstroms die Konditionierung des Anodenabgases vorzunehmen.To a coolant temperature of the in the cooling circuit 6 To be able to adjust flowing coolant is a means here 7 for tempering the coolant in the cooling circuit 6 or integrated in its coolant line. However, such a means is not absolutely necessary 7 to be provided, namely if a coolant pump 11 into the coolant line of the cooling circuit 6 is integrated, the throughput can be adjusted to due to the heat exchanger 5 promoted volume flow to condition the anode exhaust.

Mit dem Mittel 7 zur Temperierung des Kühlmittels lassen sich unterschiedliche Temperaturen für das Kühlmittel im Kühlkreislauf 6 einstellen, so dass das Anodenabgas mittels des Wärmeübertragers 5, der vorzugsweise als ein Rekuperator gebildet ist, konditioniert wird. Das Mittel 7 zur Temperierung des Kühlmittels ist über eine Kommunikationsverbindung 28 mit einer Steuerungseinrichtung verbunden, die ausgestaltet ist, das Mittel 7 zur Temperierung des Kühlmittels zu veranlassen, das Kühlmittel auf eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur einzustellen. In den Kühlkreislauf 6, insbesondere in seine Kühlmittelleitung ist alternativ oder ergänzend die Kühlmittelpumpe 11 integriert, die vorzugsweise ebenfalls über die Steuerungseinrichtung 8 ansteuerbar und somit ebenfalls mit dieser kommunikationsverbunden ist. Mittels der Kühlmittelpumpe 11 kann der durch den Wärmeübertrager 5 geförderte Volumenstrom des Kühlmittels eingestellt werden, um das Anodenabgas zu konditionieren.With the medium 7 Different temperatures for the coolant in the cooling circuit can be used to control the temperature of the coolant 6 adjust so that the anode exhaust gas by means of the heat exchanger 5 , which is preferably formed as a recuperator, is conditioned. The middle 7 for temperature control of the coolant is via a communication link 28 connected to a control device, which is designed, the means 7 to cause the temperature of the coolant to set the coolant to a predetermined coolant temperature. In the cooling circuit 6 , in particular in its coolant line, the coolant pump is an alternative or supplement 11 integrated, which is preferably also via the control device 8th controllable and thus also connected to this communication. Using the coolant pump 11 can by the heat exchanger 5 conveyed volume flow of the coolant can be adjusted to condition the anode exhaust.

Um die relative Feuchte und/oder die Temperatur des Anodenabgases stapelaustrittsseitig des Brennstoffzellenstapels 2 erfassen zu können, ist ein erster Sensor 9 in die Anodenrezirkulationsleitung 4 integriert. Es wird darauf hingewiesen, dass der erste Sensor 9 als ein erstes System aus Sensoren gebildet sein kann, das dann einen Sensor zur Temperaturmessung und einen Sensor zur Messung der relativen Feuchte umfasst.The relative humidity and / or the temperature of the anode exhaust gas on the stack exit side of the fuel cell stack 2 Being able to record is a first sensor 9 into the anode recirculation line 4 integrated. It should be noted that the first sensor 9 can be formed as a first system from sensors, which then comprises a sensor for temperature measurement and a sensor for measuring the relative humidity.

Alternativ oder ergänzend ist, um auch stapeleintrittsseitig des Brennstoffzellenstapels 2 eine relative Feuchte und/oder eine Temperatur des dem Brennstoffzellenstapel 2 zuzuführenden Gemisches bestimmen zu können, in die Anodenzufuhrleitung 3 ein zweiter Sensor 10 integriert. Es wird darauf hingewiesen, dass der zweite Sensor 10 als ein zweites System aus Sensoren gebildet sein kann, das dann einen Sensor zur Temperaturmessung und einen Sensor zur Messung der relativen Feuchte umfasst. Beide Sensoren 9, 10 können zur Messung der Feuchte als kapazitive Feuchtesensoren gebildet sein, welche vorzugsweise gleichzeitig die Temperatur messen können. As an alternative or in addition, the fuel cell stack also has the stack entry side 2 a relative humidity and / or a temperature of the fuel cell stack 2 to be able to determine the mixture to be fed into the anode feed line 3 a second sensor 10 integrated. It should be noted that the second sensor 10 can be formed as a second system from sensors, which then comprises a sensor for temperature measurement and a sensor for measuring the relative humidity. Both sensors 9 . 10 can be designed to measure the moisture as capacitive moisture sensors, which can preferably measure the temperature at the same time.

Der erste Sensor 9 ist über eine Kommunikationsverbindung 26 mit der Steuerungseinrichtung 8 verbunden. Der zweite Sensor 10 ist über eine Kommunikationsverbindung 27 ebenfalls mit der Steuerungseinrichtung 8 verbunden. Die Steuerungseinrichtung 8 ist ausgestaltet in Abhängigkeit der von den Sensoren 9, 10 empfangenen Signale den durch den Wärmeübertrager 5 geförderte Volumenstrom des Kühlmittels durch einen entsprechenden Betrieb der Kühlmittelpumpe 11 im Kühlkreislauf 6 und/oder die Temperatur des Kühlmittels mittels des Mittels 7 zur Temperierung des Kühlmittels einzustellen.The first sensor 9 is over a communication link 26 with the control device 8th connected. The second sensor 10 is over a communication link 27 also with the control device 8th connected. The control device 8th is designed depending on the sensors 9 . 10 received signals through the heat exchanger 5 promoted volume flow of the coolant by appropriate operation of the coolant pump 11 in the cooling circuit 6 and / or the temperature of the coolant by means of the agent 7 to adjust the temperature of the coolant.

Die Steuerungseinrichtung 8 ist alternativ oder ergänzend ausgestaltet, um in Abhängigkeit der von den Sensoren 9, 10 gemessenen Werte das Mittel 7 zur Temperierung des Kühlmittels innerhalb des Kühlkreislaufes 6 anzusteuern und es zu veranlassen, das Kühlmittel auf eine gewünschte Temperatur zur Konditionierung des Anodenabgases mittels des Wärmeübertragers 5 einzustellen.The control device 8th is designed alternatively or in addition to depending on the sensors 9 . 10 measured values that medium 7 for temperature control of the coolant within the cooling circuit 6 to control and to cause the coolant to a desired temperature for conditioning the anode exhaust gas by means of the heat exchanger 5 adjust.

Vorliegend ist in der Anodenrezirkulationsleitung 4 stromabwärts des Wärmeübertragers 5 ein Abscheider 12 zum Abscheiden einer Flüssigkeit angeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 4 eingekoppelt. Damit agiert der Wärmeübertrager 5 zugleich als ein Kondensator zur Erzeugung eines Kondensats oder einer Flüssigkeit aus dem Anodenabgas und zur Einstellung unterschiedlicher Flüssigkeits-Abscheidungsgrade am Abscheider 12. Überschüssiges Wasser kann über einen Auslass 25 abgelassen werden.Is in the anode recirculation line 4 downstream of the heat exchanger 5 a separator 12 arranged to separate a liquid or fluid mechanically into the anode recirculation line 4 coupled. The heat exchanger thus acts 5 at the same time as a condenser for generating a condensate or a liquid from the anode exhaust gas and for setting different degrees of liquid separation on the separator 12 , Excess water can flow through an outlet 25 be drained.

Um das konditionierte Anodenabgas der Anodenzufuhrleitung 3 bzw. der Strahlpumpe 24 zuleiten zu können, ist das in der Anodenrezirkulationsleitung 4 integrierte Rezirkulationsgebläse 13 vorgesehen, das vorliegend baulich mit dem Wärmeübertrager 5 integriert ist. Mit anderen Worten bildet also das Rezirkulationsgebläse 13 mit dem Wärmeübertrager 5 eine gemeinsame Baugruppe 14 aus, die vorzugsweise sogar innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 15 angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend kann auch der Abscheider 12 in diese Baugruppe 14 integriert sein, womit dann das Gehäuse 15 den Auslass 25 umfasst.To the conditioned anode exhaust gas from the anode feed line 3 or the jet pump 24 To be able to supply this is in the anode recirculation line 4 integrated recirculation blower 13 provided, the present structurally with the heat exchanger 5 is integrated. In other words, it forms the recirculation fan 13 with the heat exchanger 5 a common assembly 14 from, preferably even within a common housing 15 is arranged. Alternatively or in addition, the separator can also be used 12 into this assembly 14 be integrated, with which the housing 15 the outlet 25 includes.

Die Steuerungseinrichtung 8 kann zudem derart ausgestaltet sein, dass diese ein Ventil am Auslass 25 in Abhängigkeit der gemessenen Signale der Sensoren 9, 10, ansteuert, um es zu öffnen oder zu schließen. Damit lässt sich ebenfalls ein gewünschter Abscheidegrad für Flüssigkeit am Abscheider 12 einstellen, wodurch wiederum stapeleintrittsseitig und stapelaustrittsseitig die gewünschten Zielwerte hinsichtlich Temperatur und/oder relativer Feuchte des Anodengases oder des Anodenabgases eingestellt werden können.The control device 8th can also be configured such that it has a valve at the outlet 25 depending on the measured signals from the sensors 9 . 10 , controlled to open or close it. This also allows a desired degree of separation for liquid at the separator 12 Set, which in turn can be set the desired target values in terms of temperature and / or relative humidity of the anode gas or the anode exhaust gas on the stack entry side and stack exit side.

Die vorliegende Vorrichtung zeichnet sich durch eine erhöhte Systemeffizienz, durch eine geringere Systemkomplexität und durch einem stabileren Betrieb aus.The present device is characterized by increased system efficiency, lower system complexity and more stable operation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
22
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
33
AnodenzufuhrleitungAnode supply line
44
AnodenrezirkulationsleitungAnodenrezirkulationsleitung
55
WärmeübertragerHeat exchanger
66
KühlmittelkreislaufCoolant circuit
77
Mittel zur Temperierung des KühlmittelsMeans for tempering the coolant
88th
Steuerungseinrichtungcontrol device
99
erster Sensorfirst sensor
1010
zweiter Sensorsecond sensor
1111
KühlmittelpumpeCoolant pump
1212
Abscheiderseparators
1313
Rezirkulationsgebläserecirculation
1414
Baugruppemodule
1515
Gehäusecasing
1616
Verdichtercompressor
1717
LadeluftkühlerIntercooler
1818
Befeuchterhumidifier
1919
Brennstoffspeicherfuel storage
2020
Wärmetauscherheat exchangers
2121
KathodenzufuhrleitungCathode supply line
2222
KathodenabgasleitungCathode exhaust gas line
2323
Abgasleitungexhaust pipe
2424
Strahlpumpejet pump
2525
Auslassoutlet
2626
Kommunikationsverbindung (erster Sensor)Communication link (first sensor)
2727
Kommunikationsverbindung (zweiter Sensor)Communication link (second sensor)
2828
Kommunikationsverbindung (Mittel zur Temperierung)Communication link (means for temperature control)
2929
AnodenkreislaufAnode circuit
3030
BrennstoffstellgliedFuel actuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014100702 A1 [0002]DE 102014100702 A1 [0002]
  • DE 102008045147 A1 [0003]DE 102008045147 A1 [0003]
  • WO 2008/097798 A1 [0004]WO 2008/097798 A1 [0004]

Claims (10)

Brennstoffzellensystem (1) mit einem mehrere Brennstoffzellen aufweisenden Brennstoffzellenstapel (2), der Anodenräume zur Zufuhr eines Anodengases an Anoden der Brennstoffzellen und Kathodenräume zur Zufuhr eines Kathodengases an Kathoden der Brennstoffzellen umfasst, mit einer Anodenzufuhrleitung (3), die stapeleintrittsseitig mit den Anodenräumen des Brennstoffzellenstapels (2) strömungsverbunden ist, um den Anoden das Anodengas zuzuleiten, mit einer Anodenrezirkulationsleitung (4), die stapelaustrittsseitig einenends mit den Anodenräumen und anderenends mit der Anodenzufuhrleitung (3) strömungsverbunden ist, um den Anodenräumen nicht abreagiertes Anodenabgas erneut zuzuführen, und mit einem in der Anodenrezirkulationsleitung (4) angeordneten oder mit dieser in einer wärmeübertragenden Verbindung stehenden Wärmeübertrager (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (5) in einen Kühlmittelkreislauf (6) integriert ist, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, und dass der Wärmeübertrager (5) zur Konditionierung des Anodenabgases derart ausgestaltet ist, eine Kühlmittelwärme des Kühlmittels an das Anodenabgas abzugeben und/oder eine Anodenabgaswärme des Anodenabgases in das Kühlmittel aufzunehmen.Fuel cell system (1) with a fuel cell stack (2) which has a plurality of fuel cells and which comprises anode spaces for supplying an anode gas to anodes of the fuel cells and cathode spaces for supplying a cathode gas to cathodes of the fuel cells, with an anode supply line (3) which is on the stack entry side with the anode spaces of the fuel cell stack (2) is flow-connected in order to supply the anode gas to the anodes, with an anode recirculation line (4) which is flow-connected at one end to the anode spaces on the stack exit side and at the other ends to the anode supply line (3) in order to re-supply unreacted anode off-gas to the anode spaces, and with an in the anode recirculation line (4) or with this in a heat-transferring heat exchanger (5), characterized in that the heat exchanger (5) is integrated in a coolant circuit (6) in which a coolant circulates, and the like nd that the heat exchanger (5) is designed to condition the anode exhaust gas in such a way that it emits a coolant heat from the coolant to the anode exhaust gas and / or absorb an anode exhaust gas heat from the anode exhaust gas into the coolant. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlkreislauf (6) wenigstens ein Mittel (7) zur Temperierung des Kühlmittels integriert ist.Fuel cell system (1) after Claim 1 , characterized in that at least one means (7) for temperature control of the coolant is integrated in the cooling circuit (6). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Mittel (7) zur Temperierung des Kühlmittels kommunikationsverbundene Steuerungseinrichtung (8) vorgesehen ist, die ausgestaltet ist, das Mittel (7) zur Temperierung des Kühlmittels zu veranlassen, das Kühlmittel auf eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur einzustellen.Fuel cell system (1) after Claim 2 , characterized in that a control device (8) communicatively connected to the means (7) for temperature control of the coolant is provided, which is designed to cause the means (7) for temperature control of the coolant to set the coolant to a predetermined coolant temperature. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anodenrezirkulationsleitung (4) stromaufwärts des Wärmeübertragers (5) ein erster Sensor (9) zur Messung der relativen Feuchte und/oder zur Messung der Temperatur des Anodenabgases angeordnet ist, der mit der Steuerungseinrichtung (8) kommunikationsverbunden ist, und dass die Steuerungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, die vom Mittel (7) zur Temperierung einzustellende Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit der Messung des ersten Sensors (9) vorzugeben.Fuel cell system (1) after Claim 3 , characterized in that a first sensor (9) for measuring the relative humidity and / or for measuring the temperature of the anode exhaust gas, which is communicatively connected to the control device (8), is arranged in the anode recirculation line (4) upstream of the heat exchanger (5), and that the control device (8) is designed to specify the coolant temperature to be set by the temperature control means (7) as a function of the measurement of the first sensor (9). Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anodenzufuhrleitung (3) ein zweiter Sensor (10) zur Messung der relativen Feuchte und/oder zur Messung der Temperatur des den Anodenräumen zuzuführenden Anodengases angeordnet ist, der mit der Steuerungseinrichtung (8) kommunikationsverbunden ist, und dass die Steuerungseinrichtung (8) ausgestaltet ist, die vom Mittel (7) zur Temperierung einzustellende Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit der Messung des zweiten Sensors (10) vorzugeben.Fuel cell system (1) after Claim 3 or 4 , characterized in that a second sensor (10) for measuring the relative humidity and / or for measuring the temperature of the anode gas to be supplied to the anode compartments is arranged in the anode supply line (3) and is connected to the control device (8) for communication, and that Control device (8) is designed to specify the coolant temperature to be set by the means (7) for temperature control as a function of the measurement of the second sensor (10). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (7) zur Temperierung als ein Temperierungssystem gebildet ist, umfassend einen Radiator, einen Kühlerlüfter sowie eine elektrische Heizeinrichtung.Fuel cell system (1) according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the means (7) for temperature control is formed as a temperature control system, comprising a radiator, a radiator fan and an electrical heating device. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlkreislauf (6) eine Kühlmittelpumpe (11) fluidmechanisch eingekoppelt ist, die derart ausgestaltet ist, einen durch den Wärmeübertrager (5) strömenden Volumenstrom des Kühlmittels einzustellen.Fuel cell system (1) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that a coolant pump (11) is fluid-mechanically coupled into the cooling circuit (6), which is designed to set a volume flow of the coolant flowing through the heat exchanger (5). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anodenrezirkulationsleitung (4) stromabwärts des Wärmeübertragers (5) ein Abscheider (12) zum Abscheiden einer Flüssigkeit angeordnet oder fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung (4) eingekoppelt ist.Fuel cell system (1) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that a separator (12) for separating a liquid is arranged in the anode recirculation line (4) downstream of the heat exchanger (5) or is coupled fluid mechanically into the anode recirculation line (4). Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anodenrezirkulationsleitung (4) ein Anodenrezirkulationsgebläse (13) angeordnet oder fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung (4) eingekoppelt ist, und dass das Anodenrezirkulationsgebläse (13) eine gemeinsame Baugruppe (14) mit dem Wärmeübertrager (5) ausbildet, die vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse (15) integriert ist.Fuel cell system (1) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that an anode recirculation blower (13) is arranged in the anode recirculation line (4) or is coupled fluid mechanically into the anode recirculation line (4), and in that the anode recirculation blower (13) forms a common assembly (14) with the heat exchanger (5), which is preferably integrated in a common housing (15). Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1) mit einem mehrere Brennstoffzellen aufweisenden Brennstoffzellenstapel (2), mit einer stapeleintrittsseitig angeordneten Anodenzufuhrleitung (3) und mit einer Anodenrezirkulationsleitung (4), die stapelaustrittsseitig einenends mit dem Brennstoffzellenstapel (12) und anderenends mit der Anodenzufuhrleitung (3) strömungsverbunden ist, um den Anodenräumen nicht abreagiertes Anodenabgas erneut zuzuführen, und mit einem in der Anodenrezirkulationsleitung (4) angeordneten oder mit dieser in einer wärmeübertragenden Verbindung stehenden Wärmeübertrager (5), welcher in einen Kühlmittelkreislauf (6) integriert ist, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, gekennzeichnet durch die Schritte: - Erfassen einer relativen Feuchte und/oder einer Temperatur des Anodenabgases mittels eines ersten Sensors, der stapelaustrittsseitig stromaufwärts des Wärmeübertragers (5) angeordnet ist, - Vergleich der gemessenen relativen Feuchte und/oder der gemessenen Temperatur des Anodenabgases mit einer Zielfeuchte und/oder mit einer Zieltemperatur mittels einer Steuerungseinrichtung (8), - Einstellen einer Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf (6) mit einem Mittel (7) zur Temperierung des Kühlmittels oder mit einem Volumenstroms des Kühlmittels durch den Wärmeübertrager (5) mittels einer Kühlmittelpumpe (11) beim Feststellen einer vorgegebenen oder vorgebbaren Abweichung der gemessenen relativen Feuchte von der Zielfeuchte und/oder der gemessenen Temperatur von der Zieltemperatur, und - Anheben oder Absenken der relativen Feuchte und/oder der Temperatur des Anodenabgases mittels des durch den Wärmeübertrager (5) strömenden Kühlmittels.Method for operating a fuel cell system (1) with a fuel cell stack (2) having a plurality of fuel cells, with an anode supply line (3) arranged on the stack entry side and with an anode recirculation line (4), the end of which is connected to the fuel cell stack (12) and the other end to the anode supply line (3 ) is connected to the flow in order to re-supply unreacted anode exhaust gas to the anode compartments, and with a heat exchanger (5) arranged in the anode recirculation line (4) or in a heat-transferring connection, which is integrated in a coolant circuit (6), in which a coolant circulated, characterized by the steps: - Detecting a relative humidity and / or a temperature of the anode exhaust gas by means of a first sensor which is arranged upstream of the heat exchanger (5) on the stack exit side, - Comparison of the measured relative humidity and / or r the measured temperature of the anode exhaust gas with a target humidity and / or with a target temperature by means of a control device (8), Setting a coolant temperature of the coolant in the cooling circuit (6) with a means (7) for tempering the coolant or with a volume flow of the coolant through the heat exchanger (5) by means of a coolant pump (11) when determining a predetermined or predeterminable deviation of the measured relative humidity from the target humidity and / or the measured temperature from the target temperature, and - raising or lowering the relative humidity and / or the temperature of the anode exhaust gas by means of the coolant flowing through the heat exchanger (5).
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