DE19956653A1 - Improving power of fuel cell, especially fuel cells for mobile use, involves heating, compressing air before feeding to cathode side as oxidation gas, cooling to operating temperature - Google Patents

Abstract

The method involves feeding a fuel gas under pressure to the anode and carrying away the resulting residual anode gas using its calorific value. Compressed air is fed to the cathode as oxidation gas. The air is heated before compression and cooled to the operating temperature of the fuel cell after compression. At least part of the cooling power is used to cool the compressed air by injecting water and the residual cathode gas is carried away.

Description

Beim Betrieb von Brennstoffzellen, beispielsweise Polymer- Elekrolyt-Membran-Brennstoffzellen, wird ein Teil der zuge­ führten chemischen Energie in elektrische Energie umgesetzt, während der andere Teil in Wärme umgesetzt wird. Um eine Überhitzung der Brennstoffzelle zu vermeiden, muß diese ge­ kühlt werden, um eine vorgegebene Betriebstemperatur, bei­ spielsweise etwa 80°C sicherzustellen.When operating fuel cells, for example polymer Electrolyte membrane fuel cells, part of the supplied led chemical energy into electrical energy, while the other part is converted into heat. To one To avoid overheating the fuel cell, this must be ge be cooled to a predetermined operating temperature at ensure about 80 ° C, for example.

Des weiteren muß die kathodenseitig unter Druck mit Betriebs­ temperatur als Oxidationsgas zugeführte verdichtete Luft ei­ nen relativen Feuchtegehalt von etwa 50% aufweisen. Die beim Verdichten der Luft bewirkte Temperaturerhöhung reicht jedoch nicht aus, um die notwendigerweise einzudüsende Wassermenge vollständig zu verdampfen, so daß hier für den Einspritz- und/oder Verdampfungsvorgang eine zusätzliche Wärmeleistung aufgebracht werden muß.Furthermore, the cathode side must be pressurized with operation temperature compressed air supplied as oxidizing gas have a relative moisture content of about 50%. The at However, compressing the air brings about an increase in temperature not enough to get the amount of water that needs to be injected evaporate completely so that here for the injection and / or evaporation process an additional heat output must be applied.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird einer Brennstoff­ zelle, andenseitig unter Druck ein verdichtetes Brennstoffgas zugeführt und das entstehende Anodenrestgas unter Ausnutzung seines Brennwertes abgeführt, ferner kathodenseitig unter gleichem Druck verdichtete Luft als Oxidationsgas zugeführt, wobei die Luft vor der Verdichtung aufgeheizt und nach der Verdichtung auf die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle gekühlt wird, wobei zumindest ein Teil der Kühlleistung zur Abkühlung der verdichteten Luft durch Eindüsen von Wasser aufgebracht wird, und das entstehende Kathodenrestgas abge­ führt wird. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß trotz der durch die Aufheizung der Ansaugluft benötigten hö­ heren Verdichtungsleistung eine Verbesserung der elektrischen Leistung der Brennstoffzelle erreicht wird, da durch die deutlich höhere Temperatur nach der Verdichtung die Verdamp­ fung der benötigten Wassermengen deutlich verbessert wird. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Brennstoffzel­ le über eine im Kreislauf geführtes flüssiges Kühlmittel ge­ kühlt wird und die hierbei vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wenigstens zum Teil zur Aufheizung der Luft vor der Verdich­ tung genutzt wird. Da beispielsweise PEM-Brennkstoffzellen mit einer Betriebstemperatur zwischen 70°C und 80°C betrieben werden und diese Betriebstemperatur durch Kühlung eingehalten werden muß, ergeben sich größere Mengen an Abwärme mit einem Temperaturniveau von max. 80°C, die an sich nicht weiter ge­ nutzt werden können. Es ist sogar problematisch, diese Abwär­ me mit Kühlern wirtschaftlicher Größe unter allen Betriebsbe­ dingungen einer mobil eingesetzten Brennstoffzelle abzufüh­ ren, was insbesondere bei hohen Außentemperaturen Schwierig­ keiten bereitet. Bei dem erfindungsgemäßen Erfahren wird die als Oxidationsgas benötigte Luft vor der Verdichtung von ei­ ner Umgebungstemperatur von etwa 20°C auf eine Temperatur von etwa 75°C vorgeheizt. Bei einer angenommenen elektrischen Leistung der Brennstoffzelle von 50 kW und einer Ansaugluft­ temperatur von 20°C können so der Luft ca. 4 kW zugeführt werden, die zusätzlich zu der durch den Verdichtungsvorgang bewirkten Temperaturerhöhung für die Verdampfung der benötig­ ten Wassermenge zur Verfügung stehen. Auch wenn der Verdich­ ter dadurch eine höhere Leistung benötigt, beispielsweise bei dem angegebenen Ausführungsbeispiel 9,3 kW statt 7,8 kW bei einem Verdichtungsverhältnis P/P₀ = 2,5, wird eine Nettoein­ sparung von 2,5 kW erreicht, die eine Wirkungsgradverbesse­ rung des Gesamtsystems von 5% entspricht.According to the method of the invention, a fuel cell, on the other hand a compressed fuel gas is supplied and the resulting anode residual gas is discharged using its calorific value, and compressed air is also supplied on the cathode side under the same pressure as the oxidizing gas, the air being heated before compression and after compression on the Operating temperature of the fuel cell is cooled, with at least part of the cooling capacity for cooling the compressed air being applied by injecting water, and the resulting cathode residual gas is removed. Surprisingly, it has been found that despite the higher compression performance required by heating the intake air, an improvement in the electrical performance of the fuel cell is achieved, since the evaporation of the required amounts of water is significantly improved by the significantly higher temperature after compression. It is particularly advantageous here if the fuel cell is cooled via a circulating liquid coolant and the heat absorbed by the coolant is used at least in part for heating the air before the compression. For example, since PEM fuel cells are operated with an operating temperature between 70 ° C and 80 ° C and this operating temperature must be maintained by cooling, there are larger amounts of waste heat with a temperature level of max. 80 ° C, which in itself can no longer be used. It is even problematic to remove this waste heat with coolers of economical size under all operating conditions of a mobile fuel cell, which is particularly difficult at high outside temperatures. In the experience according to the invention, the air required as the oxidizing gas is preheated to a temperature of approximately 75 ° C. before compression from an ambient temperature of approximately 20 ° C. With an assumed electrical power of the fuel cell of 50 kW and an intake air temperature of 20 ° C, the air can be supplied with about 4 kW, which are available in addition to the temperature increase caused by the compression process for the evaporation of the required amount of water. Even if the compressor requires more power as a result, for example in the specified embodiment 9.3 kW instead of 7.8 kW with a compression ratio P / P ₀ = 2.5, a net saving of 2.5 kW is achieved, which is a Efficiency improvement of the entire system corresponds to 5%.

Das Einspritzen der benötigten Wassermengen, um bei der gege­ benen Betriebstemperatur für die kathodenseitig zuzuführende Luft einen Feuchtegehalt von etwa 50% zu erzielen und ande­ rerseits die durch die Verdichtung der Luft zugeführte Wärme­ menge immer durch Kühlung abgeführt werden muß, ist in vor­ teilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ferner vorgesehen, daß zumindest ein Teil der Kühlleistung zur Abkühlung der verdichteten Luft durch Eindüsen von Wasser aufgebracht wird. Die durch Verdichtung und Wärmezufuhr bei der angesaugten Luft zugeführten Wärme kann hierbei zum über­ wiegenden Teil durch die Eindüsung und Verdampfung des ohne­ hin benötigten Wassers aufgebracht werden. Zur Anpassung an wechselnde Betriebszustände kann es zweckmäßig sein, wenn die kathodenseitig zuzuführende Luft zusätzlich noch durch ein weiteres Kühlmedium regelbar gekühlt wird, das beispielsweise vom Kühlkreislauf der Brennstoffzelle abgezweigt werden kann.The injection of the required amount of water to the opposite operating temperature for the cathode side Air to achieve a moisture content of about 50% and others on the other hand, the heat supplied by the compression of the air quantity must always be removed by cooling is in front partial configuration of the method according to the invention further provided that at least part of the cooling capacity  for cooling the compressed air by injecting water is applied. The by compression and heat input The heat supplied to the air drawn in can be about weighing part through the injection and evaporation of the without required water can be applied. To adapt to changing operating conditions, it can be useful if the Air to be supplied on the cathode side additionally by a Additional cooling medium is cooled controllably, for example can be branched off from the cooling circuit of the fuel cell.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das einzudüsende Wasser aus dem Kathodenrest­ gas auskondensiert wird. Diese Verfahrensweise hat den Vor­ teil, daß das zur Kühlung in die verdichtete, kathodenseitig zuzuführende Luft eingeführte Wasser praktisch im Kreislauf geführt werden kann. Der besondere Vorteil besteht hierbei darin, daß zur Kühlung der verdichteten Luft Reinstwasser verwendet werden kann, das durch Auskondensieren aus dem Ka­ thodenrestgas weitgehend wieder zurückgewonnen und im Kreis­ lauf geführt werden kann. Nur geringe Teilmengen, die nach dem Auskondensieren aus dem Kathodenrestgas an die Umgebung abgegeben werden, müssen dann entsprechend aus einem Vorrat ersetzt werden. Diese Maßnahme kommt dem mobilen Einsatz ei­ ner derartigen Brennstoffzelle entgegen, da es beim mobilen Einsatz, beispielsweise an Fahrzeugen oder dergl. immer pro­ blematisch ist, sich verbrauchende Betriebsmittel in einem Vorratstank mitzuführen. Durch die hiermit gegebene Kreis­ laufführung des für den Brennstoffzellenprozeß einerseits und für die Kühlung andererseits benötigten Wassers kann die mit­ zuführende Wassermenge entsprechend reduziert werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention provided that the water to be injected from the cathode residue gas is condensed. This procedure has the intent part that for cooling in the compressed, cathode side Air to be introduced, water introduced practically in the circuit can be performed. The particular advantage here is in that ultrapure water for cooling the compressed air can be used, which by condensing out of the Ka residual test gas largely recovered and in a cycle can be run. Only small subsets after condensing out of the residual cathode gas to the environment must then be delivered accordingly from a supply be replaced. This measure comes for mobile use ner such fuel cell because it is in the mobile Use, for example on vehicles or the like. Always pro is blematic, consuming resources in one Carrying the storage tank. Through the circle given here running of the for the fuel cell process on the one hand and for cooling, on the other hand, the water required the amount of water supplied is reduced accordingly.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines schemati­ schen Schaltbildes näher erläutert.The inventive method is based on a schematic rule circuit diagram explained in more detail.

Eine PEM-Brennstoffzelle 1 wird auf ihrer Anodenseite 2 mit einem verdichteten Brennstoffgas, beispielsweise einem was­ serstoffreichen Reformergas beschickt. Die Anodenseite 2 ist mit einem Anodenrestgasaustritt 3 versehen, aus dem das noch brennbare Anteile enthaltende Anodenrestgas abgezogen wird. Der Brennwert des Anodenrestgases kann noch genutzt werden, beispielsweise über einen Brenner 4, mit dem über einen Wär­ metauscher 5 die zur Bildung des Reformergases benötigten Gaskomponenten aufgeheizt werden. Das in einem Reformer 6 ge­ bildete Reformergas wird vor seinem Eintritt auf der Anoden­ seite 2 der Brennstoffzelle 1 über eine Kühler 7 auf die not­ wendige Betriebstemperatur zurückgekühlt, die bei einer PEM-Brennstoffzelle beispielsweise etwa 80°C beträgt.A PEM fuel cell 1 is charged on its anode side 2 with a compressed fuel gas, for example a reformer gas which is rich in hydrogen. The anode side 2 is provided with an anode residual gas outlet 3 , from which the anode residual gas still containing combustible components is withdrawn. The calorific value of the residual anode gas can still be used, for example via a burner 4 , with which the gas components required to form the reformer gas are heated via a heat exchanger 5 . The ge formed in a reformer 6 reformer gas is cooled before it enters the anode side 2 of the fuel cell 1 via a cooler 7 to the neces sary operating temperature, which is approximately 80 ° C. in a PEM fuel cell.

Der Kathodenseite 8 der Brennstoffzelle 1 wird als Oxidati­ onsgas Luft mit einer Temperatur von etwa 80°C und einem Was­ sergehalt von mindestens 50% zugeführt. Nach Ablauf der che­ misch-physikalischen Vorgänge innerhalb der Brennstoffzelle tritt diese Luft über den Auslaß 9 als Kathodenrestgas wieder aus. Das anodenseitig wieder zugeführte Brennstoffgas und die kathodenseitig zugeführte wasserhaltige Luft wird jeweils un­ ter gleichem Druck der Brennstoffzelle zugeführt, der zwi­ schen 2 und 4 bar liegen kann.The cathode side 8 of the fuel cell 1 is supplied with air at a temperature of approximately 80 ° C. and a water content of at least 50% as the oxidation gas. After the end of the chemical-physical processes within the fuel cell, this air exits through the outlet 9 as the residual cathode gas. The fuel gas fed in again on the anode side and the water-containing air fed in on the cathode side are each fed to the fuel cell under the same pressure, which can be between 2 and 4 bar.

Die elektrische Leistung wird an der Polymer-Elektrolyt- Membran 10 über entsprechende Kontakte abgegriffen und kann von einem Verbraucher 11 nutzbar gemacht werden.The electrical power is tapped at the polymer electrolyte membrane 10 via appropriate contacts and can be used by a consumer 11 .

Während die Druckerhöhung des Brennstoffgases über den Pum­ pendruck und die Temperaturerhöhungen bei seiner Erzeugung erfolgt, muß die als Oxidationsgas verwendete Luft über eine Verdichtereinheit 12 verdichtet werden. Bei dem hier darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist eine Turboverdichtereinheit dargestellt, die für die Startphase über einen elektrischen Hilfsmotor angetrieben werden kann. Im Betrieb wird der Ver­ dichter 14 von einer Turbine 15 angetrieben, die beispielwei­ se mit heißen Brenngasen eines Brenners 16 beaufschlagt wird, der mit Kathodenrestgas und ggf. einem zusätzlichen Brenngas befeuert wird. Anstelle des dargestellten Turboverdichters können auch andere Verdichterbauformen, ggf. in Kombination eingesetzt werden, wie beispielsweise ein sogenanntes Roots- Gebläse.While the pressure increase of the fuel gas via the pump pressure and the temperature increases during its production takes place, the air used as the oxidizing gas must be compressed via a compressor unit 12 . In the exemplary embodiment presented here, a turbocompressor unit is shown which can be driven for the starting phase by means of an electrical auxiliary motor. In operation, the compressor 14 is driven by a turbine 15 which, for example, is charged with hot fuel gases from a burner 16 which is fired with residual cathode gas and, if appropriate, an additional fuel gas. Instead of the turbocompressor shown, other compressor designs, if appropriate in combination, can also be used, such as a so-called Roots blower.

Statt des Antriebs des Turboverdichters 14 über den elektri­ schen Hilfsmotor 13 kann es auch zweckmäßig sein, wenn in ei­ ner Tandemanordnung ein turbinengetriebener Verdichter und parallel hierzu ein elektronisch getriebener weiterer Ver­ dichter angeordnet wird. Hierdurch ist es möglich, sowohl in der Anlauf- und Startphase als auch zur Abdeckung eines Spit­ zenbedarfs über den elektronisch betriebenen Verdichter dem System Luft unter Druck zuzuführen.Instead of driving the turbocompressor 14 via the electrical auxiliary motor 13 , it may also be expedient if a turbine-driven compressor and, in parallel, an electronically driven further compressor is arranged in a tandem arrangement. This makes it possible to supply air to the system under pressure both in the start-up and start-up phase and to cover a peak demand via the electronically operated compressor.

Um nun die PEM-Brennstoffzelle auf ihrer vorgegebene Betriebs­ temperatur von etwa 80°C halten zu können, ist diese anoden­ seitig und kathodenseitig jeweils mit Kühlkanälen 17 verse­ hen, durch die im Kreislauf mit Hilfe einer Pumpe 18 Kühlwas­ ser geführt werden kann.In order to be able to keep the PEM fuel cell at its predetermined operating temperature of about 80 ° C, this is hen on the anode side and cathode side with cooling channels 17 , through which 18 cooling water can be guided in the circuit with the aid of a pump.

Mit der aus der Brennstoffzelle 1 über das Kühlwasser mit et­ wa 75°C bis 80°C abgeführten Wärmemenge wird nun über einen Wasser-Luft-Wärmetauscher 19 die vom Verdichter 14, bei­ spielsweise mit einer Temperatur von 20°C angesaugte Umge­ bungsluft aufgeheizt, so daß auf der Druckseite des Verdich­ ters 14 die Luft ein entsprechend höheres Temperaturniveau von etwa 200°C aufweist, bei einem angenommenen Verdichtungs­ verhältnis P/P₀ = 2,5.With the amount of heat removed from the fuel cell 1 via the cooling water with approximately 75 ° C. to 80 ° C., the ambient air sucked in by the compressor 14 , for example at a temperature of 20 ° C., is now heated via a water-air heat exchanger 19 , so that on the pressure side of the compressor 14 the air has a correspondingly higher temperature level of about 200 ° C, with an assumed compression ratio P / P ₀ = 2.5.

Das aus dem Wärmetaucher 19 abfliessende Kühlwasser wird über einen Nachkühler 19.1, der beispielsweise als Luftkühler aus­ gebildet ist, auf eine benötigte Grundtemperatur zurückge­ kühlt.The cooling water flowing out of the heat exchanger 19 is cooled back to a required basic temperature via an aftercooler 19.1 , which is formed, for example, as an air cooler.

Da über den Wärmetauscher 19 ein Teil der durch die Kühlung der Brennstoffzelle 1 anfallenden Wärmemenge im System zur Verdampfung der einzudüsenden Wassermengen abgenommen wird, muß aus dem Kühlwasser über den Nachkühler 19.1 noch die restliche Wärmemenge abgeführt werden, so daß der hierzu be­ nötigte Kühler kleiner ausgebildet werden kann und entspre­ chend eine geringere Antriebsleistung benötigt, sofern nicht beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug der Fahrtwind zur Kühlung genutzt werden kann.Since a portion of the heat generated by the cooling of the fuel cell 1 in the system for evaporation of the quantities of water to be injected is removed via the heat exchanger 19 , the remaining amount of heat must be removed from the cooling water via the aftercooler 19.1 , so that the cooler required for this is designed to be smaller can and accordingly a lower drive power is required, unless the wind can be used for cooling in a motor vehicle.

Da die als Oxidationsgas benötigte Luft jedoch nur mit der deutlich geringeren Betriebstemperatur der Brennstoffzelle von etwa 80°C zugeführt werden darf, andererseits für den Be­ trieb der Brennstoffzelle ein hoher Wassergehalt der zuzufüh­ renden Luft notwendig ist, wird über einen Einspritzkühler 20 der verdichteten Luft Wasser zur Befeuchtung und zur Kühlung zugeführt.However, since the air required as the oxidizing gas can only be supplied at the significantly lower operating temperature of the fuel cell of about 80 ° C, on the other hand, a high water content of the air to be supplied is necessary for the operation of the fuel cell, water is sent through an injection cooler 20 to the compressed air supplied for humidification and cooling.

Um auf wechselnde Betriebszustände reagieren zu können, bei denen eine Kühlung des Oxidationsgases durch die Wasserein­ düsung nicht mehr ausreicht oder zur Einhaltung einer Basis­ kühlleistung, kann über eine zusätzliche dem Einspritzkühler 20 nachgeschaltete Kühleinheit 21 die Luft ggf. geringfügig nachgekühlt werden. Diese zusätzliche Kühleinheit 21 kann je nach Einsatzfall vom Kühlkreislauf der Brennstoffzelle 1 ab­ gegriffen werden.In order to respond to changing operating conditions in which a cooling of the oxidizing gas düsung through the condenser water is no longer sufficient or cooling capacity to adhere to a base, can have an additional the injection cooler 20 downstream of the cooling unit 21, the air, if necessary, be slightly aftercooled. Depending on the application, this additional cooling unit 21 can be gripped from the cooling circuit of the fuel cell 1 .

Statt einer Beaufschlagung der zusätzlichen Kühleinheit 21 über den Kühlwasserkreislauf der Brennstoffzelle ist es auch möglich, diesen Bereich als Luftkühler auszulegen, so daß beim Einsatz an einem Kraftfahrzeug hier der Fahrtwind als Kühlmedium benutzt werden kann. Die Nutzung des Kühlwasser­ kreislaufs besitzt jedoch des Vorteil einer besseren Regel­ barkeit, da über einen entsprechenden Temperaturfühler 21.1 und ein zugeordnetes Stellventil 21.2 eine sehr genaue Tempe­ raturführung des als Oxidationsgas der Brennstoffzelle 1 ka­ thodenseitig zuzuführenden wasserhaltigen Luft bewirkt werd­ den kann.Instead of acting on the additional cooling unit 21 via the cooling water circuit of the fuel cell, it is also possible to design this area as an air cooler, so that the airstream can be used as a cooling medium here when used on a motor vehicle. However, the use of the cooling water circuit has the advantage of better control availability, since a very precise temperature control of the water-containing air to be supplied as the oxidation gas of the fuel cell 1 can be effected via a corresponding temperature sensor 21.1 and an associated control valve 21.2 .

Da das in den Einspritzkühler 20 eingedüste Wasser gleichzei­ tig der Befeuchtung der als Oxidationsgas benötigten Luft dient, ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das am Austritt 9 anfallende Kathodenrestgas über einen Kühler 22, beispielsweise einem Luftkühler geführt, der als Konden­ sator ausgebildet ist, so daß das aus dem Kathodenrestgas auskondensierte Wasser mit Hilfe einer Pumpe 23 in den Ein­ spritzkühler 20 zurückgeführt werden kann, um so die Luft zu kühlen und zu befeuchten. Damit wird auch das für die Be­ feuchtung und zur Kühlung benötigte Wasser ebenfalls im Kreislauf geführt und muß nur in dem Maße ergänzt werden, wie ein Restwassergehalt im Kühlerkondensator 22 nicht auskonden­ siert werden kann, sondern mit der aus dem Kühler/Kondensator 22 austretenden Abluft ausgetragen wird. Da in einer PEM- Brennstoffzelle kathodenseitig bei der elektro-chemischen Um­ setzung des Brennstoffgases entsprechend der umgesetzten Men­ ge Wasser in Form von Reinstwasser ausfällt, kann dieses in einen Sammelbehälter angeführt werden. Aus diesem Sammelbe­ hälter 24 können dann sowohl aus dem Kühler 22 mit der Abluft abgeführte, nicht auskondensierte Wassermengen ersetzt wer­ den, als auch bei einem erhöhten Bedarf an Kühlleistung im Einspritzkühler 20 zusätzliche Wassermengen über die Pumpe 23 eingedüst werden. Dies kann über eine entsprechende Ansteue­ rung der Pumpe 23 sowie eines Ventils 25 bewirkt werden. Die Ansteuerung kann in Abhängigkeit von der Lufttemperatur er­ folgen, die beispielsweise über den Temperaturfühler 21.1 er­ faßt und über eine hier nicht dargestellte Steuereinheit als Stellsignal für eine Änderung der Pumpenleistung und/oder ei­ ne Öffnung des Ventils 25 umgesetzt wird. Bei Einsatz einer volumetrisch arbeitenden Pumpe besteht die Möglichkeit, über die Steuereinheit in Verbindung mit der Pumpe unmittelbar die jeweils dem Kühler 20 zugeführte Wassermenge zu erfassen und ggf. zu dosieren, so daß die Wassermenge nicht ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperaturblage der aus dem Kühler 20 austretenden Luft zugemessen wird. Damit ist die Möglichkeit gegeben, als Kühlwasser für den Betrieb der Brennstoffzelle 1 benötigtes Reinstwasser zu verwenden, wobei nur ein geringer Vorrat zur Ergänzung der mit der Abluft abgeführten, durch Kondensation nicht zurückgewinnbaren Wassermengen ergänzt werden muß.Since the water injected into the injection cooler 20 serves simultaneously to humidify the air required as the oxidizing gas, in the exemplary embodiment shown here, the residual cathode gas obtained at the outlet 9 is guided via a cooler 22 , for example an air cooler, which is designed as a condenser, so that the water condensed out of the residual cathode gas can be returned to a spray cooler 20 by means of a pump 23, in order to cool and humidify the air. Thus the water humidification for loading and required for cooling is also conducted in the circuit and must be supplemented only to the extent that a residual water content in the cooler condenser 22 can not be Siert auskonden, but discharged with the exiting from the cooler / condenser 22 Exhaust becomes. Since water in the form of ultrapure water fails in the form of ultrapure water in a PEM fuel cell on the cathode side during the electro-chemical conversion of the fuel gas, this can be introduced into a collecting container. From this Sammbe container 24 can then both from the cooler 22 with the exhaust air, not condensed water quantities replaced who who, and with an increased need for cooling capacity in the desuperheater 20 additional water quantities can be injected via the pump 23 . This can be effected via a corresponding control of the pump 23 and a valve 25 . The control can follow as a function of the air temperature, which it detects, for example, via the temperature sensor 21.1 and is implemented via a control unit (not shown here) as a control signal for a change in the pump output and / or opening of the valve 25 . When using a volumetric pump, there is the possibility, via the control unit in connection with the pump, of directly detecting and possibly metering the amount of water supplied to the cooler 20 , so that the amount of water is not solely dependent on the temperature range of the cooler 20 escaping air is metered. This makes it possible to use the ultrapure water required as cooling water for the operation of the fuel cell 1 , only a small supply having to be added to supplement the water quantities discharged with the exhaust air and which cannot be recovered by condensation.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verbesserung der Leistung einer Brennstoff­ zelle, insbesondere einer Brennstoffzelle für den mobilen Einsatz, bei der anodenseitig ein unter Druck verdichtetes Brennstoffgas zugeführt und das entstehende Anodenrestgas un­ ter Ausnutzung seines Brennwertes abgeführt wird, bei dem ferner kathodenseitig unter gleichem Druck verdichtete Luft als Oxidationsgas zugeführt wird, wobei die Luft vor der Ver­ dichtung aufgeheizt und nach der Verdichtung auf die Betriebs­ temperatur der Brennstoffzelle gekühlt wird, wobei zumindest ein Teil der Kühlleistung zur Abkühlung der verdichteten Luft durch Eindüsen von Wasser aufgebracht wird, und das entste­ hende Kathodenrestgas abgeführt wird.1. Procedure for improving the performance of a fuel cell, in particular a fuel cell for the mobile Use in which an anode is compressed under pressure Fuel gas supplied and the resulting anode residual gas un ter exploitation of its calorific value is dissipated, at which air compressed on the cathode side at the same pressure is supplied as an oxidizing gas, the air before Ver seal heated and after compression on the operating temperature of the fuel cell is cooled, at least part of the cooling capacity for cooling the compressed air is applied by injecting water, and this arises is removed cathode residual gas. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle über ein im Kreislauf geführtes flüssiges Kühlmittel gekühlt wird und die hierbei vom Kühlmittel von der Brennstoffzelle aufgenommene Wärme wenigstens zum Teil zur Aufheizung der Luft vor der Verdichtung genutzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the Fuel cell via a circulating liquid Coolant is cooled by the coolant from heat at least partially absorbed by the fuel cell is used to heat the air before compression. 3. Verfahren nach Ansprüch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das einzudüsende Wasser durch Kühlung aus dem Kathoden­ restgas auskondensiert wird.3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that that the water to be injected by cooling from the cathode residual gas is condensed out. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Kühlung der verdichteten Luft soviel Wasser eingedüst wird, daß der Brennstoffzelle kathodenseitig Luft mit einem Wassergehalt von mind. 50% zugeführt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that so much for cooling the compressed air Water is injected into the fuel cell on the cathode side Air with a water content of at least 50% is supplied.