DE102008009063A1

DE102008009063A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102008009063A1
Application number: DE102008009063A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaupert; Klaus Dr. Lucka; Sascha Tölle; Jörg vom Schloß
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzelle (2) zum Generieren von elektrischem Strom (5) aus wasserstoffhaltigem Anodengas (6) und sauerstoffhaltigem Kathodengas (7) und einen stromab der Brennstoffzelle (2) angeordneten Restgasbrenner (3) zum Verbrennen von wasserstoffhaltigem Anodenabgas (13) mit sauerstoffhaltigem Kathodengas (15). Um die Schadstoffemissionen des Systems (1) zu reduzieren, ist ein Oxidationskatalysator (24) vorgesehen, der zur thermischen Homogenisierung der Gasströmung eine Mischerstruktur (45) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 033 545 A1 ist ein Restgasbrenner für ein Brennstoffzellensystem bekannt, der stromab der Brennstoffzelle angeordnet ist. Die Brennstoffzelle dient zum Generieren von elektrischem Strom aus wasserstoffhaltigem Anodengas und sauerstoffhaltigem Kathodengas. Der Restgasbrenner dient zum Verbrennen von wasserstoffhaltigem Anodenabgas und sauerstoffhaltigem Kathodenabgas. Mit Hilfe des Restgasbrenners wird somit versucht, eine Emission von Wasserstoff und Kohlenmonoxid in die Umgebung zu verhindern. Gleichzeitig soll durch die Umsetzung des im Anodenabgas enthaltenen Wasserstoffs und Kohlenmonoxids eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads des Brennstoffzellensystems erreicht werden.
Aus der DE 10 2006 046 257 vom 28.09.2006 ist ein weiteres Brennstoffzellensystem dieser Art bekannt, bei dem im Restgasbrenner ein Oxidationskatalysator angeordnet ist. Ein an deres Brennstoffzellensystem mit einem Reformer ist aus der DE 10 2006 017 616 bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch reduzierte Schadstoffemissionen und/oder durch einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Brennstoffzellensystem mit einem Oxidationskatalysator auszustatten, der außerdem so ausgestaltet ist, dass er eine thermische Homogenisierung der ihn durchströmenden Gasströmung bewirkt. Erreicht wird dies insbesondere durch eine Mischung der ihn durchströmenden Gasströmung, wobei insbesondere eine Quermischung bevorzugt sein kann. Durch den Einsatz eines derartigen Oxidationskatalysators kann der Schadstoffanteil im Brennerabgas reduziert werden. Insbesondere können im Oxidationskatalysator ggf. noch in der Gasströmung enthaltene Restmengen an Kohlenwasserstoffen umgesetzt werden. Durch die Integration einer Mischerstruktur in den Oxidationskatalysator wird eine Homogenisierung der den Katalysator durchströmenden Gasströmung erreicht. Ziel ist hierbei eine Homogenisierung im Hinblick auf die Temperaturverteilung innerhalb des Strömungsquerschnitts. Hierdurch kann zum Einen die Umsetzungsrate des Katalysators verbessert werden. Zum Anderen lässt sich hierdurch die thermische Belastung des Katalysators reduzieren, was dessen Standzeit verlängert. Darüber hinaus kann eine Gasströmung mit thermisch homogenen Querschnitt in einen gegebenenfalls nachgeordneten Wärmeübertrager mit einem erhöhten Wirkungsgrad zur Übertragung der Wärme auf ein geeignetes Wärmeträgermedium genutzt werden. Dementsprechend lässt sich dem Brennerabgas stromab des Katalysators mehr Wärmeenergie entziehen, was die Wärmeverluste des Brennstoffzellensystems reduziert und somit dessen Wirkungsgrad erhöht.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Mischerstruktur katalytisch aktiv beschichtet sein. Auf diese Weise erhält eine für die Quermischfunktion optimierte Mischerstruktur die Funktionalität des Oxidationskatalysators. Hierdurch kann eine integrierte Bauform realisiert werden, die extrem platzsparend ist. Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher der Oxidationskatalysator durch die katalytisch aktiv beschichtete Mischerstruktur gebildet ist. Das heißt, dass der Oxidationskatalysator bei dieser Ausführungsform ausschließlich aus der katalytisch aktiven Struktur besteht, die selbstverständlich gegebenenfalls in einem entsprechenden Gehäuse angeordnet sein kann.
Die Mischerstruktur kann beispielsweise eine im Gaspfad der Gasströmung angeordnete, von der Gasströmung durchströmbare poröse Struktur sein, die insbesondere katalytisch aktiv beschichtet sein kann. Derartige poröse Strukturen sind bei spielsweise bei Partikelfiltern bekannt, die einen Keramikkörper aufweisen. Ebenso sind poröse Strukturen beispielsweise bei Porenbrennern bekannt, die ebenfalls einen Keramikkörper aufweisen. Eine derartige poröse Struktur erzwingt bei ihrer Durchströmung eine intensive Quermischung. Über die Porengröße oder Porendichte der porösen Struktur kann ihr Durchströmungswiderstand auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Alternativ kann es sich bei der Mischerstruktur auch um eine gerichtete oder ungerichtete Anordnung von Fasern oder Drähten sein, z. B. in Form eines Gewebes oder eines Gitters oder einer Matte, das bzw. die jeweils aus Fasern oder Drähten besteht. Die jeweils verwendeten Fasern bzw. Drähte können insbesondere katalytisch aktiv beschichtet sein. Eine aus Fasern oder Drähten gebildete Mischerstruktur lässt sich ebenfalls vergleichsweise einfach herstellen und kann ebenfalls sehr große Oberflächen besitzen, was für die Katalysatorwirkung vorteilhaft ist. Dabei können geordnete Strukturen, wie bei einem Gewebe oder bei einem Gitter, verwendet werden, ebenso wie ungeordnete oder amorphe Strukturen, wie bei einer Matte oder einer knäuelartigen Anordnung. Derartige Faser- oder Drahtstrukturen sind relativ flexibel und somit leicht montierbar. Die Drähte bzw. Fasern bestehen vorzugsweise aus einem geeigneten Metall.
Alternativ kann die Mischerstruktur auch eine mehrlagige Blechbahnstruktur aufweisen, deren Blechbahnen durchströmbare Kanäle bilden, die über Querverbindungsöffnung miteinan der kommunizieren, wobei die Blechbahnen insbesondere katalytisch aktiv beschichtet sein können. Die Blechbahnen, die insbesondere aus Metall hergestellt sind, ermöglichen insbesondere die Realisierung einer Mischerstruktur mit einem relativ kleinen Durchströmungswiderstand. Die Querverbindungsöffnungen ermöglichen dabei die Quervermischung der Strömung jeweils über benachbarte Kanäle.
Eine metallische Mischerstruktur zeichnet sich außerdem dadurch aus, dass über das Metall eine gewisse Wärmeleitung erreicht werden kann, die zur thermischen Homogenisierung der Gasströmung auch ohne Quermischung der Gasströmung beiträgt.
Grundsätzlich kann der Oxidationskatalysator stromab des Restgasbrenners in einer Abgasleitung angeordnet sein, die das Brennerabgas vom Restgasbrenner abführt. Hierbei kann sich der Oxidationskatalysator vorzugsweise stromauf eines Wärmeübertragers befinden, der ebenfalls in der Abgasleitung angeordnet sein kann, um Wärme aus dem Brennerabgas zu entziehen, um diese an anderer Stelle, z. B. im Brennstoffzellensystem, zu nutzen. Die Anordnung des Oxidationskatalysators stromauf des Wärmeübertragers hat dabei den Vorteil, dass auch diejenige Wärme über den Wärmeübertrager dem Brennerabgas entzogen werden kann, die bei der Abgasnachbehandlung im Oxidationskatalysator gegebenenfalls anfällt.
Alternativ kann der Oxidationskatalysator im Restgasbrenner angeordnet sein und zwar so, dass im Betrieb des Brennstoff zellensystems Brennerabgas stromab des Oxidationskatalysators aus dem Restgasbrenner austritt. Hierdurch ergibt sich für das Brennstoffzellensystem eine extrem kompakte Bauform, da der Oxidationskatalysator in den Restgasbrenner integriert ist und diesbezüglich kein separat anzuordnendes Bauteil bildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der Restgasbrenner einen Brennraum, in dem die Verbrennung von Anodenabgas und Kathodenabgas stattfindet. Der Oxidationskatalysator ist dann stromab dieses Brennraums angeordnet und kann bevorzugt so ausgestaltet sein, dass im Oxidationskatalysator eine Umsetzung von im Verbrennungsabgas des Brennraums enthaltenen Kohlenmonoxid in Kohlendioxid erfolgt. Bei dieser Ausführungsform kann somit die Kohlenmonoxidemission erheblich reduziert werden. Diese Ausführungsform ist von besonderem Vorteil für Brennstoffzellen, die als Hochtemperatur-Brennstoffzellen ausgestaltet sind.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Restgasbrenner einen Mischraum enthalten, in dem sich das Anodenabgas und das Kathodenabgas vermischen. Bei dieser Ausführungsform ist der Oxidationskatalysator stromab des Mischraums angeordnet und kann zweckmäßig so ausgestaltet sein, dass im Oxidationskatalysator die Verbrennung von Anodenabgas und Kathodenabgas, also die Umsetzung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid stattfindet. Bei dieser Ausführungsform arbeitet der Restgasbrenner katalytisch, da die eigentliche Verbrennungsreaktion, nämlich die Umsetzung des Brennstoffs, also des Wasserstoffs und des Kohlenmonoxids, im Katalysator stattfindet. Insoweit handelt es sich dann um einen katalytischen Restgasbrenner. Diese Ausführungsform ist von besonderem Vorteil für eine Brennstoffzelle, die als Niedertemperatur-Brennzelle ausgestaltet ist. Dabei ermöglicht der katalytische Restgasbrenner eine effiziente Umsetzung des Restgehalts an Wasserstoff im Anodenabgas. Gleichzeitig ist die Emission von Kohlenmonoxid vergleichsweise gering, da die Niedertemperatur-Brennstoffzelle üblicherweise eingangsseitig ohnehin nur sehr wenig Kohlenmonoxid erhält.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 bis 6 jeweils eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Brennstoffzellensystems bei verschiedenen Ausführungsformen,
7 bis 11 jeweils eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Mischerstruktur bei verschiedenen Ausführungsformen.
Entsprechend den 1 bis 6 umfasst ein Brennstoffzellensystem 1 zumindest eine Brennstoffzelle 2 und einen Restgasbrenner 3. Des Weiteren kann das Brennstoffzellensystem 1 zumindest einen Wärmeübertrager 4 aufweisen. Außerdem kann das Brennstoffzellensystem 1 in üblicher Weise weitere Komponenten umfassen, wie z. B. einen Reformer zum Generieren von wasserstoffhaltigem Anodengas aus einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff, wie z. B. Diesel, Biodiesel, Benzin und beliebige synthetische Kraftstoffe, sowie wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager. Das Brennstoffzellensystem 1 kommt vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, zur Anwendung und kann dort als zusätzliche Stromquelle verwendet werden, die unabhängig von einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs arbeitet. Beispielsweise kann mit Hilfe des Brennstoffzellensystems 1 bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine eine Klimaanlage des Fahrzeugs betrieben werden. Ebenso kann die gesamte Stromversorgung des Fahrzeugs mit dem Brennstoffzellensystem 1 realisiert werden.
Die Brennstoffzelle 2 dient zum Generieren von elektrischem Strom 5 aus wasserstoffhaltigem Anodengas 6 und sauerstoffhaltigem Kathodengas 7. Hierzu enthält die Brennstoffzelle 2 eine Anodenseite 8 und eine Kathodenseite 9, die in der Regel durch einen Elektrolyt 10 voneinander getrennt sind. Mit Hilfe des Elektrolyts 10 erfolgt eine Verstromung von Anodengas 6 und Kathodengas 7, bei welcher Wasserstoff mit Sauerstoff elektrochemisch umgesetzt wird und dabei elektrische Energie freigesetzt wird. Die Brennstoffzelle 2 besteht üblicherweise aus einem Stapel von Brennstoffzellenelementen oder Brennstoffzellenplatten. In den 1 bis 6 ist lediglich eine Abschlussplatte 11 dargestellt. Die Abschlussplatte 11 weist einen Anodenabgasausgang 12, aus dem wasserstoffhaltiges Anodenabgas 13 aus der Brennstoffzelle 2 austritt, sowie einen Kathodenabgasausgang 14 auf, aus dem sauerstoffhaltiges Kathodenabgas 15 aus der Brennstoffzelle 2 austritt. Ferner weist die Brennstoffzelle 2 einen Anodengaseingang 16, durch den das Anodengas 6 in die Brennstoffzelle 2 eintritt, sowie einen Kathodengaseingang 17 auf, durch den das Kathodengas 7 in die Brennstoffzelle 2 eintritt. An wenigstens einem elektrischen Anschluss 18 ist der Strom 5 an der Brennstoffzelle 2 abgreifbar.
Als Kathodengas wird vorzugsweise Luft verwendet. Als Anodengas kann reines Wasserstoffgas, z. B. aus einem Wasserstofftank, oder ein wasserstoffhaltiges Synthesegas verwendet werden, das z. B. aus einem sauerstoffhaltigen Oxidatorgas und einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff generiert wird.
Zur Versorgung der Brennstoffzelle 2 mit Kathodengas ist das Brennstoffzellensystem 1 beispielsweise mit einer Kathodengaszuführung 37 ausgestattet, die an eine Eingangsseite der Brennstoffzelle 2 angeschlossen ist. Die Kathodengaszuführung 37 weist eine Kathodengasleitung 38 auf, die an den Kathodengaseingang 17 angeschlossen ist und die eine Fördereinrichtung 39, z. B. ein Gebläse, enthält.
Der Restgasbrenner 3 ist bezüglich der anodenseitigen und kathodenseitigen Gasströme stromab der Brennstoffzelle 2 angeordnet. Der Restgasbrenner 3 dient zum Verbrennen des Anodenabgases 13 und des Kathodenabgases 15. Hierzu weist der Restgasbrenner 3 einen Anodenabgaseingang 19 auf, durch den Anodenabgas 13 in einen Anodenabgaspfad 20 des Restgasbrenners 3 eintreten kann. Des Weiteren weist der Restgasbrenner 3 einen Kathodenabgaseingang 21 auf, durch den Kathodenabgas 15 in einen Kathodenabgaspfad 22 des Restgasbrenners 3 eintreten kann.
Im Restgasbrenner 3 ist ein Raum 23 ausgebildet, in den das Kathodenabgas 15 durch den Kathodenabgaspfad 22 und das Anodenabgas 13 durch den Anodenabgaspfad 20 eintreten kann. Die Funktion des Raums 23 wird weiter unten noch näher erläutert werden.
Das Brennstoffzellensystem 1 weist außerdem einen Oxidationskatalysator 24 auf. Dieser kann wie in den Ausführungsformen der 1 bis 4 im Restgasbrenner 3 angeordnet sein. Ebenso kann der Oxidationskatalysator 24 entsprechend den Ausführungsformen der 5 und 6 bezüglich des Restgasbrenners 3 als separates Bauteil ausgestaltet sein und diesem nachgeordnet sein.
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 4 ist der Oxidationskatalysator 24 somit in den Restgasbrenner 3 integriert. Erst stromab des Oxidationskatalysators 24 tritt Brennerabgas 25 aus dem Restgasbrenner 3 aus. Der Katalysator 24 schließt sich im Restgasbrenner 3 stromab an den Raum 23 an. Im Unterschied dazu ist der Oxidationskatalysator 24 bei den Ausführungsformen der 5 und 6 stromab des Restgasbrenners 3 in einer ebenfalls mit 25 bezeichneten Abgasleitung angeordnet, die das Brennerabgas 25 vom Restgasbrenner 3 wegführt.
Der Oxidationskatalysator 24 ist mit einer Mischerstruktur 45 ausgestattet, die so gestaltet ist, dass eine den Oxidationskatalysator 24 durchströmende Gasströmung im Hinblick auf eine Homogenisierung der Temperatur im durchströmten Querschnitt gemischt wird. Zum Beispiel kann die Gasströmung hierzu quergemischt, also quer zu ihrer Hauptströmungsrichtung gemischt werden. Grundsätzlich kann der Oxidationskatalysator 24 diese Mischerstruktur 45 und zusätzlich eine hier nicht gezeigte Katalysatorstruktur aufweisen, wodurch die unterschiedlichen Funktionen in getrennten Bauteilen realisiert werden. Die Katalysatorstruktur kann dann grundsätzlich auf beliebige Weise hergestellt sein, beispielsweise mit einem Träger aus Keramik oder aus Metall, sowie einer katalytischen Beschichtung.
Bevorzugt wird die hier gezeigte Ausführungsform, bei welcher die Mischerstruktur 45 selbst katalytisch aktiv beschichtet ist, wobei dann grundsätzlich auf eine separate Katalysatorstruktur verzichtet werden kann. Demnach ist bei den hier gezeigten Ausführungsformen der Katalysator 24 durch die katalytisch aktiv beschichtete Mischerstruktur 45 gebildet. Die beiden Funktionalitäten, nämlich die Katalysatorwirkung und die Mischwirkung, sind somit in einem einzigen Bauteil realisiert. Der Katalysator 24 baut dadurch extrem kompakt.
An den Restgasbrenner 3 kann gemäß den 1 bis 6 vorzugsweise eine Kühlgaszuführung 26 angeschlossen sein. Die Kühlgaszuführung 26 umfasst eine Kühlgasleitung 27, in der eine Fördereinrichtung 28, z. B. eine Kühlgaspumpe oder ein Kühlgasgebläse, angeordnet ist. Die Kühlgasleitung 27 ist an die Eingangsseite, bevorzugt an die Kathodenseite des Restgasbrenners 3 angeschlossen. Im vorliegenden Fall kommuniziert die Kühlgasleitung 27 mit dem Kathodenabgaspfad 22. Bevorzugt wird als Kühlgas ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft, verwendet.
Ferner kann eine Steuerung 29 vorgesehen sein, die einerseits mit der Kühlgaszuführung 26 und andererseits mit einer Sensorik 30 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Steuerung 29 wie hier außerdem mit der Kathodengaszuführung 37 verbunden. Die Sensorik 30 dient zum Ermitteln einer Temperatur des Oxidationskatalysators 24. Hierzu kann die Sensorik 30 zumin dest einen Temperatursensor 31 aufweisen. Besagter Temperatursensor 31 kann am Katalysatoreingang, im Katalysator 24, am Katalysatorausgang oder stromab des Katalysators 24 angeordnet sein. Über entsprechende, nicht näher bezeichnete Signalleitungen erhält die Steuerung 29 mit der Temperatur des Katalysators 24 korrelierende Signalwerte. Die Sensorik 30 kann außerdem mit einem Flammensensor 32 ausgestattet sein, der im Raum 23 angeordnet ist und mit dessen Hilfe das Vorhandensein bzw. das Fehlen einer Flamme im Raum 23 feststellbar ist. Die Steuerung 29 ist z. B. mit der Fördereinrichtung 28 der Kühlgaszuführung 26 verbunden. Darüber hinaus kann die Steuerung 29 auch mit einer Zündeinrichtung 33 verbunden sein. Ebenso kann die Steuerung 29 mit der Fördereinrichtung 39 der Kathodengaszuführung 37 verbunden sein. Die Steuerung 29 kann durch entsprechende Steuersignale die Fördereinrichtungen 28, 39 sowie die Zündeinrichtung 33 betätigen. Entsprechende Steuerleitungen sind nicht bezeichnet. Die Steuerung 29 kann zur Realisierung einer Temperaturregelung für den Katalysator 24 ausgestaltet sein.
Darüber hinaus kann die Sensorik 30 zumindest eine Lambda-Sonde 40 und/oder zumindest einen Drucksensor 40 aufweisen. Für die jeweilige Lambda-Sonde 40 bzw. für den jeweiligen Drucksensor 40 bestehen grundsätzlich die gleichen Anordnungsmöglichkeiten wie für den wenigstens einen Temperatursensor 31. Dementsprechend sind in den Figuren zur vereinfachten Darstellung die Bezugszeichen 31 für den Temperatursensor und 40 für die Lambda-Sonde bzw. für den Drucksensor jeweils zur Kennzeichnung der gleichen Komponenten verwen det, so dass es sich bei der jeweiligen Komponente wahlweise um einen Temperatursensor 31 oder um eine Lambda-Sonde 40 oder um einen Drucksensor 40 oder um eine Kombination daraus handeln kann. Die jeweilige Lambda-Sonde 40 bzw. der jeweilige Drucksensor 40 ist über entsprechende, nicht näher bezeichnete Signalleitungen ebenfalls mit der Steuerung 29 verbunden.
Der Wärmeübertrager 4 ist einerseits in den Strom der Brennerabgase 25 bzw. in die Abgasleitung 25 und andererseits in einen Strom eines geeigneten Wärmeübertragermediums 34 eingebunden. Der Wärmeübertrager 4 ermöglicht dabei in üblicher Weise eine Wärmeübertragung auf das Wärmeübertragermedium 34 ohne einen Fluidaustausch zwischen dem Wärmeübertragermedium 34 und dem Brennerabgas 25. Beispielsweise handelt es sich beim Wärmeübertragermedium 34 um ein Prozessmedium des Brennstoffzellensystems 1, z. B. um das der Brennstoffzelle 2 zugeführte Kathodengas 7 und/oder um das dem oben genannten Reformer zugeführte Oxidatorgas und/oder um dem Reformer bzw. dem Oxidatorgas zugeführtes Wasser. Ebenso kann es sich beim Wärmeübertragermedium 34 um die Kühlflüssigkeit eines Kühlkreises des mit dem Brennstoffzellensystem 1 ausgestatteten Fahrzeugs handeln. Bei den Ausführungsformen der 1, 2, 4 und 5 ist der Oxidationskatalysator 24 stromauf des Wärmeübertragers 4 angeordnet, während er bei den Ausführungsformen der 3 und 6 in den Wärmeübertrager 4 integriert ist. Hierdurch kann auch diejenige Wärme, die bei der Abgasnachbehandlung im Katalysator 24 gegebenenfalls frei gesetzt wird, im Wärmeübertrager 4 genutzt werden, um sie auf das jeweilige Wärmeübertragermedium 34 zu übertragen.
Sofern der Wärmeübertrager 4 zum Aufheizen eines Edukts des Brennstoffzellensystems 1 dient, kann ein zumindest ein zusätzlicher Wärmeübertrager nachgeschaltet sein, mit dem z. B. eine Fahrzeugheizung betrieben werden kann. Die Fördereinrichtung 39 der 1 bis 6 ist zweckmäßig strom auf des Wärmeübertragers 4 in der Kathodengasleitung 38 angeordnet, wenn diese durch den Wärmeübertrager 4 geführt ist, um das als Wärmeübertragermedium 34 dienende Kathodengas für die Brennstoffzelle 2 vorzuwärmen.
Bei einer ersten Variante der in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsformen dient der Raum 23 vorwiegend als Brennraum 35, in dem während des Betriebs des Brennstoffzellensystems l die Verbrennung von Anodenabgas mit Kathodenabgas, also die Umsetzung von Wasserstoff stattfindet. Bei dieser Ausführungsform ist der Oxidationskatalysator 24 so ausgelegt, dass darin jedenfalls eine Umsetzung von Kohlenmonoxid, das im Verbrennungsabgas des Brennraums 35 enthalten ist, in Kohlendioxid stattfindet. Es ist klar, dass im Katalysator 24 auch eine Umsetzung von restlichem Wasserstoff oder von restlichen Kohlenwasserstoffen erfolgt. Der Katalysator 24 dient hierbei vorwiegend bzw. ausschließlich zur Reduzierung der Schadstoffemissionen. Diese erste Alternative eignet sich insbesondere für die Verwendung bei einer Brennstoffzelle 2, die als Hochtemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere als Festkörper-Brennstoffzelle (sogenannte „SOFC"- Brennstoffzelle) ausgestaltet ist. Die Arbeitstemperatur einer derartigen Hochtemperatur-Brennstoffzelle liegt im Maximum bei etwa 850°C. Die Abgastemperaturen dieses Brennstoffzellentyps sind ausreichend hoch, um im Brennraum 35 eine stabile Verbrennungsreaktion erzielen zu können.
Bei einer zweiten Alternativen der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen kann der Raum 23 vorwiegend als Mischraum 36 dienen. Im Mischraum 36 erfolgt eine Durchmischung des darin eintretenden Anodenabgases 13 mit dem ebenfalls darin eintretenden Kathodenabgas 15. Der Oxidationskatalysator 24 ist nun dahingehend ausgelegt, dass darin während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 die Verbrennung von Anodenabgas 13 mit Kathodenabgas 15, also die Umsetzung des Wasserstoffs und – soweit vorhanden – des Kohlenmonoxids stattfindet. Bei dieser zweiten Variante, arbeitet der Restgasbrenner 3 katalytisch bzw. ist der Restgasbrenner 3 als katalytischer Brenner ausgestaltet. Für den Start dieses katalytischen Brenners kann die Zündung einer Flamme vorgesehen sein, um die Katalysatorstruktur bzw. den Oxidationskatalysator 24 möglichst schnell auf die Aktivierungstemperatur zu bringen. Hierzu kann wieder eine entsprechende Zündeinrichtung 33 vorhanden sein. Insbesondere kann der Restgasbrenner 3 bei diesen Ausführungsformen als katalytischer Strukturbrenner oder katalytischer Porenbrenner ausgestaltet sein, der sich gleichzeitig als Mischer eignet. Hierauf wird weiter unten mit Bezug auf die 7 bis 10 noch näher eingegangen. Diese Alternative eignet sich in besonderer Weise für die Verwendung bei einer Brennstoffzelle 2, die als Niedertemperatur-Brennstoffzelle ausgestaltet ist. Beispielsweise handelt es sich hierbei um eine Brennstoffzelle 2, die mit einer Protonenaustauschmembran bzw. mit einer polymeren Elektrolytmembran arbeitet, sogenannte „PEM"-Brennstoffzelle. Die Arbeitstemperatur einer derartigen Niedertemperatur-Brennstoffzelle liegt im Maximum bei etwa 80° bis 150°C. Ein Brennstoffzellensystem mit einer derartigen CO-Reinigungseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 20 2006 008 898 U1 bekannt.
Bekannte Niedertemperatur-Brennstoffzellen, insbesondere PEM-Brennstoffzellen, sind gegenüber Kohlenmonoxid extrem empfindlich. Dementsprechend ist einem nicht gezeigten Reformer zur Erzeugung des Anodengases 6 üblicherweise eine CO-Reinigungseinrichtung nachgeschaltet, um das beim Reformerprozess entstehende Kohlenmonoxid dem Synthesegas zu entziehen, damit dieses als weitgehend von Kohlenmonoxid befreites Anodengas 6 der Brennstoffzelle 2 zugeführt werden kann.
Des Weiteren ist es üblich, bei einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle, insbesondere bei einer PEM-Brennstoffzelle, das Kathodengas 7 mit einem relativ hohen Anteil an Wasserdampf zu versehen. Das Wasser unterstützt den Brennstoffzellenprozess am Elektrolyt 10. Dementsprechend kann gemäß den 1 bis 3 das Brennstoffzellensystem 1 optional mit einer Einspeiseinrichtung 41 ausgestattet sein, mit deren Hilfe Wasserdampf in das Kathodengas 7 einbringbar ist. Die Einspeiseinrichtung 41 ist hierzu beispielsweise stromauf des Kathodengaseingangs 17 in der Kathodengasleitung 38 angeordnet. Für den Verbrennungsprozess im Restgasbrenner 3, insbesondere für den Fall, dass der Restgasbrenner 3 als katalytischer Brenner betrieben wird, ist ein hoher Wasseranteil im Gemisch unerwünscht. Dementsprechend kann optional eine Entnahmeeinrichtung 42 vorgesehen sein. Mit Hilfe der Entnahmeeinrichtung 42 kann dem Kathodenabgas 15 Wasserdampf entzogen werden. Vorzugsweise ist die Entnahmeeinrichtung 42 hierzu in einer Kathodenabgasleitung 43 angeordnet, die den Kathodenabgasausgang 14 der Brennstoffzelle 2 mit dem Kathodenabgaseingang 21 des Restgasbrenners 3 verbindet. Zwischen der Entnahmeeinrichtung 42 und der Einspeiseinrichtung 41 kann eine Wirkverbindung 44 bestehen, die hier durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist. Durch diese Wirkverbindung 44 kann der mit Hilfe der Entnahmeeinrichtung 42 dem Kathodenabgas 15 entnommene Wasserdampf der Einspeiseinrichtung 41 zum Einspeisen in das Kathodengas 7 zugeführt werden. Diese Wirkverbindung 44 kann eine Fördereinrichtung für Wasser bzw. Wasserdampf enthalten. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die Einspeiseinrichtung 41 und die Entnahmeeinrichtung 42 eine bauliche Einheit bilden, so dass die Wirkverbindung 44 im Inneren einer derartigen kombinierten Einspeis- und Entnahmeeinrichtung angeordnet ist. Die Verwendung einer derartigen kombinierten Einspeis- und Entnahmeeinrichtung ist beispielsweise durch einen entsprechenden Verlauf der Kathodenabgasleitung 43 und/oder der Kathodengasleitung 38 realisierbar.
Zum Starten der Verbrennungsreaktion im Raum 23, insbesondere zum Aktivieren des Katalysators 24, vorzugsweise bei der zweiten Variante, kann die Steuerung 29 die Zündeinrichtung 33 betätigen. Über den Flammensensor 32 kann die Steuerung 29 überwachen, ob die erwünschte Verbrennungsreaktion ordnungsgemäß abläuft. Bei der zweiten Variante dient der Raum 23 während des Startvorgangs als Brennraum 35, wobei das Luft/Kraftstoffverhältnis Lambda zweckmäßig größer als 1 zu wählen ist. Sobald der Katalysator 24 seine Starttemperatur erreicht hat, „wandert" die Verbrennungsreaktion in den Katalysator 24. Anschließend dient der Raum 23 dann als Mischraum 36. Über die Sensorik 30 überwacht die Steuerung 29 die Temperatur des Katalysators 24. Bei beiden Alternativen ist es wünschenswert, eine Überhitzung des Katalysators 24 zu vermeiden. Die Steuerung 29 kann nun in Abhängigkeit der Temperatur des Oxidationskatalysators 24 die Kühlgaszuführung 26 betätigen. Nähert sich die Temperatur des Katalysators 24 einem kritischen oberen Temperaturbereich, die z. B. bei etwa 1.000°C liegen kann, kann die Steuerung 29 die Zuführung von Kühlgas in den Raum 23 einschalten bzw. verstärken, wodurch sich die Wasserstoffkonzentration im Raum 23 reduziert. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 29 auch den Volumenstrom zur Versorgung der Brennstoffzelle 2 mit Kathodengas 7 erhöhen, sofern das Betriebsfenster der Brennstoffzelle 2 dies zulässt. Durch die erhöhte Kathodengasmenge erhöht sich auch die dem Restgasbrenner 3 zugeführte Kathodenabgasmenge, was ebenfalls eine Kühlung des Restgasbrenners 3 bzw. des Katalysators 24 bewirkt. In der Folge nimmt die Temperatur im Brennraum 35 bzw. im Katalysator 24 ab. Kühlt sich der Katalysator 24 zu stark ab, kann durch Reduzieren bzw. Ausschalten der Kühlgaszumischung bzw. durch Reduzieren der Kathodengasversorgung der Brennstoffzelle 2 eine entsprechende Temperaturerhöhung herbeigeführt werden.
Die Steuerung 29 kann grundsätzlich so ausgestaltet sein, dass sie die Temperaturregelung des Restgasbrenners 3 bzw. des Katalysators 24 zunächst nur durch eine entsprechende Betätigung der Kathodengaszuführung 37 bzw. deren Fördereinrichtung 39 realisiert, sofern dies das aktuelle Betriebsfenster der Brennstoffzelle 2 zulässt. Erst dann, wenn über die Erhöhung des Kathodengasvolumenstroms die benötigte Kühlleistung nicht erzielbar ist, aktiviert die Steuerung 29 die Kühlgaszuführung 26, um durch die Zuführung von Kühlgas die erforderliche Abkühlung zu realisieren.
Bei den in den 1 und 4 bis 6 gezeigten Ausführungsformen ist der Wärmeübertrager 4 bezüglich der Abgasströmung stromab des Restgasbrenners 3 angeordnet und bildet diesbezüglich ein separates Bauteil. Im Unterschied dazu ist der Wärmeübertrager 4 bei den Ausführungsformen der 2 und 3 in den Restgasbrenner 3 integriert. Zweckmäßig bildet dabei der Wärmeübertrager 4 einen ausgangsseitigen Abschluss des Restgasbrenners 3. Das Brennstoffzellensystem 1 baut somit bezüglich dieser Komponenten vergleichsweise kompakt.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der Wärmeübertrager 4 im Restgasbrenner 3 stromab des Katalysators 24 angeordnet. Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß 3 der Oxidationskatalysator 24 in den Wärmeübertrager 4 integriert. Auch bei der in 6 gezeigten Ausführungsform ist der Oxidationskatalysator 24 in den Wärmeübertrager 4 integriert, wobei diese Einheit jedoch stromab des Restgasbrenners 3 angeordnet ist. Ebenso ist es möglich, diese Einheit aus Wärmeübertrager 4 mit integriertem Oxidationskatalysator 24 ausgangsseitig unmittelbar an den Restgasbrenner 3 anzubauen. Die Integration des Oxidationskatalysators 24 in den Wärmeübertrager 4 kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine katalytisch aktive Beschichtung des Wärmeübertragers 4 innerhalb des dem Brennerabgas 25 zugeordneten Fluidpfads vorgesehen wird. Bei diesen Ausführungsformen baut der Restgasbrenner 3 bzw. der Wärmeübertrager 4 und somit das damit ausgestattete Brennstoffzellensystem 1 besonders kompakt.
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 3, 5 und 6 ist der Restgasbrenner 3 im Hinblick auf die Brennstoffzelle 2 als separates Bauteil konzipiert und dementsprechend stromab der Brennstoffzelle 2 angeordnet. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der Restgasbrenner 3 an die Brennstoffzelle 2 angebaut und zwar an deren Ausgangsseite bzw. Abströmseite. Dementsprechend ist der Restgasbrenner 3 auch bei dieser Ausführungsform stromab der Brennstoffzelle 2 angeordnet. Besonders vorteilhaft ist bei der Ausführungsform gemäß 4, dass der Restgasbrenner 3 die Abschlussplatte 11 der Brennstoffzelle 2 bildet. Hierdurch lassen sich die Brennstoffzellenabgase 13, 15 intern dem Restgasbrenner 3 zuführen. Das Brennstoffzellensystem 1 baut dadurch extrem kompakt. Es ist klar, dass die in 4 gezeigte Ausführungsform ebenso mit den Besonderheiten der Ausführungsformen der 2 und 3 kombinierbar ist. Dementsprechend kann auch bei der Ausführungsform gemäß 4 der Wärmeübertrager 4 in den Restgasbrenner 3 integriert sein. Darüber hinaus kann auch der Katalysator 24 in den Wärmeübertrager 4 integriert sein.
Im folgenden wird anhand der 7 bis 10 ohne Beschränkung der Allgemeinheit erläutert, wie die Mischerstruktur 45 grundsätzlich aufgebaut sein kann.
Entsprechend 7 kann die Mischerstruktur 45 beispielsweise eine poröse Struktur 46 aufweisen. Diese poröse Struktur 46 ist dabei in einem Gaspfad 47 angeordnet, der hier durch Pfeile symbolisiert ist. Entlang dieses Gaspfads 27 wird der Katalysator 24 bzw. die Mischerstruktur 45 von der jeweiligen Gasströmung durchströmt. Bei der Gasströmung handelt es sich bevorzugt um das Brennerabgas 25 oder entsprechend einer ebenfalls erläuterten Ausführungsform um das Brennstoff-Oxidator-Gemisch. Die poröse Struktur 46 kann mit Hilfe eines keramischen Bauteils realisiert werden. Derartige Keramikbauteile, insbesondere Monolithen, kommen beispielsweise bei der Herstellung von Partikelfiltern zum Einsatz. Ebenso kann beispielsweise ein Porenbrenner eine geeignete poröse Struktur aufweisen. Ebenso sind auch metallische poröse Strukturen denkbar, wie z. B. Metallschäume. Entsprechend einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform kann die poröse Struktur 46 mit einem geeigneten Katalysatormate rial beschichtet sein. Eine katalytisch aktive Beschichtung dieser Art kann beispielsweise mit Platin, Rhodium und/oder Palladium realisiert werden.
Entsprechend 8 kann die Mischerstruktur 45 auch mittels Fasern oder Drähten realisiert werden, die zu einem Gewebe 48 oder zu einem Gitter 48 verarbeitet sind. Hierdurch kann eine strukturierte Anordnung der Fasern bzw. Drähte realisiert werden, wodurch insbesondere eine hohe Tragfähigkeit für die Mischerstruktur 45 bei gleichzeitig hoher Flexibilität realisierbar ist. Auch hier ist es möglich, die Fasern bzw. Drähte katalytisch aktiv zu beschichten.
9 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Mischerstruktur 45 durch eine Matte 49 gebildet ist, die ebenfalls aus Fasern oder Drähten besteht, die jedoch unstrukturiert oder amorph angeordnet sind. Auch diese Fasern bzw. Drähte können katalytisch aktiv beschichtet sein.
Schließlich zeigt 10 eine Ausführungsform, bei welcher die Mischerstruktur 45 eine mehrlagige Blechbahnstruktur 50 aufweist. Diese ist aus mehreren Blechbahnen 51 aufgebaut, die auf geeignete Weise geschichtet sind, derart, dass sich zwischen benachbarten Blechbahnen 51 durchströmbare Kanäle 52 ausbilden. Des weiteren besitzen die Blechbahnen 51 Querverbindungsöffnungen 53, durch die hindurch benachbarte Kanäle 52 miteinander kommunizieren. Dieser Queraustausch zwischen benachbarten Kanälen 52 kann mit Hilfe von Strömungsleitelementen 54 verstärkt werden, die im Bereich der Quer öffnungen 53 an den Blechbahnen 51 vorgesehen sein können. Insbesondere lassen sich derartige Strömungsleitelemente 54 dadurch ausbilden, dass beim Herstellen der Queröffnungen 53 Teilbereiche der jeweiligen Blechbahn 51 freigestanzt und abgewinkelt werden, wobei sie mit der jeweiligen Blechbahn 51 verbunden bleiben. Auch bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, die Blechbahnstruktur 50 auf geeignete Weise katalytisch aktiv zu beschichten.
11 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt durch die Mischerstruktur 45 bei einer besonderen Ausführungsform, wobei die Mischerstruktur 45 eine der in den 7 bis 10 gezeigten Bauformen oder eine beliebige andere geeignete Bauform aufweisen kann. Entsprechend 11 kann die katalytische Beschichtung des Oxidationskatalysators 24 bzw. der Mischerstruktur 45 hierbei in der Längsrichtung, also in der Durchströmungsrichtung gestuft ausgestaltet sein, derart, dass die katalytische Aktivität der Beschichtung in der Durchströmungsrichtung des Katalysators 24 bzw. der Mischerstruktur 45 gestuft zunimmt. Dabei können zwei oder mehr aufeinander folgende Stufen mit zunehmender Reaktivität vorgesehen sein. Hierdurch kann die Umsetzungsreaktion entlang der Strömungsrichtung homogenisiert werden, was die thermische Belastung des jeweiligen Bauteils reduziert. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine eingansseitige erste Stufe unbeschichtet, also nicht katalytisch aktiv beschichtet sein, was die thermische Belastung der Mischerstruktur 45 an deren Eingangsseite reduziert. Im Beispiel der 11 sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit drei Stufen 55, 56 und 57 dargestellt, die axial hintereinander angeordnet sind. Die Durchströmungsrichtung ist hier durch Pfeile 58 angedeutet, wodurch an der Mischerstruktur 45 eine Eingangsseite 59 und eine Ausgangsseite 60 definiert werden. Im Beispiel sind somit eine eingangsseitige oder erste Stufe 55, eine mittlere oder zweite Stufe 56 und eine ausgangsseitige oder dritte Stufe 57 vorhanden. Insbesondere kann nun vorgesehen sein, dass die erste Stufe 55 katalytisch inaktiv ist, also keine katalytisch aktive Beschichtung aufweist, während die zweite und dritte Stufe 56, 57 katalytisch aktiv beschichtet sind. Demnach weist die katalytisch aktive Beschichtung in der Durchströmungsrichtung 58 einen Abstand von der Eingangsseite 59 auf. Die beiden beschichteten Stufen 56 und 57 unterscheiden sich durch die katalytische Reaktivität ihrer Beschichtungen voneinander. Die zuerst durchströmte zweite Stufe 56 besitzt eine schwächere katalytische Aktivität als die nachfolgend durchströmte dritte Stufe 57. Die einzelnen Stufen 55, 56, 57 können in einem gemeinsamen Strukturelement integral ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, zumindest eine der Stufen 55, 56, 57 in einem separaten Strukturelement auszubilden, das mit wenigstens einem anderen Strukturelement zur Mischerstruktur 45 zusammengebaut wird. Beispielsweise kann es für die Herstellbarkeit der Mischerstruktur 45 mit gestufter katalytischer Beschichtung vorteilhaft sein, die unbeschichtete erste Stufe 55 separat von einem die beiden anderen beschichteten Stufen 56, 57 aufweisenden Strukturelement herzustellen, um so die Mischerstruktur 45 zusammenzubauen. Auch können die beiden katalytisch aktiven Stufen 56, 57 mittels separater Strukturelemente hergestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004033545 A1 [0002]
- DE 102006046257 [0003]
- DE 102006017616 [0003]
- DE 202006008898 U1 [0038]

Claims

Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einer Brennstoffzelle (2) zum Generieren von elektrischem Strom (5) aus wasserstoffhaltigem Anodengas (6) und sauerstoffhaltigem Kathodengas (7), – mit einem stromab der Brennstoffzelle (2) angeordneten Restgasbrenner (3) zum Verbrennen von wasserstoffhaltigem Anodenabgas (13) mit sauerstoffhaltigem Kathodenabgas (15), gekennzeichnet durch einen Oxidationskatalysator (24) mit einer Mischerstruktur (45) zum Mischen einer den Oxidationskatalysator (24) durchströmenden Gasströmung.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerstruktur (45) katalytisch aktiv beschichtet ist, wobei insbesondere der Oxidationskatalysator (24) durch die katalytisch aktiv beschichtete Mischerstruktur (45) gebildet sein kann.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Beschichtung in der Durchströmungsrichtung der Mischerstruktur (45) gestuft ausgestaltet ist, derart, dass die katalytische Aktivität in der Durchströmungsrichtung gestuft zunimmt, wobei insbesondere zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein kann, dass die katalytisch aktive Beschichtung in der Durchströmungsrichtung (58) von einer Eingansseite (59) der Mischerstruktur (45) beabstandet beginnt, wobei insbesondere die Mischerstruktur (45) aus einem Stück integral oder aus mehren separat hergestellten Strukturelementen zusammengebaut sein kann.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerstruktur (45) eine im Gaspfad (47) der Gasströmung angeordnete, von der Gasströmung durchströmbare poröse Struktur (46) aufweist, die insbesondere katalytisch aktiv beschichtet sein kann.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerstruktur (45) ein Gewebe (48) oder ein Gitter (48) oder eine Matte (49) jeweils aus Fasern oder Drähten ist, die insbesondere katalytisch aktiv beschichtet sein können.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerstruktur (45) eine mehrlagige Blechbahnstruktur (50) aufweist, deren Blechbahnen (51) durchströmbare Kanäle (52) bilden, die über Querverbindungsöffnung (53) miteinander kommunizieren, wobei die Blechbahnstruktur (50) insbesondere katalytisch aktiv beschichtet sein kann.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (24) im Restgasbrenner (3) so angeordnet ist, dass im Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) Brennerabgas (25) stromab des Oxidationskatalysators (24) aus dem Restgasbrenner (3) austritt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Restgasbrenner (3) einen Brennraum (35) enthält, in dem im Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) die Verbrennung von Anodenabgas (13) mit Kathodenabgas (15) stattfindet, wobei der Oxidationskatalysator (24) stromab des Brennraums (35) angeordnet ist und so ausgestaltet ist, dass im Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) im Oxidationskatalysator (24) eine Umsetzung von im Verbrennungsabgas des Brennraums (35) enthaltenen Kohlenmonoxid in Kohlendioxid erfolgt, wobei insbesondere die Brennstoffzelle (2) als Hochtemperatur-Brennstoffzelle ausgestaltet sein kann.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Restgasbrenner (3) einen Mischraum (36) enthält, in dem im Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) sich das Anodenabgas (13) und das Kathodenabgas (15) vermischen, wobei der Oxidationskatalysator (24) stromab des Mischraums (36) angeordnet ist und so ausgestaltet ist, dass im Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) im Oxidationskatalysator (24) die Verbrennung von Anodenabgas (13) mit Kathodenabgas (15) stattfindet, wobei insbesondere die Brennstoffzelle (2) als Niedertemperatur-Brennstoffzelle ausgestaltet sein kann.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass an den Restgasbrenner (3) eingangsseitig eine Kühlgaszuführung (26) angeschlossen ist, – dass eine Sensorik (30) zum Ermitteln der Temperatur des Oxidationskatalysators (24) vorgesehen ist, – dass eine mit der Kühlgaszuführung (26) und mit der Sensorik (30) verbundene Steuerung (29) zum Betreiben der Kühlgaszuführung (26) in Abhängigkeit der Temperatur des Oxidationskatalysators (24) vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, – dass an die Brennstoffzelle (2) eingangsseitig eine Kathodengaszuführung (37) angeschlossen ist, – dass eine Sensorik (30) zum Ermitteln der Temperatur des Oxidationskatalysators (24) vorgesehen ist, – dass eine mit der Kathodengaszuführung (37) und mit der Sensorik (30) verbundene Steuerung (29) zum Betreiben der Kathodengaszuführung (37) in Abhängigkeit der Temperatur des Oxidationskatalysators (24) vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (29) so ausgestaltet ist, dass sie beim Betätigen der Kühlgaszuführung (26) die Betätigung der Kathodengaszuführung (37) berücksichtigt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, – dass stromab des Restgasbrenners (3) ein Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung auf ein Wärmeübertragungsmedium (34) angeordnet ist, der insbesondere stromab des Oxidationskatalysators (24) im Restgasbrenner (3) angeordnet sein kann, oder – dass in den Restgasbrenner (3) ein Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung auf ein Wärmeübertragungsmedium (34) integriert ist, wobei insbesondere der Oxidationskatalysator (24) in Form einer katalytisch aktiven Beschichtung in den Wärmeübertrager (4) integriert sein kann.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Restgasbrenner (3) eine Abschlussplatte (11) der Brennstoffzelle (2) bildet.