[发明专利]具有至少一个燃料电池的燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分详细定义类型的具有至少一个燃料电池的燃料电池系统。本发明此外涉及这种燃料电池系统的应用。

背景技术

燃料电池系统本身从现有技术中有所公开。燃料电池在此方面经常通过空气输送装置提供过程空气流。这样的过程空气流为了向燃料电池的阴极区供给大气氧而流过该燃料电池。向燃料电池输送的空气通过空气输送装置，例如流动压缩机、螺旋压缩机、鲁茨（Root）鼓风机或类似装置进行压缩并由此相应加热。在PEM燃料电池在燃料电池系统内被使用时，过程空气的这种加热会加速燃料电池内相对敏感的膜迅速干燥。因此在这种类型的燃料电池系统中通常具有作为增压（charge）空气冷却器的换热器，其由空气输送装置后面的过程空气在一面上通过并由冷却介质，例如来自燃料电池区的相对凉的废气在另一面通过，以便冷却空气输送装置后向燃料电池流动的过程空气并由此提高燃料电池的使用寿命和性能。

此外从普遍的现有技术中还公知，对于燃料电池系统，而且在这里特别是对于在电动机车辆上使用的燃料电池系统来说，冷启动能力具有重要作用。为使燃料电池系统在低于冰点的温度下也可以安全、可靠和特别是非常迅速地启动，需要很高的费用。例如德国专利申请DE 102008047871A1公开了通过燃料电池组冷却回路内的不同热源使其迅速加热。如果所有这些措施仍不够，那么上述专利申请提出，将氢输送到电池组的阴极侧并使其与在燃料电池的存在电催化剂的区域内的过程空气共同燃烧。因此可以在燃料电池本身的区域内产生相对高的热能。

将相对大量的氢引入燃料电池阴极区内的这种措施的严重缺点是，通过将氢输送到阴极区内，在那里存在的催化剂被用于燃烧，从而用于氢与过程空气的氧进行热转换。这一点造成由热的点发育所导致的相对高的热点，对燃料电池的使用寿命产生大的不利影响。

发明内容

本发明的目的因此在于，提供一种燃料电池系统，保证燃料电池系统非常迅速的加热，而无需考虑与燃料电池的寿命有关的上述缺点。

该目的依据本发明通过权利要求1特征部分中指出的特征得以实现。这种类型的燃料电池系统一种特别有利的用途在权利要求9中予以说明。具有优点的进一步构成来自各自的从属权利要求、

依据本发明使用一种具有换热器的燃料电池系统，该换热器作为增压（charge）空气冷却器用于冷却由空气输送装置压缩并由此加热的过程空气。依据本发明，在此方面在换热器的由过程空气流通过的区域之前或之内，设置一个具有催化活性材料的区域。此外需要时向具有催化活性材料的区域输送燃料。由此产生的可能性是，导向燃料电池的过程空气不仅可以像在传统的操作中那样得到冷却，而且需要时，在这里特别是在冷启动情况下，通过将燃料添加到具有催化活性材料的区域内通过氧和燃料的催化转换而被相应加热并在含氢燃料的情况下可以被产生的产物水湿润。因此形成一种非常简单和有效的可能性是，通过供给燃料实现过程空气并因此燃料电池和燃料电池系统的加热。通过在换热器的区域之前或之内设置为此专门设计的催化剂，不在燃料电池本身的区域内，而是在其外部产生热量。热量然后由过程气流带入燃料电池的区域内。与燃料电池寿命有关的缺点，如从现有技术的结构中公知和常见的那样，由此可以得到防止，因为在燃料电池自身的区域内没有燃料到达其阴极区内和必须相应转换。燃料电池系统自身这样可以非常迅速地达到操作温度，特别是对于设置在空气供给区域内的所有部件。

作为增压空气冷却器使用的换热器在此方面原则上可以由任何类型的冷却介质在冷却侧上通过。该换热器例如可集成在冷却回路中，从而在空气输送装置之后的加热的过程空气由冷却回路的冷却介质冷却，所述冷却回路例如也冷却燃料电池。在这种情况下，在换热器之前或内部通过燃料与氧的催化转换产生的热通过该换热器不仅加热过程空气流，而且也加热冷却介质流，从而其加热冷却回路并通过该冷却回路并附加地有助于更加迅速地加热燃料电池系统。

在依据本发明的燃料电池系统一种有利实施例中，具有催化活性材料的区域与换热器集成。催化活性材料与由换热器的由过程空气流通过的侧的该集成由此有助于产生非常紧凑的结构，因为换热器的部件既作为增压空气冷却器使用，也用于–需要时–在其由过程气流通过的侧上的物质的催化转换。