专利名称：具有催化加热器的燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的燃料电池。
背景技术：
为了调节燃料电池的运行温度已知的是，燃料电池借助于冷却循环进行冷却。为此DE 100 85 325 T1描述了一种填充直接防冻剂的燃料电池发电系统。其中不仅对于移动的而且对于固定的燃料发电系统提出了一种冷却系统，该冷却系统即使在非常低(北极)的环境温度下也应工作。为此冷却液掺有直接防冻溶液。
但是因为燃料电池对化学污染的工作水敏感地起反应(中毒问题)，在所提出的冷却系统中设有焓交换闭锁器，以便防止防冻溶液解吸到与冷却循环导通液体地连接的燃料电池系统水循环中。但是为了满足这种要求，需要非常高的技术和经济耗费。也始终存在因焓交换闭锁器失灵而损害燃料电池的危险。
另外设有一种催化的燃烧器，它还将燃料电池废气中的未燃烧的燃料燃烧掉并且将由此产生的废热传输到燃料电池系统水循环中。这种催化的燃烧器加热和蒸发相应锅炉中的系统水以调节燃料电池内的湿度平衡。为了排出因系统水连续加热而输入的过量的热量，设有一些具有换热器、冷却器、泵和相应管路的辅助冷却装置。
发明内容
本发明的目的是，改进一种这样的燃料电池系统。
这个目的从按权利要求1前序部分的燃料电池出发通过权利要求1的特征部分的特征解决。
通过在从属权利要求中列举的措施可以得到本发明的优选的实施方式和改进方案。
因此按本发明的燃料电池或按本发明的燃料电池系统的特征在于，催化燃烧器可以接通到冷却剂循环和/或与冷却剂循环切断。其优点在于，只有必要时才将由催化燃烧器通过燃烧尚存在于废气中的燃料产生的热量用于加热燃料电池。尤其在燃料电池的启动运行时是这种情况，在这种情况下也在废气中出现最大份额的未燃烧的燃料。
因此按本发明可以对于燃料电池的运行，由短时间过量输入氢而引起的热量也有利地用于降低在阳极侧出现的氮浓度。
上述步骤基于的认识在于，通过有针对性的将由催化燃烧器产生的热量接通和/或接入到冷却剂循环中，可以将燃料电池迅速加热到其运行温度，而冷却循环并且从而燃料电池不会在燃料电池的整个工作时间上受到持续热量输入的负荷。
在此业已证实尤其有利的是，在接通和/或切断催化燃烧器时的热量接入可以根据本来就设置于冷却循环中的冷却剂泵进行，因此可以节约对于其它泵的附加成本和空间。
为了控制催化燃烧器相对于冷却剂循环的开关状态，另外设有一个控制单元。该控制单元优选是一个阀单元。尤其通过使用两个例如2/2旁通阀或一个3/2旁通阀可以非常廉价地实现控制单元。
在此优选将旁通阀在非操作状态下关闭。例如将一个电动旁通阀无电流地关闭，以便将催化燃烧器从冷却剂循环上切断。该开关装置的优点在于，在旁通阀可能发生故障时不会有未预见的热量输入到冷却循环中。
除了采用两个2/2旁通阀或一个3/2旁通阀的实施方式之外，阀单元也可以在一种相对变化的实施方式中包括一个比例阀。
原则上也可以考虑使用一种调整阀瓣作为控制单元。重要的仅仅是，控制单元允许催化燃烧器相对于冷却剂循环接通和/或切断。
在下一种实施方式中可以设有一个附加的热转移装置，它可以接通至冷却剂循环和/或与冷却剂循环切断。一种这样的热转移装置例如可以是加热器或空调设备。特别在移动的燃料电池系统中可以是车辆的加热器和/或空调设备。
即使在固定的燃料电池系统中也可以设有一种这样的热转移装置作为加热器，例如用于工业用水等。因此有利的是在燃料电池运行期间出现的、尚未完全燃烧的燃料也可以为了改善燃料电池的效率而输入到系统中。
本发明的实施例在附图中示出，并且下面借助于附图详细解释。其中图1具有可接通至冷却剂循环和/或可与冷却剂循环切断的催化燃烧器的燃料电池的冷却循环；图2相应变化的具有附加设置的热转移装置的实施例。
具体实施例方式
图1示出了一个燃料电池系统1，包括一个燃料电池2，其具有一个用于经由其换热器7冷却燃料电池2的冷却剂循环3。冷却剂循环3包括一个短接回路5和一个冷却支路8，其相应的冷却剂供给通过冷却剂泵6和通过相应的优选按3/2比例阀形式的控制单元12的致动进行。在激活冷却支路8的情况下，冷却器9可以借助于风机10施加气流11以更好的冷却。
各单元的监控和控制可以借助于监控装置13进行，其中，在图1中的各连接仅示意地用虚线示例表示。
现在本发明的特征在于，催化燃烧器15与冷却剂循环3连接，使得燃烧器可接通至冷却剂循环和/或与冷却剂循环切断。因此仅在启动阶段有必要将热量供给到燃料电池的时候才可以有针对性的热量输入。按本发明可以避免，在燃料电池已经达到其运行温度或甚至超过其运行温度的时候因催化燃烧器热量输入而引起的不必要的热负荷。
特别有利的是，通过冷却剂的循环的热量输入是通过催化燃烧器15在其接通至冷却剂循环3的状态期间由本来就存在于冷却剂循环3中的冷却剂泵6进行的，更确切地说没有对于其它液体输送装置的费用和空间的附加需求。
为了控制催化燃烧器15相对于冷却剂循环3的开关状态，设有一个控制单元16。该控制单元16优选是阀单元16。两个2/2旁通阀或一个3/2旁通阀业已证实特别适用于构成阀单元16。根据实施方式也可以在催化燃烧器15接通至冷却剂循环3的情况下，完全关闭通过管路4的冷却剂流，或者选择地也以平行运行即旁通运行方式运行。转换的类型可以根据系统的要求选出。
在完全切断管路4并且同时接通穿过催化燃烧器至冷却剂循环3的管路19的情况下，从催化燃烧器到到冷却介质中的热量传递完全实现。在管路4与穿过催化燃烧器15的管路19平行运行时，已经实现输入到冷却剂循环3中的热量的减少，这例如在接近燃料电池的最优运行温度时具有优点，可以避免向燃料电池上热量输入的冲击式变化。
这种必要时甚至无级的热量输入的影响例如也可以通过使用比例阀或调整阀瓣作为控制单元16。决定性的仅仅是，在燃料电池2在最优运行温度范围或超过最优运行温度范围运行时，可以阻止通过催化燃烧器15产生的热量，以避免冷却系统的不必要的热负荷。
图2示出了一种相对于图1的用冷却剂侧的加热-换热装置21扩展的实施例。在图1中的燃料电池或燃料电池系统的上述部件的附图标记也对应于图2中的各部件。
加热-换热装置21例如可以是一个加热器或一个空调机。在移动的燃料电池系统的情况下，它例如可以是车辆的加热器或空调设备。因此尤其在直至寒冷的低温时可以利用催化燃烧器15的不再输入到冷却循环3中的热量，以改善燃料电池系统的总效率。
出于简单描述的原因，不但加热器22而且蒸发器23作为一个单元示出。它们不仅由图1所示的用于将催化燃烧器15接通至冷却剂循环3和/或与冷却剂循环3切断的管路19加载，而且也用可以由风机24产生的气流25加载。
在图2的视图中还附加地示出了一个监控装置26，它用于控制风机24。另外，风机24也可以由监控装置13控制。
另外也可以将监控装置13和必要时监控装置26另外通过控制线路和/或能量供给管路与上级系统例如车辆的其它信号单元和/或能量供给单元连接。
权利要求
1.燃料电池，它尤其具有聚合物-电解质-薄膜，具有一个冷却剂循环和一个用于加热冷却剂的催化燃烧器，其特征在于该催化燃烧器(15)可以接通至冷却剂循环(3)和/或与冷却剂循环(3)切断或可任意调节。
2.按权利要求1的燃料电池，其特征在于设有一个配属于所述冷却剂循环(3)的冷却剂泵(6)。
3.按权利要求1或2的燃料电池，其特征在于设有一个用于控制所述催化燃烧器(15)相对于冷却剂循环的开关状态的控制单元(16)。
4.按上述权利要求之一的燃料电池，其特征在于所述控制单元(16)是一个阀单元(16)。
5.按上述权利要求之一的燃料电池，其特征在于所述阀单元(16)包括两个2/2旁通阀。
6.按上述权利要求之一的燃料电池，其特征在于所述阀单元(16)包括一个3/2旁通阀。
7.按上述权利要求之一的燃料电池，其特征在于所述阀单元(16)包括一个比例阀(3/2旁通阀或两个2/2旁通阀)。
8.按上述权利要求之一的燃料电池，其特征在于所述控制单元(16)包括一个3/2旁通调整阀瓣。
9.按上述权利要求之一的燃料电池，其特征在于设有一个附加的换热装置(21)，它可接通至冷却剂循环和/或与冷却剂循环切断。
10.按上述权利要求之一的燃料电池，其特征在于所述催化燃烧器设置在冷却剂循环中冷却剂泵(6)的抽吸侧区域内。
全文摘要
本发明涉及一种燃料电池，具有一个冷却剂循环和一个用于加热冷却剂的催化燃烧器。其特征在于催化燃烧器(15)可以接通至冷却剂循环和/或与冷却剂循环切断或可任意调节。
文档编号H01M8/04GK1893158SQ20061010118
公开日2007年1月10日 申请日期2006年7月3日 优先权日2005年7月4日
发明者T·-H·阮-谢菲尔, T·黑德 申请人:罗伯特.博世有限公司