DE102015005837A1

DE102015005837A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102015005837A1
Application number: DE102015005837.1A
Authority: DE
Inventors: Ralf Nüßle
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) mit wenigstes einer Brennstoffzelle (2) mit einem Anodenraum (3) und einem Kathodenraum (4), wobei Abgas aus dem Anodenraum (3) über einen Anodenkreislauf (11) mit wenigstens einer Rezirkulationsfördereinrichtung (14, 14a, 14b) zum Eingang des Anodenraums (3) zurückführbar ist, mit einem Rezirkulationsgebläse (14a) als Rezirkulationsfördereinrichtung (14), welches in Triebverbindung mit einem Expander (15) zum Entspannen von unter Druck stehendem dem Anodenraum (3) zugeführten Wasserstoff steht. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (21) für den Wasserstoff um den Expander (15) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Ein gattungsgemäßes Brennstoffzellensystem ist in der DE 10 2006 003 799 A1 der Anmelderin beschrieben. Das dort beschriebene Brennstoffzellensystem weist einen sogenannten Anodenkreislauf auf, in welchem über eine Rezirkulationsleitung Abgas aus einem Anodenraum einer Brennstoffzelle zum Eingang des Anodenraums zurückgeführt wird. Dort wird das Abgas, typischerweise vermischt mit frischem Wasserstoff, dem Anodenraum erneut zugeführt. Um den Energieaufwand für die Rezirkulation des Abgases zu minimieren, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits Gasstrahlpumpen anstelle von elektrischen Gebläsen bekannt. In der gattungsgemäßen Schrift ist, gegebenenfalls ergänzend zu einer solchen Gasstrahlpumpe, eine Expansionseinrichtung beschrieben, welche durch den unter Druck stehenden Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher angetrieben wird. Diese Expansionseinrichtung, welche beispielsweise als Turbine ausgebildet sein kann, treibt dann eine Rezirkulationsfördereinrichtung in Form eines Gebläses für das Abgas in dem Anodenkreislauf an. Einer der Vorteile ist dabei, dass der Aufbau beispielsweise als einfacher Aufbau in der Art eines Turboladers realisiert werden kann. Er steht lediglich mit Wasserstoff in Verbindung, sodass die Abdichtung zwischen der Turbinenseite und der Verdichterseite des Wasserstoffrezirkulationsgebläses keine so entscheidende Rolle spielt.
Der Nachteil des Aufbaus aus dem gattungsgemäßen Stand der Technik liegt in einer eher schlechten Regelbarkeit für die Rezirkulationsrate des Abgases. In der gattungsgemäßen Schrift sind hierfür zwar Möglichkeiten vorgeschlagen. Soll die Regelung jedoch unabhängig vom zugeführten Volumenstrom an Wasserstoff erfolgen, beispielsweise bei großem zugeführtem Volumenstrom an Wasserstoff entsprechend klein sein, dann muss über eine Bypassleitung um die Brennstoffzelle ein Teil der bei der Entspannung anfallenden Energie „vernichtet” werden. Dies stellt einen nicht unerheblichen Nachteil dar. Als Alternative kann eine elektrische Maschine mit eingebaut werden. Dabei ist ein Aufbau mit einer elektrischen Maschine hinsichtlich der Abdichtung und der Explosionssicherheit beim Einsatz in Wasserstoff außerordentlich aufwändig und komplex.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Brennstoffzellensystem anzugeben, welches entsprechend dem gattungsgemäßen Brennstoffzellensystem ausgebildet ist, und welches in der Art weitergebildet ist, dass es die genannten Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist es vorgesehen, dass eine Bypassleitung für den Wasserstoff um den Expander, beispielsweise eine Turbine, ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, Wasserstoff am Expander vorbei zur Brennstoffzelle zu fördern. Beim Bedarf einer entsprechend hohen Menge an Wasserstoff mit geringer Rezirkulationsrate kann so nur ein Teil des Wasserstoffs über den Expander strömen und der Rest am Expander vorbei zur Brennstoffzelle. Hierdurch wird eine verbesserte Regelbarkeit erreicht.
Insbesondere ist es möglich, dass nur ein Teil des Volumenstroms auf den Expander strömt. Da durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems der restliche benötigte Volumenstrom an Wasserstoff für den jeweiligen Betriebspunkt der Brennstoffzelle über die Bypassleitung an dem Expander vorbeiströmen kann, stellt dies hinsichtlich der Leistungsregelung der Brennstoffzelle keinen Nachteil dar. Gleichzeitig wird es so aber möglich, die Drehzahl des Rezirkulationsgebläses entsprechend zu verändern. Dies erlaubt einen aktiven Regelungseingriff. Insbesondere für den Einsatz mit einer Einzelzellspannungsüberwachung in der Brennstoffzelle ist dies besonders interessant, da nun auf die Ergebnisse der Einzelzellspannungsüberwachung entsprechend reagiert und die Rezirkulationsrate über einen Eingriff auf den Expander und damit mittelbar auf das Rezirkulationsgebläse, geregelt werden kann. Für den Fall, dass einzelne Einzelzellen der Brennstoffzelle in ihrer Zellspannung abfallen, kann beispielsweise die Rezirkulationsrate, unabhängig von der zudosierten Menge an Wasserstoff, erhöht werden. So kann die Ursache für die abfallenden Einzelzellspannungen, welche typischerweise durch Wasseransammlungen innerhalb der Brennstoffzelle und durch das Wasser blockierte gasführende Kanäle verursacht werden, beseitigt werden.
Dadurch, dass, vergleichbar wie im Stand der Technik, nur passive Elemente für die Rezirkulation eingesetzt werden, ist diese weiterhin sehr energieeffizient, ermöglicht aber über die beschriebene Bypassleitung eine sehr gute und exakte Regelung der Rezirkulationsrate beispielsweise in Abhängigkeit der Werte der angesprochenen Einzelzellspannungsüberwachung. Andere Möglichkeiten und andere Steuerungs- bzw. Regelgrößen zur Beeinflussung der Rezirkulationsrate lassen sich selbstverständlich ebenso umsetzen, sodass insgesamt ein hoch effizientes und dabei sehr flexibles und hinsichtlich der zu erzielenden Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle ideal zu regelndes Brennstoffzellensystem darstellbar ist.
Ein weiterer entscheidender Vorteil, welcher mit dieser Möglichkeit der aktiven Regelung einhergeht, liegt nun darin, dass letzten Endes auch die Brennstoffzelle selbst einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden kann. Insbesondere durch das Erkennen und Beseitigen von schädlichen Betriebszuständen, wie beispielsweise die oben beschriebene Wasserblockade, welche nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems auch zu einer Eisblockade führen kann, wenn die Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts liegen, kann so vermieden werden. Dadurch ergibt sich das angesprochene Kosteneinsparungspotenzial im Bereich der Brennstoffzelle selbst, da hier der Anteil an Katalysatorbestandteilen, welche eine Spannungsumkehr in den Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels tolerieren würden, entsprechend verringert werden kann, was zu einem erheblichen Kostenvorteil führt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine aktive Regelung der Feuchte der Brennstoffzelle über die aktive Regelung der Rezirkulation des Anodenabgases erfolgen kann. Das Anodenabgas hat immer auch einen Teil der in der Brennstoffzelle entstehenden Produktfeuchte in sich. Wird nun eine erhöhte Befeuchtung der Brennstoffzelle gewünscht, dann kann dies über eine erhöhte Rezirkulationsrate erzielt werden. Für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem ist dies möglich, ohne dass hierfür die Menge an zudosiertem Wasserstoff verändert werden muss, da der Ausgleich entsprechend über die Bypassleitung erfolgen kann. Diese Möglichkeit kann dann wiederum zu weiteren Einsparungen innerhalb des gesamten Brennstoffzellensystems führen, da beispielsweise die zu installierende Befeuchterfläche auf der Kathodenseite entsprechend verringert oder gegebenenfalls der Befeuchter sogar komplett eingespart werden kann. Dies wiederum hat erhebliche Vorteile hinsichtlich der Kosten, des Gewichts und des Bauraums.
In der Bypassleitung kann dabei gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung entweder eine Drossel oder eine Gasstrahlpumpe zum Ansaugen eines Teils des Abgases aus dem Anodenraum vorgesehen sein. Der Aufbau nutzt also eine Gasstrahlpumpe oder eine Drossel, um den in der Bypassleitung strömenden Wasserstoff in seinem Druck vergleichbar zu reduzieren, wie es parallel dazu im Expander erfolgt. Hierdurch wird eine zuverlässige Durchströmung des Aufbaus erzielt und der Druck des Wasserstoffs beim Einströmen in die Brennstoffzelle entsprechend ergänzt. Bei der Variante mit der Gasstrahlpumpe kann hier zusätzlich Energie für die Förderung wie beispielweise eines Grundlaststroms von Wasserstoff bereitgestellt werden, während die Regelung der gesamten rezirkulierten Menge an Abgas dann über eine entsprechende Anströmung des Expanders mit Wasserstoff erfolgt. Um eine ideale Regelung zu erreichen, kann es dabei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee vorgesehen sein, dass Ventileinrichtungen zur Beeinflussung der Durchströmung des Expanders und/oder der Bypassleitung vorhanden sind. Über eine oder mehrere derartige Ventileinrichtungen kann insbesondere die Durchströmung der Bypassleitung einerseits und des Expanders andererseits in der gewünschten Art und Weise eingestellt werden, sodass einerseits die benötigte Menge an Wasserstoff im Anodenraum der Brennstoffzelle ankommt und andererseits die gewünschte Rezirkulationsrate eingestellt werden kann.
Eine zusätzliche sehr vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems sieht es dabei ferner vor, dass der Expander und die Bypassleitung in Strömungsrichtung des Wasserstoffs aus einem Druckgasspeicher nach einem Druckminderer angeordnet sind. Anders als beim Aufbau im gattungsgemäßen Stand der Technik wird also nicht der gesamte Druck in dem Expander bzw. der Drossel und der Gasstrahlpumpe in der Bypassleitung abgebaut, sondern der Aufbau ist nach einem Druckminderer, beispielweise auf einem mittleren Druckniveau, angeordnet. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass die Komponenten nicht den hohen Druck, wie er im Gastank selbst vorliegt, beispielsweise ein Nenndruck von 70 MPa, aushalten müssen. Andererseits besteht die Möglichkeit, hier über die Bypassleitung, ohne dass Gasstrahlpumpe und Drossel so ausgebildet sein müssen, dass sie einen sehr hohen Druck sehr stark heruntersetzen. Dies macht den Aufbau besonders effizient und hinsichtlich der Regelung einfach.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es dabei, ähnlich wie im Stand der Technik, vorgesehen sein, dass die Turbine und das Rezirkulationsgebläse auf einer Welle angeordnet sind, welche eine Wasserstofflagerung aufweist. Ähnlich wie im gattungsgemäßen Stand der Technik wird der Wasserstoffstrom für die Lagerung vor dem Expander, und hier der Bypassleitung, aus dem Wasserstoffstrom abgezweigt. Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung strömt der Wasserstoff nach der Lagerung dann direkt in den Anodenkreislauf und kann so effizient genutzt und dem Anodenraum der Brennstoffzelle mit zugeführt werden.
Hierfür kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Wasserstoffstrom für die Lagerung nach der Lagerung zwischen dem Rezirkulationsgebläse und dem Anodenraum in den Anodenkreislauf einströmt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Idee ergeben sich ferner aus den beiden Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
Dabei zeigen:
1 die Anodenseite eines prinzipmäßig angedeuteten Brennstoffzellensystems in einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2 die Anodenseite in einer alternativen Ausführungsform gemäß der Erfindung.
In der Darstellung der 1 ist die Anodenseite eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Brennstoffzellensystems 1 zu erkennen. Das Brennstoffzellensystem 1 soll dabei vorzugsweise in einem nicht dargestellten Fahrzeug zum Einsatz kommen, um in diesem elektrische Antriebsleistung bereitzustellen. Den Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine Brennstoffzelle 2. Diese Brennstoffzelle 2 wird typischerweise als Stapel von Einzelzellen aufgebaut sein. Die Einzelzellen können beispielsweise in PEM-Technologie realisiert sein. Jede der Einzelzellen weist dabei einen Anodenbereich und einen Kathodenbereich auf, welche benachbart zu einer protonenleitenden Membran, welche auch als Polymerelektrolytmembran bezeichnet wird, angeordnet sind. Beispielhaft ist in der Darstellung der 1 ein gemeinsamer Anodenraum 3 sowie ein gemeinsamer Kathodenraum 4 gezeigt. Typischerweise sind zwischen den Einzelzellen entsprechende Räume zur Durchströmung der Brennstoffzelle 2 mit Kühlmittel angeordnet. Beispielhaft ist in der Darstellung der 1 ein solcher Kühlwärmetauscher 5 angedeutet. Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird dabei ausschließlich auf die Anodenseite des Brennstoffzellensystems 1 eingegangen, die Kathodenseite kann beispielsweise in an sich bekannter Art und Weise aufgebaut sein. Dies spielt für die hier vorliegende Erfindung eine untergeordnete Rolle, sodass auf diesen dem Fachmann bekannten auf Aufbau nicht weiter eingegangen wird.
Die Anodenseite des Brennstoffzellensystems 1 wird aus einem Wasserstofftank mit Wasserstoff versorgt. Der Wasserstofftank, insbesondere, wenn er in einem Fahrzeug eingesetzt ist, besteht dabei typischerweise aus einem oder vorzugsweise mehreren Druckgasspeichern 6, welche jeweils mit einem Tankventil 7, dem sogenannten OTV (On Tank Valve) ausgestattet sind. In der Darstellung der 1 ist beispielhaft einer der Druckgasspeicher 6 mit seinem OTV 7 dargestellt. Der Wasserstoff gelangt über das OTV 7 zu einem mit 8 bezeichneten Druckminderer, welcher den Tankdruck, welcher beispielsweise bei einem Nenndruck von 70 MPa liegt, auf ein mittleres Druckniveau von beispielsweise ca. 2 MPa reduziert. Der Wasserstoff durchströmt dann ein im Betrieb der Brennstoffzelle 2 typischerweise geöffnetes Systemabsperrventil 9. Anschließend gelangt der Wasserstoff in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über verschiedene, später noch näher beschriebene Wege, in den Anodenraum 3 und kann dort mit dem Kathodenraum 4 zugeführter Luft bzw. dem Sauerstoff in dieser Luft in der gewünschten Art und Weise umgesetzt werden. Nicht verbrauchter Wasserstoff gelangt zusammen mit im Anodenraum 3 entstandener Produktfeuchte und Inertgasen, welche einerseits durch die Membranen diffundieren und andererseits in dem Wasserstoff, welcher in dem Druckgasspeicher 6 bevorratet wird, vorhanden sind, aus dem Anodenraum 3. Über eine Rezirkulationsleitung 10 wird dieses Abgas in dem sogenannten Anodenkreislauf 11 zum Eingang des Anodenraums 3 zurückgeführt und wird vermischt mit dem frischen Wasserstoff dem Anodenraum 3 erneut zugeführt. Da sich in dem Anodenkreislauf 11 mit der Zeit inerte Gase und Wasser anreichern, ist typischerweise ein hier nicht dargestellter Wasserabscheider in der Rezirkulationsleitung 10 vorgesehen. In jedem Fall ist in dem Anodenkreislauf 11 eine Abblasleitung 12 mit einem Abblasventil 13 vorgesehen, über welches in geöffnetem Zustand Gas und/oder Wasser aus dem Anodenkreislauf 11 abgeblasen werden kann. Hierdurch gelangen die inerten Gase in die Umgebung, sodass anschließend die Wasserstoffkonzentration in dem Anodenkreislauf 11 wieder ansteigen kann. Dies ist soweit aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt.
Um die Druckverluste des Wasserstoffs sowohl in der Rezirkulationsleitung 10 als auch in den gasführenden Kanälen des Anodenraums 3 auszugleichen, weist der Anodenkreislauf 11 eine Rezirkulationsfördereinrichtung 14 auf. Die Rezirkulationsfördereinrichtung 14 im Beispiel der 1 wird durch ein Rezirkulationsgebläse 14a ausgebildet.
Anstelle eines herkömmlichen elektrischen Antriebs des Rezirkulationsgebläses 14a ist in dem hier dargestellten Aufbau in direkter Verbindung zu dem Rezirkulationsgebläse 14a ein Expander 15, beispielsweise in Form einer Turbine, zusammen mit dem Rezirkulationsgebläse 14a auf einer gemeinsamen Welle 16 angeordnet. Dieser Aufbau, welcher im Wesentlichen einem Turbolader entsprechen kann, ist dabei über ein Gaslager 17 im Bereich seiner Welle 16 gelagert. Um das Gaslager 17 mit dem Wasserstoff im Betrieb des Rezirkulationsgebläses 14a zu betreiben, wird Wasserstoff nach dem Systemabsperrventil 9 aus dem Wasserstoffstrom über eine Lagerleitung 18 abgezweigt und durchströmt das Gaslager 17. Über einen weiteren Teil der Lagerleitung 18 nach dem Gaslager 17 strömt dieser Wasserstoff dann in den Anodenkreislauf 11, und zwar idealerweise in Strömungsrichtung zwischen dem Rezirkulationsgebläse 14a und dem Anodenraum 3 ein. Zum Antrieb des Expanders 15 dient nun auch Wasserstoff, welcher nach dem Systemabsperrventil 9 über eine mit 19 bezeichnete Wasserstoffleitung über den Expander 15 in den Anodenkreislauf 11 und damit zum Anodenraum 3 strömt. Der zur Erzeugung von elektrischer Leistung in die Brennstoffzelle 2 dosierte Wasserstoff, welcher aufgrund seiner Speicherung in dem Druckgasspeicher 6, auch nach dem Druckminderer 8, noch eine vergleichsweise hohe Druckenergie aufweist, wird also genutzt, um in Expander 15 entspannt zu werden, wodurch sich der Druck auf den für die Brennstoffzelle 2 passenden Druck absenkt. Typischerweise wird der Vordruck vor dem Expander 15 ca. 2 MPa betragen. Nach dem Expander 15 sind Drücke in der Größenordnung von weniger als 0,3 MPa üblich, sodass eine ausreichend hohe Druckdifferenz in dem Expander 15 zum Antreiben des Rezirkulationsgebläses 14a auftritt. Über ein Regelventil 20 in der Wasserstoffleitung 19 kann dabei die Wasserstoffmenge, welche durch den Expander 15 strömt, sehr fein eingestellt werden. Hierdurch ist beispielsweise eine Regelung in Abhängigkeit verschiedener in dem Brennstoffzellensystem 1 gemessener Größen, beispielsweise in Abhängigkeit von Messwerten einer Einzelzellspannungsüberwachung der Brennstoffzelle 2, in der oben beschriebenen Art möglich. Wird aufgrund der Regelung des Rezirkulationsgebläses 14a über den Expander 15 weniger Wasserstoff zum Anodenraum 3 der Brennstoffzelle 2 geführt, als in dem benötigten Lastpunkt notwendig ist, dann kann die zusätzliche erforderliche Wasserstoffmenge über eine Bypassleitung 21 am Expander 15 vorbei zum Anodenraum 3 der Brennstoffzelle 2 strömen. Auch hier befindet sich ein Regelventil 22 in der Bypassleitung 21, um eine entsprechende Regelung des Volumenstroms bzw. eine entsprechende Aufteilung des Wasserstoffstroms auf die Wasserstoffleitung 19 mit dem Expander 15 einerseits und die Bypassleitung 21 andererseits zu gewährleisten. In der Bypassleitung 21 ist außerdem in dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Drossel 23 angeordnet, um auch hier den Druck auf ein für den Anodenraum 3 bzw. die Brennstoffzelle 2 verträgliches Druckniveau zu reduzieren.
Eine Ausführungsform der Anodenseite des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 in einer alternativen Ausführungsvariante ist in der 2 dargestellt. Auf die Darstellung der Wasserstoffversorgung bis einschließlich des Systemabsperrventils 9 wurde dabei verzichtet. Alle weiteren Komponenten, welche so auch in 1 vorhanden sind, wurden mit denselben Bezugszeichen versehen und haben dieselbe Funktionalität. Der Unterschied besteht nun darin, dass in der Bypassleitung 21 anstelle der Drossel 23 eine Gasstrahlpumpe 14b als weiterer Teil der Rezirkulationsfördereinrichtung 14 angeordnet ist. Diese Gasstrahlpumpe 14b ist über eine Zweigleitung der Rezirkulationsleitung 10, welche nachfolgend mit 10' bezeichnet ist, mit der Rezirkulationsleitung 10 bzw. dem Ausgang des Anodenraums 3 verbunden. Über den durch die Bypassleitung 21 strömenden Volumenstrom als Treibgasstrom wird in der Gasstrahlpumpe 14a durch Unterdruck- und Impulsaustauscheffekte ein Teil des Anodenabgases aus der Zweigleitung 10' der Rezirkulationsleitung 10 angesaugt. Parallel und unterstützend zu dem Rezirkulationsgebläse 14a als anderer Teil der Rezirkulationsfördereinrichtung 14 wird also auch durch die Gasstrahlpumpe 14b die Rezirkulation mit unterstützt. Hier wird sich ein entsprechend dem Volumenstrom durch die Bypassleitung 21 konstanter Rezirkulationsstrom einstellen, welcher jedoch an sich bekannt bzw. in Abhängigkeit des über das Regelventil 22 in der Bypassleitung 21 eingestellten Volumenstrom bekannt ist. Dementsprechend kann bei der Regelung des Rezirkulationsgebläses 14 über den Volumenstrom in der Wasserstoffleitung 19 und damit die Drehzahl des Expanders 15 dies mit berücksichtigt werden, sodass auch hier die Regelbarkeit in ähnlichem Maß gegeben ist wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Anstelle der im Bereich der Drossel 23 „vernichteten” Druckenergie in dem Wasserstoffstrom durch die Bypassleitung 21 wird diese Energie zumindest teilweise in der Gasstrahlpumpe 14b genutzt. Darüber hinaus wäre es selbstverständlich auch denkbar, die in 1 und 2 dargestellten Aufbauten untereinander zu kombinieren, also um die Gasstrahlpumpe 14b in der Bypassleitung 21 einen weiteren Bypass in dem in 1 beschriebenen Sinne vorzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006003799 A1 [0002]

Claims

Brennstoffzellensystem (1) mit wenigstes einer Brennstoffzelle (2) mit einem Anodenraum (3) und einem Kathodenraum (4), wobei Abgas aus dem Anodenraum (3) über einen Anodenkreislauf (11) mit wenigstens einer Rezirkulationsfördereinrichtung (14, 14a, 14b) zum Eingang des Anodenraums (3) zurückführbar ist, mit einem Rezirkulationsgebläse (14a) als Rezirkulationsfördereinrichtung (14), welches in Triebverbindung mit einem Expander (15) zum Entspannen von unter Druck stehendem dem Anodenraum (3) zugeführten Wasserstoff steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (21) für den Wasserstoff um den Expander (15) vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (21) eine Drossel (23) aufweist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (21) eine Gasstrahlpumpe (14b) als weiteren Teil der Rezirkulationsfördereinrichtung (14) aufweist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ventileinrichtung (20, 22) zur Beeinflussung der Durchströmung des Expanders (15) und/oder der Bypassleitung (21) vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (15) und die Bypassleitung (21) in Strömungsrichtung des Wasserstoffs aus einem Druckgasspeicher (6) nach einem Druckminderer (7) angeordnet sind.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (15) als Turbine ausgebildet ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander (15) und das Rezirkulationsgebläse (14a) auf einer Welle (16) angeordnet sind, welche eine Wasserstofflagerung (17) aufweist, wobei der Wasserstoffstrom für die Lagerung (17) vor dem Expander (15) und der Bypassleitung (21) aus dem Wasserstoffstrom abzweigt, und wobei der Wasserstoff für die Lagerung (17) nach der Lagerung (17) in den Anodenkreislauf (11) strömt.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffstrom für die Lagerung (17) nach dem Rezirkulationsgebläse (14a) und vor dem Anodenraum (3) in den Anodenkreislauf (11) strömt.