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DE102020200145A1 - Fuel cell system - Google Patents

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DE102020200145A1
DE102020200145A1 DE102020200145.6A DE102020200145A DE102020200145A1 DE 102020200145 A1 DE102020200145 A1 DE 102020200145A1 DE 102020200145 A DE102020200145 A DE 102020200145A DE 102020200145 A1 DE102020200145 A1 DE 102020200145A1
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DE
Germany
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fuel cell
adsorption device
path
operating mode
cell system
Prior art date
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Pending
Application number
DE102020200145.6A
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German (de)
Inventor
Michael Baumann
Michael Conze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) mit einer Brennstoffzelle (4) sowie einem Kanalsystem (6) zum Zuführen eines Reaktanten zur Brennstoffzelle (4) sowie zum Abführen von Abgas von der Brennstoffzelle (4), wobei im Kanalsystem (6) eine Adsorptionsvorrichtung (11) zum Adsorbieren von Schadstoffen aus dem Reaktanten angeordnet ist. Ein vereinfachter Betrieb des Brennstoffzellensystems (1) sowie eine erhöhte Betriebsdauer und Lebensdauer ergeben sich dadurch, dass die Adsorptionsvorrichtung (11) zwei separate Adsorptionseinrichtungen (12, 13) aufweist und in zwei Betriebsmodi (16, 17) betreibbar ist, wobei im jeweiligen Betriebsmodus (16, 17) eine der Adsorptionseinrichtungen (12, 13) Schadstoffe aus dem Reaktanten adsorbiert und die andere Adsorptionseinrichtung (12, 13) von einem Fluid regeneriert wird, das aus dem zuvor mit der anderen Adsorptionseinrichtung (12, 13) Schadstoffe adsorbiert wurden.The present invention relates to a fuel cell system (1) with a fuel cell (4) and a channel system (6) for supplying a reactant to the fuel cell (4) and for removing exhaust gas from the fuel cell (4), an adsorption device in the channel system (6) (11) is arranged to adsorb pollutants from the reactants. Simplified operation of the fuel cell system (1) and increased operating time and service life result from the fact that the adsorption device (11) has two separate adsorption devices (12, 13) and can be operated in two operating modes (16, 17), with the respective operating mode ( 16, 17) one of the adsorption devices (12, 13) adsorbs pollutants from the reactants and the other adsorption device (12, 13) is regenerated by a fluid that was previously adsorbed with the other adsorption device (12, 13) pollutants.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle, einem Kanalsystem zum Zuführen eines Reaktanten zur Brennstoffzelle sowie zum Abführen von Abgas von der Brennstoffzelle und mit einer Adsorptionsvorrichtung zum Entfernen von Schadstoffen aus dem Reaktanten.The present invention relates to a fuel cell system with a fuel cell, a duct system for supplying a reactant to the fuel cell and for removing exhaust gas from the fuel cell and with an adsorption device for removing pollutants from the reactants.

Zum Betreiben einer Brennstoffzelle werden der Brennstoffzelle ein Brennstoff sowie ein Oxidationsmittel zugeführt, welche in der Brennstoffzelle zu einem Wasser oder dampfhaltigen Abgas reagieren und dabei elektrische Energie erzeugen. In einem zugehörigen Brennstoffzellensystem dient ein Kanalsystem dem Zuführen der Reaktionspartner, nachfolgend auch Reaktant genannt, sowie dem Abführen von Abgas von der Brennstoffzelle. Derartige Brennstoffzellensysteme weisen eine Fördereinrichtung auf, welche im Kanalsystem Fluid fördert. Bekannt ist es zudem, im Kanalsystem eine Adsorptionsvorrichtung vorzusehen, die aus dem zugehörigen Reaktanten Schadstoffe adsorbiert und somit entfernt. Ein Entfernen oder zumindest Reduzieren der Schadstoffe vor dem Zuführen des Reaktanten zur Brennstoffzelle ist notwendig, da derartige Schadstoffe den Betrieb der Brennstoffzelle stören und insbesondere zu Beschädigungen von Bestandteilen der Brennstoffzelle, insbesondere der Elektroden und/oder des Elektrolyten der Brennstoffzelle führen können, die zu einer Betriebsstörung und einer reduzierten Lebensdauer der Brennstoffzelle führen können.To operate a fuel cell, the fuel cell is supplied with a fuel and an oxidizing agent, which react in the fuel cell to form water or exhaust gas containing steam and thereby generate electrical energy. In an associated fuel cell system, a channel system is used to supply the reactants, also referred to below as reactants, and to remove exhaust gas from the fuel cell. Such fuel cell systems have a delivery device which delivers fluid in the channel system. It is also known to provide an adsorption device in the channel system, which adsorbs pollutants from the associated reactants and thus removes them. It is necessary to remove or at least reduce the pollutants before supplying the reactants to the fuel cell, since pollutants of this type disrupt the operation of the fuel cell and in particular can damage components of the fuel cell, in particular the electrodes and / or the electrolyte of the fuel cell, which can lead to a Malfunction and a reduced service life of the fuel cell.

Ein solches Brennstoffzellensystem ist aus der DE 102 30 283 A1 bekannt. Bei diesem Brennstoffzellensystem ist im Kanalsystem stromauf der Brennstoffzelle eine Adsorptionsvorrichtung angeordnet, welche einen Filter zum Adsorbieren von Schadstoffen aufweist. Der Filter ist regenerierbar, um eine Funktion der Adsorptionsvorrichtung über einen längeren Zeitraum zu erlauben und/oder einen Austausch der Adsorptionsvorrichtung, insbesondere des Filters, zu vermeiden und/oder die Dauer bis zu einem notwendigen Austausch der Adsorptionsvorrichtung, insbesondere des Filters, zu erhöhen. Zum Regenerieren des Filters wird dem Filter Druckluft und/oder Wärme zugeführt. Zur Regeneration der Adsorptionsvorrichtung wird dabei ein Stillstand der Brennstoffzelle genutzt, die Regeneration also durchgeführt, wenn die Brennstoffzelle außer Betrieb ist.Such a fuel cell system is from DE 102 30 283 A1 known. In this fuel cell system, an adsorption device is arranged in the channel system upstream of the fuel cell, which has a filter for adsorbing pollutants. The filter can be regenerated in order to allow the adsorption device to function over a longer period of time and / or to avoid an exchange of the adsorption device, in particular the filter, and / or to increase the time until a necessary exchange of the adsorption device, in particular the filter. To regenerate the filter, compressed air and / or heat is supplied to the filter. A standstill of the fuel cell is used to regenerate the adsorption device, that is, the regeneration is carried out when the fuel cell is out of operation.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Betriebsdauer der Brennstoffzelle und/oder eine erhöhte Lebensdauer des Brennstoffzellensystems auszeichnet.The present invention is therefore concerned with the object of specifying an improved or at least different embodiment for a fuel cell system of the type mentioned at the beginning, which is characterized in particular by an increased service life of the fuel cell and / or an increased service life of the fuel cell system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Brennstoffzellensystem zwei voneinander separate Adsorber zum Entfernen von Schadstoffen aus einem Reaktanten zum Betreiben einer Brennstoffzelle vorzusehen und abwechselnd einen der Adsorber zum Adsorbieren von Schadstoffen aus dem Reaktanten einzusetzen und den anderen Adsorber mit von dem zuerst genannten Adsorber gereinigten Fluid zu regenerieren. Auf diese Weise ist es möglich, das Brennstoffzellensystem, insbesondere die Brennstoffzelle, ohne für die Regeneration der Adsorber benötigte Unterbrechungen zu betreiben und somit eine Betriebsdauer des Brennstoffzellensystems zu erhöhen. Die somit ermöglichte Regeneration der Adsorber führt ferner dazu, dass diese jeweils unabhängig oder mit zumindest verringerter Abhängigkeit vom Betrieb der Brennstoffzelle regeneriert werden können, sodass Beschädigungen der Adsorber und/oder der Brennstoffzelle vermieden oder reduziert sind. Aufgrund der somit zuverlässigen Entfernung von Schadstoffen aus dem Reaktanten ist folglich auch eine Effizienz der Brennstoffzelle und somit des gesamten Brennstoffzellensystems verbessert.The present invention is based on the general idea of providing two separate adsorbers in a fuel cell system for removing pollutants from a reactant for operating a fuel cell and alternately using one of the adsorbers for adsorbing pollutants from the reactants and the other adsorber from the former Adsorber to regenerate purified fluid. In this way it is possible to operate the fuel cell system, in particular the fuel cell, without the interruptions required for the regeneration of the adsorber and thus to increase the operating time of the fuel cell system. The regeneration of the adsorbers made possible in this way also means that they can each be regenerated independently or with at least reduced dependence on the operation of the fuel cell, so that damage to the adsorber and / or the fuel cell is avoided or reduced. Because of the reliable removal of pollutants from the reactants, the efficiency of the fuel cell and thus of the entire fuel cell system is consequently also improved.

Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist das Brennstoffzellensystem die Brennstoffzelle sowie ein Kanalsystem auf, das dem Zuführen des Reaktanten zur Brennstoffzelle sowie dem Abführen von Abgas von der Brennstoffzelle dient. Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Adsorptionsvorrichtung auf, welche dem Adsorbieren und somit Entfernen von Schadstoffen aus dem Reaktanten vor dem Zuführen des Reaktanten zur Brennstoffzelle dient. Eine Fördereinrichtung des Brennstoffzellensystems fördert Fluid durch das Kanalsystem. Die Adsorptionsvorrichtung weist erfindungsgemäß eine erste Adsorptionseinrichtung und eine von der ersten Adsorptionseinrichtung separate zweite Adsorptionseinrichtung auf, die jeweils dem Adsorbieren von Schadstoffen dienen. Das Brennstoffzellensystem ist hierbei in einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus betreibbar. Im ersten Betriebsmodus strömt Reaktant durch die erste Adsorptionseinrichtung, welche Schadstoffe aus dem Reaktanten adsorbiert und somit entfernt, wobei der Reaktant anschließend zur Brennstoffzelle strömt, um die Brennstoffzelle mit dem Reaktanten zu versorgen. Im ersten Betriebsmodus strömt ferner Fluid stromab der ersten Adsorptionseinrichtung und somit nachdem die erste Adsorptionseinrichtung Schadstoffe entfernt hat, zur zweiten Adsorptionseinrichtung, um die zweite Adsorptionseinrichtung zu regenerieren. Analog hierzu und in umgekehrter Weise strömt im zweiten Betriebsmodus Reaktant durch die zweite Adsorptionseinrichtung, welche Schadstoffe aus dem Reaktanten adsorbiert und somit entfernt, wobei der Reaktant anschließend zur Brennstoffzelle strömt, um die Brennstoffzelle mit dem Reaktanten zu versorgen. Im zweiten Betriebsmodus strömt Fluid stromab der zweiten Adsorptionseinrichtung und somit, nachdem die zweite Adsorptionseinrichtung Schadstoffe adsorbiert hat, zur ersten Adsorptionseinrichtung, um die erste Adsorptionseinrichtung zu regenerieren. Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Schalteinrichtung zum Wechseln zwischen den Betriebsmodi sowie eine Steuereinrichtung zum Betreiben des Brennstoffzellensystems auf. Die Schalteinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie zum Wechseln zwischen den Betriebsmodi zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand verstellbar ist. Im ersten Zustand der Schalteinrichtung strömen der Reaktant und das Fluid gemäß dem ersten Betriebsmodus und im zweiten Zustand der Schalteinrichtung gemäß dem zweiten Betriebsmodus. Die Steuereinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie die Schalteinrichtung im ersten Betriebsmodus in den ersten Zustand und im zweiten Betriebsmodus in den zweiten Zustand verstellt.In accordance with the concept of the invention, the fuel cell system has the fuel cell and a duct system which is used to supply the reactants to the fuel cell and to remove exhaust gas from the fuel cell. The fuel cell system also has an adsorption device which is used to adsorb and thus remove pollutants from the reactants before the reactants are supplied to the fuel cell. A conveying device of the fuel cell system conveys fluid through the channel system. According to the invention, the adsorption device has a first adsorption device and a second adsorption device which is separate from the first adsorption device and which each serve to adsorb pollutants. The fuel cell system can be operated in a first operating mode and a second operating mode. In the first operating mode, reactant flows through the first adsorption device, which adsorbs pollutants from the reactant and thus removes them, the reactant then flowing to the fuel cell in order to supply the fuel cell with the reactant. In the first operating mode, fluid also flows downstream of the first adsorption device and thus after the first adsorption device has removed pollutants to the second adsorption device, around the to regenerate second adsorption device. Analogously to this and in the opposite way, in the second operating mode reactant flows through the second adsorption device, which adsorbs pollutants from the reactant and thus removes them, the reactant then flowing to the fuel cell in order to supply the fuel cell with the reactant. In the second operating mode, fluid flows downstream of the second adsorption device and thus, after the second adsorption device has adsorbed pollutants, to the first adsorption device in order to regenerate the first adsorption device. The fuel cell system also has a switching device for changing between the operating modes and a control device for operating the fuel cell system. The switching device is designed in such a way that it can be adjusted between a first state and a second state in order to switch between the operating modes. In the first state of the switching device, the reactant and the fluid flow according to the first operating mode and in the second state of the switching device according to the second operating mode. The control device is designed in such a way that it moves the switching device into the first state in the first operating mode and into the second state in the second operating mode.

Unter Schadstoffe sind vorliegend solche Substanzen und Zusammensetzungen zu verstehen, welche den Betrieb der Brennstoffzelle bzw. Komponenten des Brennstoffzellensystems stören und/oder zu Beschädigungen der Brennstoffzelle bzw. Komponenten des Brennstoffzellensystems, insbesondere von Befeuchtermembranen, Elektroden der Brennstoffzelle und/oder eines Elektrolyten der Brennstoffzelle, führen. Zu derartigen Schadstoffen gehören insbesondere Ammoniak, Schwefeldioxid, Kohlenwasserstoffe oder Stickoxide.In the present case, pollutants are to be understood as meaning those substances and compositions which disrupt the operation of the fuel cell or components of the fuel cell system and / or damage the fuel cell or components of the fuel cell system, in particular humidifier membranes, electrodes of the fuel cell and / or an electrolyte of the fuel cell, to lead. Such pollutants include in particular ammonia, sulfur dioxide, hydrocarbons or nitrogen oxides.

Die jeweilige Adsorptionseinrichtung ist zweckmäßig zum Adsorbieren von Schadstoffen der genannten Art ausgestaltet. Zu diesem Zweck weist die jeweilige Adsorptionseinrichtung vorzugsweise ein Adsorptionsmedium auf. Vorteilhaft weist die jeweilige Adsorptionseinrichtung zum Adsorbieren von Schadstoffen Aktivkohle als Adsorptionsmedium auf.The respective adsorption device is expediently designed to adsorb pollutants of the type mentioned. For this purpose, the respective adsorption device preferably has an adsorption medium. The respective adsorption device for adsorbing pollutants advantageously has activated carbon as the adsorption medium.

Die jeweilige Adsorptionseinrichtung ist zweckmäßig derart ausgestaltet, dass sie regenerierbar ist. Unter Regenerieren ist vorliegend ein Vorgang zu verstehen, bei dem in der Adsorptionseinrichtung gebundene und/oder gespeicherte Schadstoffe aus der Adsorptionseinrichtung durch die Strömung in dem jeweils zugehörigen Betriebsmodus entfernt werden. Die jeweilige Adsorptionseinrichtung ist zweckmäßig also derart ausgestaltet, dass sie beim Durchströmen des Fluids, aus dem zuvor Schadstoffe von der anderen Adsorptionseinrichtung adsorbiert und somit entfernt wurden, regeneriert wird. Zweckmäßig ist die jeweilige Adsorptionseinrichtung ferner derart ausgestaltet, dass die Zuführung von Wärme und somit eine erhöhte Temperatur die Regeneration begünstigt.The respective adsorption device is expediently designed in such a way that it can be regenerated. In the present case, regeneration is to be understood as a process in which pollutants bound and / or stored in the adsorption device are removed from the adsorption device by the flow in the respectively associated operating mode. The respective adsorption device is expediently designed in such a way that it is regenerated when the fluid flows through from which pollutants were previously adsorbed by the other adsorption device and thus removed. The respective adsorption device is expediently designed in such a way that the supply of heat and thus an increased temperature promotes regeneration.

Unter Reaktant ist vorliegend ein für das Betreiben der Brennstoffzelle benötigter Reaktionspartner, also ein Brennstoff oder ein Oxidationsmittel, zu verstehen. Insbesondere kann der Reaktant auch ein Gemisch sein, das den Brennstoff oder das Oxidationsmittel enthält.In the present case, a reactant is to be understood as meaning a reactant required for operating the fuel cell, that is to say a fuel or an oxidizing agent. In particular, the reactant can also be a mixture that contains the fuel or the oxidizing agent.

Bevorzugt handelt es sich beim dem Reaktanten um das Oxidationsmittel oder ein das Oxidationsmittel enthaltendes Gemisch. Insbesondere ist der Reaktant Luft.The reactant is preferably the oxidizing agent or a mixture containing the oxidizing agent. In particular, the reactant is air.

Bei der Brennstoffzelle kann es sich prinzipiell um eine beliebige Art von Brennstoffzelle handeln. Vorstellbar ist es, dass die Brennstoffzelle eine Festoxidbrennstoffzelle, auch kurz SOFC genannt, ist.The fuel cell can in principle be any type of fuel cell. It is conceivable that the fuel cell is a solid oxide fuel cell, also called SOFC for short.

Insbesondere kann es sich bei der Brennstoffzelle um eine solche handeln, die als Elektrolyt eine Membran aufweist. D. h., dass die Brennstoffzelle insbesondere eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle, kurz auch PEM-Brennstoffzelle genannt, oder eine Direktmethanol-Brennstoffzelle, kurz auch DM-Brennstoffzelle genannt, sein kann.In particular, the fuel cell can be one that has a membrane as the electrolyte. This means that the fuel cell can in particular be a polymer electrolyte fuel cell, also called PEM fuel cell for short, or a direct methanol fuel cell, also called DM fuel cell for short.

Selbstverständlich kann die Brennstoffzelle auch Bestandteil eines Brennstoffzellen-Stacks sein, der mehrere Brennstoffzellen umfasst.Of course, the fuel cell can also be part of a fuel cell stack that comprises several fuel cells.

Das Fluid, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist als ein beliebiges, insbesondere gasförmiges Fluid, nach dem Durchströmen durch zumindest eine der Adsorptionseinrichtungen und somit nach dem Adsorbieren von Schadstoffen zu verstehen. Bei dem Fluid kann es sich also um den Reaktanten nach dem Durchströmen einer der Adsorptionseinrichtungen zum Adsorbieren von Schadstoffen und/oder dem Abgas handeln.The fluid according to the present invention is to be understood as any, in particular gaseous, fluid after flowing through at least one of the adsorption devices and thus after adsorbing pollutants. The fluid can therefore be the reactants after flowing through one of the adsorption devices for adsorbing pollutants and / or the exhaust gas.

Im jeweiligen Betriebsmodus werden, wie vorstehend beschrieben, mit einer der Adsorptionseinrichtungen Schadstoffe aus dem Reaktanten adsorbiert bzw. entfernt und der Reaktant anschließend der Brennstoffzelle geführt, während die andere Adsorptionseinrichtung regeneriert wird. Der Einfachheit halber wird nachfolgend dabei diejenige Adsorptionseinrichtung, die aus dem Reaktanten Schadstoffe entfernt, um den Reaktanten anschließend zur Brennstoffzelle zu führen, als aktive Adsorptionseinrichtung bezeichnet, wohingegen diejenige Adsorptionseinrichtung, die regeneriert wird, als passive Adsorptionseinrichtung bezeichnet wird. Der durch die aktive Adsorptionseinrichtung geströmte Reaktant wird nachfolgend auch als gereinigter Reaktant bezeichnet.In the respective operating mode, as described above, pollutants are adsorbed or removed from the reactants with one of the adsorption devices and the reactant is then passed to the fuel cell while the other adsorption device is being regenerated. For the sake of simplicity, the adsorption device that removes pollutants from the reactants in order to then lead the reactants to the fuel cell is referred to as the active adsorption device, whereas the adsorption device that is regenerated is referred to as the passive adsorption device. The reactant which has flowed through the active adsorption device is also referred to below as the purified reactant.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Fördereinrichtung derart angeordnet, dass sie in beiden Betriebsmodi, d. h. im ersten Betriebsmodus und im zweiten Betriebsmodus, sowohl den Reaktanten als auch das Fluid durch beide Adsorptionseinrichtungen fördert. Die Fördereinrichtung fördert also in beiden Betriebsmodi sowohl Reaktant durch die aktive Adsorptionseinrichtung als auch Fluid durch die passive Adsorptionseinrichtung. Zu diesem Zweck kann die Fördereinrichtung derart angeordnet sein, dass das durch die passive Adsorptionseinrichtung strömende Fluid von einer Druckseite der Fördereinrichtung abgegriffen wird. Die Druckseite der Fördereinrichtung ist dabei diejenige Seite der Fördereinrichtung, auf der im Vergleich zu einer Saugseite der Fördereinrichtung ein erhöhter Druck herrscht. Insbesondere ist die Druckseite stromab der Fördereinrichtung angeordnet. Somit ist es möglich, das Brennstoffzellensystem in beiden Betriebsmodi mit derselben Fördereinrichtung zu betreiben. Dies führt zu einer erhöhten Effizienz und einem vereinfachten Betreiben des Brennstoffzellensystems.In preferred embodiments, the conveying device is arranged in such a way that it conveys both the reactant and the fluid through both adsorption devices in both operating modes, ie in the first operating mode and in the second operating mode. In both operating modes, the delivery device thus conveys both reactant through the active adsorption device and fluid through the passive adsorption device. For this purpose, the delivery device can be arranged in such a way that the fluid flowing through the passive adsorption device is tapped from a pressure side of the delivery device. The pressure side of the conveying device is that side of the conveying device on which there is an increased pressure compared to a suction side of the conveying device. In particular, the pressure side is arranged downstream of the conveying device. It is thus possible to operate the fuel cell system in both operating modes with the same delivery device. This leads to increased efficiency and simplified operation of the fuel cell system.

Zum Betrieb des Brennstoffzellensystems in den Betriebsmodi, insbesondere zum Wechseln zwischen den Betriebsmodi, kann das Brennstoffzellensystem prinzipiell beliebig ausgestaltet sein.To operate the fuel cell system in the operating modes, in particular to switch between the operating modes, the fuel cell system can in principle be designed in any way.

Vorstellbar ist es, das Kanalsystem mit einem Zuführkanal zu versehen, der dem Zuführen des Reaktanten zum Brennstoffzellensystem dient. Das Kanalsystem weist zudem einen Schaltabschnitt auf, durch den ein erster Strömungspfad, der durch die erste Adsorptionseinrichtung führt, und ein zweiter Strömungspfad, der von dem ersten Strömungspfad getrennt ist und durch die zweite Adsorptionseinrichtung führt, führen. Stromab des Schaltabschnitts führt ein Zuführpfad zur Brennstoffzelle, um die Brennstoffzelle mit gereinigtem Reaktanten zu versorgen. Zudem führt stromab des Schaltabschnitts ein Rückführpfad zum Schaltabschnitt. Die Schalteinrichtung ist hierbei derart ausgestaltet, dass sie im ersten Zustand den Zuführkanal über den ersten Strömungspfad mit dem Zuführpfad fluidisch verbindet. In der Folge strömt Reaktant zur ersten Adsorptionseinrichtung, welche Schadstoffe aus dem Reaktanten adsorbiert und somit entfernt, und anschließend gereinigter Reaktant über den Zuführpfad zur Brennstoffzelle. Zudem wird im ersten Zustand der Rückführpfad mit dem zweiten Strömungspfad verbunden. In der Folge strömt Fluid über den Rückführpfad durch die zweite Adsorptionseinrichtung, um die zweite Adsorptionseinrichtung zu regenerieren. Analog hierzu und in umgekehrter Weise wird im zweiten Zustand der Schalteinrichtung der Zuführkanal über den zweiten Strömungspfad mit dem Zuführpfad verbunden. In der Folge strömt der Reaktant durch die zweite Adsorptionseinrichtung, welche Schadstoffe aus dem Reaktanten adsorbiert und somit entfernt, und anschließend über den Zuführpfad zur Brennstoffzelle. Im zweiten Zustand verbindet die Schalteinrichtung zudem den Rückführpfad mit dem ersten Strömungspfad. In der Folge strömt Fluid durch die erste Adsorptionseinrichtung, um die erste Adsorptionseinrichtung zu regenerieren. Dies erlaubt ein einfaches und effizientes Betreiben des Brennstoffzellensystems. It is conceivable to provide the channel system with a supply channel which is used to supply the reactant to the fuel cell system. The channel system also has a switching section through which a first flow path, which leads through the first adsorption device, and a second flow path, which is separate from the first flow path and leads through the second adsorption device, lead. Downstream of the switching section, a feed path leads to the fuel cell in order to supply the fuel cell with purified reactants. In addition, downstream of the switching section, a return path leads to the switching section. The switching device is designed in such a way that, in the first state, it fluidly connects the supply channel to the supply path via the first flow path. As a result, reactant flows to the first adsorption device, which adsorbs pollutants from the reactants and thus removes them, and then purified reactant via the feed path to the fuel cell. In addition, in the first state, the return path is connected to the second flow path. As a result, fluid flows through the second adsorption device via the return path in order to regenerate the second adsorption device. Analogously to this and in the opposite way, in the second state of the switching device, the feed channel is connected to the feed path via the second flow path. The reactant then flows through the second adsorption device, which adsorbs pollutants from the reactants and thus removes them, and then via the feed path to the fuel cell. In the second state, the switching device also connects the return path to the first flow path. As a result, fluid flows through the first adsorption device in order to regenerate the first adsorption device. This allows simple and efficient operation of the fuel cell system.

Insbesondere ist somit eine zuverlässige Trennung von gereinigtem Reaktanten und das durch die passive Adsorptionseinrichtung strömende Fluid möglich. Dies verhindert, dass das Fluid nach dem Durchströmen der passiven Adsorptionseinrichtung zur Brennstoffzelle gelangt und diese und/oder Komponenten des Brennstoffzellensystems somit beschädigt oder die entsprechende Gefahr wird zumindest reduziert.In particular, a reliable separation of purified reactants and the fluid flowing through the passive adsorption device is thus possible. This prevents the fluid from reaching the fuel cell after flowing through the passive adsorption device and thus damaging it and / or components of the fuel cell system or at least reducing the corresponding risk.

Vorteilhaft ist im Rückführpfad eine Drosselung vorgesehen, um eine Strömung von Fluid durch den Rückführpfad zur passiven Adsorptionseinrichtung zu begrenzen. Somit wird insbesondere verhindert, dass durch eine übermäßige Strömung von Fluid zur passiven Adsorptionseinrichtung eine Versorgung der Brennstoffzelle mit gereinigtem Reaktanten übermäßig und/oder in einem unerwünschten Umfang, reduziert und/oder erhöht wird. Die Drosselung kann beispielsweise durch ein entsprechendes Drosselventil realisiert sein.A throttling is advantageously provided in the return path in order to limit a flow of fluid through the return path to the passive adsorption device. This in particular prevents an excessive flow of fluid to the passive adsorption device from reducing and / or increasing a supply of the fuel cell with purified reactants excessively and / or to an undesired extent. The throttling can be implemented, for example, by a corresponding throttle valve.

Vorstellbar ist es ferner, im Rückführpfad ein Rückschlagventil anzuordnen, das die Strömung von der passiven Adsorptionseinrichtung zur Brennstoffzelle verhindert.It is also conceivable to arrange a check valve in the return path, which prevents the flow from the passive adsorption device to the fuel cell.

Die Schalteinrichtung kann zum Verstellen zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand beliebig ausgestaltet sein und/oder beliebige Bestandteile aufweisen.The switching device can be designed as desired for adjustment between the first state and the second state and / or have any desired components.

Vorteilhaft weist die Schalteinrichtung zumindest ein Ventil auf, das zum Verstellen der Schalteinrichtung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand zwischen entsprechenden Stellungen verstellbar ist. Somit lässt sich die Schalteinrichtung vereinfacht und zuverlässig umsetzen. Bei zumindest einem der wenigstens einen Ventile kann es sich um ein Mehrwegeventil handeln.The switching device advantageously has at least one valve which can be adjusted between corresponding positions for adjusting the switching device between the first state and the second state. The switching device can thus be implemented in a simplified and reliable manner. At least one of the at least one valves can be a multi-way valve.

Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Schalteinrichtung zwei Ventile, nämlich ein erstes Ventil und ein zweites Ventil aufweist. Das jeweilige Ventil ist hierbei zwischen zwei Stellungen verstellbar. Zudem verläuft der Schaltabschnitt zwischen den beiden Ventilen. Insbesondere verläuft der Schaltabschnitt von dem ersten Ventil bis zum zweiten Ventil. Das erste Ventil ist derart ausgestaltet, dass in einer ersten Stellung des ersten Ventils der Zuführkanal mit dem ersten Strömungspfad fluidisch verbunden und vom zweiten Strömungspfad fluidisch getrennt ist. Das zweite Ventil ist derart ausgestaltet, dass das zweite Ventil in einer zweiten Stellung des zweiten Ventils den ersten Strömungspfad fluidisch mit dem Zuführpfad verbindet und den zweiten Strömungspfad fluidisch vom Zuführpfad trennt. Das zweite Ventil ist ferner derart ausgestaltet, dass es in der ersten Stellung den zweiten Strömungspfad fluidisch mit dem Rückführpfad verbindet und den ersten Strömungspfad fluidisch vom Rückführpfad trennt. Zudem ist das erste Ventil derart ausgestaltet, dass es in einer zweiten Stellung des zweiten Ventils den Zuführkanal mit dem zweiten Strömungspfad fluidisch verbindet und vom ersten Strömungspfad fluidisch trennt. Das zweite Ventil ist derart ausgestaltet, dass es in einer zweiten Stellung des zweiten Ventils den zweiten Strömungspfad fluidisch mit dem Zuführpfad verbindet und den ersten Strömungspfad vom Zuführpfad fluidisch trennt. Das zweite Ventil ist ferner derart ausgestaltet, dass es in der zweiten Stellung den ersten Strömungspfad fluidisch mit dem Rückführpfad verbindet und den zweiten Strömungspfad fluidisch vom Rückführpfad trennt. D. h., dass die Ventile im ersten Zustand der Schalteinrichtung jeweils in die erste Stellung und im zweiten Zustand der Schalteinrichtung jeweils in die zweite Stellung verstellt sind. Dementsprechend ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie die Ventile im ersten Betriebsmodus jeweils in die erste Stellung und im zweiten Betriebsmodus jeweils in die zweite Stellung verstellt.Embodiments are considered advantageous in which the switching device has two valves, namely a first valve and a second valve. The respective valve can be adjusted between two positions. In addition, the switching section runs between the two valves. In particular, the switching section runs from the first valve to the second valve. The first valve is designed in such a way that, in a first position of the first valve, the feed channel is fluidically connected to the first flow path and fluidically separated from the second flow path. The second valve is like this configured that, in a second position of the second valve, the second valve fluidly connects the first flow path to the supply path and fluidically separates the second flow path from the supply path. The second valve is also designed such that in the first position it fluidly connects the second flow path to the return path and fluidically separates the first flow path from the return path. In addition, the first valve is designed in such a way that, in a second position of the second valve, it fluidly connects the supply channel to the second flow path and fluidically separates it from the first flow path. The second valve is designed such that, in a second position of the second valve, it fluidly connects the second flow path to the supply path and fluidically separates the first flow path from the supply path. The second valve is also designed such that in the second position it fluidly connects the first flow path to the return path and fluidically separates the second flow path from the return path. This means that the valves are each adjusted to the first position in the first state of the switching device and to the second position in each case in the second state of the switching device. Accordingly, the control device is designed in such a way that it moves the valves into the first position in each case in the first operating mode and into the second position in each case in the second operating mode.

Bei zumindest einem der Ventile, vorteilhaft bei dem jeweiligen Ventil, handelt es sich bevorzugt um ein Mehrwegeventil. Insbesondere handelt es sich bei dem zweiten Ventil um ein 4/2-Ventil. Vorteilhaft ist es ferner, wenn es sich bei dem ersten Ventil um ein 4/2-Ventil handelt.At least one of the valves, advantageously the respective valve, is preferably a multi-way valve. In particular, the second valve is a 4/2 valve. It is also advantageous if the first valve is a 4/2 valve.

Alternativ kann die Schalteinrichtung im Schaltabschnitt eine Trommel mit zwei Kammern aufweisen, welche voneinander separat sind und in denen jeweils eine zugehörige der Adsorptionseinrichtungen angeordnet ist. Die Trommel weist also eine erste Kammer, in der die erste Adsorptionseinrichtung angeordnet ist, und eine von der ersten Kammer separate zweite Kammer, in der die zweite Adsorptionseinrichtung angeordnet ist, auf. Zudem weist die Trommel einen mit dem Zuführkanal fluidisch verbundenen Einlass und einen mit dem Zuführpfad fluidisch verbundenen Zuführanschluss auf. Ferner weist die Trommel einen mit dem Rückführpfad fluidisch verbundenen Rückführanschluss auf. Die Kammern samt darin angeordneten Adsorptionseinrichtungen sind zwischen einer ersten Anordnung und einer zweiten Anordnung bewegbar. In der ersten Anordnung sind der Einlass und der Zuführanschluss mit der ersten Kammer und der Rückführanschluss mit der zweiten Kammer verbunden. In der ersten Anordnung strömt also Reaktant durch den Zuführkanal und den Einlass in die erste Kammer und durchströmt die erste Adsorptionseinrichtung, die als aktive Adsorptionseinrichtung fungiert. Zudem strömt Fluid über den Rückführpfad und den Rückführanschluss in die zweite Kammer und somit durch die zweite Adsorptionseinrichtung, welche als passive Adsorptionseinrichtung fungiert. Analog hierzu und in umgekehrter Weise sind in der zweiten Anordnung der Einlass und der Zuführanschluss mit der zweiten Kammer und der Rückführanschluss mit der ersten Kammer fluidisch verbunden. Dementsprechend strömt Reaktant über den Zuführkanal und den Einlass in die zweite Kammer und somit durch die zweite Adsorptionseinrichtung und anschließend zum Zuführpfad, sodass die zweite Adsorptionseinrichtung als aktive Adsorptionseinrichtung fungiert. Demgegenüber strömt Fluid über den Rückführkanal und den Rückführanschluss in die erste Kammer und somit durch die erste Adsorptionseinrichtung, sodass die erste Adsorptionseinrichtung als passive Adsorptionseinrichtung fungiert. Die erste Anordnung entspricht also dem ersten Zustand der Schalteinrichtung, wohingegen die zweite Anordnung dem zweiten Zustand der Schalteinrichtung entspricht. Folglich ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie die Kammer im ersten Betriebsmodus in die erste Anordnung und im zweiten Betriebsmodus in die zweite Anordnung verstellt. Da das Verstellen zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand somit ohne weitere Ventile erfolgen kann, wird auf diese Weise der durch das Durchströmen von Ventilen bedingte Druckverlust reduziert. Somit kann das Brennstoffzellensystem effizienter betrieben werden.Alternatively, the switching device in the switching section can have a drum with two chambers which are separate from one another and in each of which an associated one of the adsorption devices is arranged. The drum thus has a first chamber, in which the first adsorption device is arranged, and a second chamber, separate from the first chamber, in which the second adsorption device is arranged. In addition, the drum has an inlet fluidically connected to the feed channel and a feed connector fluidically connected to the feed path. Furthermore, the drum has a return connection fluidically connected to the return path. The chambers together with the adsorption devices arranged therein can be moved between a first arrangement and a second arrangement. In the first arrangement, the inlet and the supply port are connected to the first chamber and the return port to the second chamber. In the first arrangement, reactant therefore flows through the feed channel and the inlet into the first chamber and flows through the first adsorption device, which functions as an active adsorption device. In addition, fluid flows via the return path and the return connection into the second chamber and thus through the second adsorption device, which functions as a passive adsorption device. Analogously to this and in the opposite way, in the second arrangement the inlet and the supply connection are fluidically connected to the second chamber and the return connection to the first chamber. Accordingly, reactant flows via the feed channel and the inlet into the second chamber and thus through the second adsorption device and then to the feed path, so that the second adsorption device functions as an active adsorption device. In contrast, fluid flows via the return channel and the return connection into the first chamber and thus through the first adsorption device, so that the first adsorption device functions as a passive adsorption device. The first arrangement thus corresponds to the first state of the switching device, whereas the second arrangement corresponds to the second state of the switching device. Consequently, the control device is designed in such a way that it moves the chamber into the first arrangement in the first operating mode and into the second arrangement in the second operating mode. Since the adjustment between the first state and the second state can thus take place without further valves, the pressure loss caused by the flow through valves is reduced in this way. The fuel cell system can thus be operated more efficiently.

Die erste Anordnung und die zweite Anordnung der Kammern können sich prinzipiell beliebig voneinander unterscheiden, d. h. durch eine beliebige Bewegung der Kammern relativ zueinander realisiert sein. Vorteilhaft sind die Kammern zu diesem Zweck drehbar in der Trommel aufgenommen. Beispielsweise können die Kammern durch eine Drehung um eine gemeinsame Drehachse bewegt somit zwischen der ersten Anordnung und der zweiten Anordnung verstellt werden. Dies ermöglicht ein einfaches und zuverlässiges Verstellen der Schalteinrichtung und somit ein vereinfachtes Betreiben des Brennstoffzellensystems.The first arrangement and the second arrangement of the chambers can in principle differ from one another as desired, i. H. be realized by any movement of the chambers relative to each other. For this purpose, the chambers are advantageously rotatably received in the drum. For example, the chambers can be moved between the first arrangement and the second arrangement by rotating them about a common axis of rotation. This enables simple and reliable adjustment of the switching device and thus simplified operation of the fuel cell system.

Vorstellbar ist es, dass der Rückführpfad zwischen einer Entnahmestelle im Zuführpfad, nachfolgend auch Reaktant-Entnahmestelle genannt, und dem Schaltabschnitt verläuft. Somit strömt gereinigter Reaktant als Fluid zum Regenerieren zur passiven Adsorptionseinrichtung.It is conceivable that the return path runs between an extraction point in the feed path, hereinafter also referred to as the reactant extraction point, and the switching section. Thus, purified reactant flows as a fluid for regeneration to the passive adsorption device.

Vorstellbar ist es ebenso, dass der Rückführpfad zwischen einer stromab der Brennstoffzelle angeordneten Entnahmestelle, nachfolgend auch Abgas-Entnahmestelle genannt, des Kanalsystems und dem Schaltabschnitt verläuft. Somit strömt Abgas als Fluid zum Regenerieren der passiven Adsorptionseinrichtung über den Rückführpfad zur passiven Adsorptionseinrichtung.It is also conceivable that the return path runs between an extraction point arranged downstream of the fuel cell, hereinafter also referred to as an exhaust gas extraction point, of the duct system and the switching section. Thus, exhaust gas flows as a fluid for regenerating the passive Adsorption device via the return path to the passive adsorption device.

Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, der passiven Adsorptionseinrichtung sowohl gereinigten Reaktanten als auch Abgas als Fluid zum Regenerieren zuzuführen. Zu diesem Zweck kann der Rückführpfad sowohl von der Reaktant-Entnahmestelle als auch von der Abgas-Entnahmestelle zum Schaltabschnitt verlaufen.It is of course also conceivable to supply the passive adsorption device with both purified reactants and exhaust gas as a fluid for regeneration. For this purpose, the return path can run both from the reactant withdrawal point and from the exhaust gas withdrawal point to the switching section.

Das Brennstoffzellensystem weist vorteilhaft eine Befeuchtungseinrichtung auf, die im Kanalsystem eingebunden und dem Befeuchten des Reaktanten stromauf der Brennstoffzelle und somit vor dem Zuführen des Reaktanten zur Brennstoffzelle dient. Insbesondere dient die Befeuchtungseinrichtung dem Befeuchten des gereinigten Reaktanten. Somit lässt sich das Brennstoffzellensystem, insbesondere die Brennstoffzelle, effizienter und mit einer erhöhten Lebensdauer betreiben. Insbesondere ist die Befeuchtungseinrichtung im Zuführpfad eingebunden. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die Reaktant-Entnahmestelle stromauf der Befeuchtungseinrichtung im Zuführpfad angeordnet ist. Somit wird verhindert, dass Wasser oder wasserdampfhaltiger Reaktant zur passiven Adsorptionseinrichtung gelangt oder die entsprechende Gefahr zumindest reduziert. Da Feuchtigkeit die jeweilige Adsorptionseinrichtung beschädigen und/oder beeinträchtigen kann, werden auf diese Weise derartige Beschädigungen und/oder Beeinträchtigungen der passiven Adsorptionseinrichtung verhindert oder zumindest reduziert.The fuel cell system advantageously has a humidifier which is integrated in the channel system and serves to humidify the reactant upstream of the fuel cell and thus before the reactant is supplied to the fuel cell. In particular, the humidifying device serves to humidify the purified reactants. The fuel cell system, in particular the fuel cell, can thus be operated more efficiently and with an increased service life. In particular, the humidifying device is integrated in the feed path. It is preferred here if the reactant removal point is arranged upstream of the humidifying device in the feed path. This prevents water or reactant containing water vapor from reaching the passive adsorption device or at least reducing the corresponding risk. Since moisture can damage and / or impair the respective adsorption device, such damage and / or impairments of the passive adsorption device are prevented or at least reduced in this way.

Die Anordnung der Befeuchtungseinrichtung im Zuführpfad führt dazu, dass die Befeuchtungseinrichtung von gereinigtem Reaktanten durchströmt wird. Somit werden durch Schadstoffe bedingte Beschädigungen und Beeinträchtigungen der Befeuchtungseinrichtung, die gewöhnlich zumindest eine Membran zum Befeuchten des Reaktanten aufweist, verhindert oder zumindest reduziert.The arrangement of the humidification device in the feed path means that purified reactants flow through the humidification device. Damage and impairments of the humidifying device, which usually has at least one membrane for humidifying the reactant, caused by pollutants, are thus prevented or at least reduced.

Die Befeuchtungseinrichtung ist vorteilhaft, vom Zuführpfad fluidisch getrennt, stromab der Brennstoffzelle im Kanalsystem eingebunden. Somit wird das Abgas, das wasser- oder dampfhaltig ist, zum Befeuchten des Reaktanten eingesetzt und der Betrieb des Brennstoffzellensystems somit effizienter. Bevorzugt ist es hierbei, wenn die Abgas-Entnahmestelle stromab der Befeuchtungseinrichtung im Kanalsystem angeordnet ist. Insbesondere kann die Abgas-Entnahmestelle stromabseitig der Befeuchtungseinrichtung an der Befeuchtungseinrichtung angeordnet sein. Somit wird verhindert, dass Wasser oder wasserdampfhaltiges Fluid zur passiven Adsorptionseinrichtung gelangt oder die entsprechende Gefahr zumindest reduziert. Da Feuchtigkeit die jeweilige Adsorptionseinrichtung beschädigen und/oder beeinträchtigen kann, werden auf diese Weise derartige Beschädigungen und/oder Beeinträchtigungen der passiven Adsorptionseinrichtung verhindert oder zumindest reduziert.The humidifying device is advantageously integrated in the channel system downstream of the fuel cell, fluidly separated from the supply path. The exhaust gas, which contains water or steam, is thus used to humidify the reactants and the operation of the fuel cell system is thus more efficient. It is preferred here if the exhaust gas extraction point is arranged downstream of the humidifying device in the duct system. In particular, the exhaust gas extraction point can be arranged downstream of the humidification device on the humidification device. This prevents water or fluid containing water vapor from reaching the passive adsorption device or at least reducing the corresponding risk. Since moisture can damage and / or impair the respective adsorption device, such damage and / or impairments of the passive adsorption device are prevented or at least reduced in this way.

Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen das durch die passive Adsorptionseinrichtung strömende Fluid anschließend aus dem Brennstoffzellensystem strömt. Somit wird insbesondere verhindert, dass schadstoffhaltiges Fluid anschließend zur Brennstoffzelle gelangt und diese somit beschädigt und/oder beeinträchtigt.Embodiments are considered advantageous in which the fluid flowing through the passive adsorption device then flows out of the fuel cell system. This in particular prevents fluid containing pollutants from subsequently reaching the fuel cell and thus damaging and / or impairing it.

Als bevorzugt gelten hierbei Ausführungsformen, bei denen das Fluid über die Schalteinrichtung aus dem Kanalsystem strömt. D. h., dass in zumindest einem der Betriebsmodi, vorteilhaft im jeweiligen Betriebsmodus, das durch die passive Adsorptionseinrichtung geströmte Fluid über die Schalteinrichtung aus dem Kanalsystem strömt. Dies führt zu einem vereinfachten Betreiben des Brennstoffzellensystems und/oder einer zuverlässigen Trennung zwischen den Strömungspfaden.Embodiments are preferred here in which the fluid flows out of the channel system via the switching device. This means that in at least one of the operating modes, advantageously in the respective operating mode, the fluid that has flowed through the passive adsorption device flows out of the channel system via the switching device. This leads to a simplified operation of the fuel cell system and / or a reliable separation between the flow paths.

Zum Auslassen des durch die passive Adsorptionseinrichtung geströmten Fluids kann die Schalteinrichtung prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Vorstellbar ist es insbesondere, dass der entsprechende Strömungspfad mit dem ersten Ventil bzw. einem Auslass der Trommel verbunden ist.In principle, the switching device can be designed in any way to discharge the fluid that has flowed through the passive adsorption device. It is particularly conceivable that the corresponding flow path is connected to the first valve or to an outlet of the drum.

Der Wechsel zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus kann prinzipiell beliebig initiiert sein. Insbesondere erfolgt der Wechsel derart, dass die jeweils aktive Adsorptionseinrichtung den Reaktanten in ausreichendem Maße von Schadstoffen befreit.The change between the first operating mode and the second operating mode can in principle be initiated as desired. In particular, the change takes place in such a way that the respectively active adsorption device frees the reactants from pollutants to a sufficient extent.

Vorstellbar ist es, zu diesem Zweck einen Wechsel zwischen den Betriebsmodi in vorgegebenen Zeitintervallen durchzuführen. Insbesondere ist es vorstellbar, einen Wechsel zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus in regelmäßigen, insbesondere periodischen, Zeitabständen durchzuführen.It is conceivable, for this purpose, to change between the operating modes at predetermined time intervals. In particular, it is conceivable to change between the first operating mode and the second operating mode at regular, in particular periodic, time intervals.

Alternativ oder zusätzlich ist es vorstellbar, bei einem Starten oder Beenden des Betriebs des Brennstoffzellensystems zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus zu wechseln.Alternatively or additionally, it is conceivable to switch between the first operating mode and the second operating mode when starting or ending the operation of the fuel cell system.

Sofern das Brennstoffzellensystem mit einer Volumenmessvorrichtung zum Ermitteln des durch zumindest einen Abschnitt des Kanalsystems strömenden Volumens ausgestattet ist, ist es alternativ oder zusätzlich vorstellbar, abhängig von dem zugeführten Volumen zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus zu wechseln.If the fuel cell system is equipped with a volume measuring device for determining the volume flowing through at least one section of the duct system, it is alternatively or additionally conceivable to switch between the first operating mode and the second operating mode depending on the supplied volume.

Ebenso ist es vorstellbar, im Kanalsystem eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln der Schadstoffkonzentration anzuordnen, um beim Überschreiten einer vorgegebenen Schadstoffkonzentration einen Wechsel zwischen dem aktuellen Betriebsmodus und dem anderen Betriebsmodus und somit zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus, durchzuführen. Zu diesem Zweck ist die Sensoreinrichtung zweckmäßig mit der Steuereinrichtung kommunizierend verbunden.It is also conceivable to arrange a sensor device in the sewer system for determining the pollutant concentration in order to switch between the current operating mode and the other operating mode and thus between the first operating mode and the second operating mode when a predetermined pollutant concentration is exceeded. For this purpose, the sensor device is expediently connected to the control device in a communicating manner.

Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung hierbei im Zuführkanal angeordnet und ermittelt somit die Schadstoffkonzentration zwischen der Brennstoffzelle und der aktiven Adsorptionseinrichtung.The sensor device is preferably arranged in the feed channel and thus determines the pollutant concentration between the fuel cell and the active adsorption device.

Es versteht sich, dass das Brennstoffzellensystem außer den genannten Betriebsmodi auch in anderen Betriebsmodi betrieben werden kann.It goes without saying that the fuel cell system can also be operated in other operating modes in addition to the operating modes mentioned.

Vorstellbar ist es insbesondere, das Brennstoffzellensystem in einem Regelbetrieb zu betreiben, in dem beide Adsorptionseinrichtungen als aktive Adsorptionseinrichtungen fungieren. Der Regelbetrieb liegt insbesondere dann vor, wenn beide Adsorptionseinrichtungen keiner Regeneration bedürfen.In particular, it is conceivable to operate the fuel cell system in a regular mode in which both adsorption devices function as active adsorption devices. Regular operation is particularly important when both adsorption devices do not require regeneration.

Das Brennstoffzellensystem kann prinzipiell in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Insbesondere kommt das Brennstoffzellensystem in Anwendungen zum Einsatz, bei denen eine erhöhte Betriebsdauer der Brennstoffzelle erwünscht und/oder notwendig ist. In derartigen Anwendungen kann das Brennstoffzellensystem durch den Wechsel zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus ohne Unterbrechung des Betriebs der Brennstoffzelle über erhöhte Betriebsdauern betrieben werden.The fuel cell system can in principle be used in any application. In particular, the fuel cell system is used in applications in which an increased operating time of the fuel cell is desired and / or necessary. In such applications, by changing between the first operating mode and the second operating mode, the fuel cell system can be operated for increased operating times without interrupting the operation of the fuel cell.

Das Brennstoffzellensystem kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Zu denken ist hierbei insbesondere an solche Kraftfahrzeuge, welche längere Betriebszeiten, insbesondere längere Fahrtstrecken erfordern. Als Beispiel sei hier auf Nutzfahrzeuge verwiesen.The fuel cell system is used in particular in a motor vehicle. One should think in particular of those motor vehicles which require longer operating times, in particular longer journeys. As an example, reference is made here to commercial vehicles.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures on the basis of the drawings.

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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

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 Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference symbols referring to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch

  • 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Brennstoffzellensystems in einem ersten Betriebsmodus,
  • 2 die Darstellung aus 1 bei einem zweiten Betriebsmodus des B ren nstoffze llensystem s,
  • 3 das Brennstoffzellensystem im ersten Betriebsmodus bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
  • 4 einen Schnitt im Bereich eines Schaltabschnitts des Brennstoffzellensystems bei einem weiteren Ausführungsbeispiel und im ersten Betriebsmodus,
  • 5 den Schnitt aus 4 beim zweiten Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems.
It show, each schematically
  • 1 a greatly simplified, circuit diagram-like representation of a fuel cell system in a first operating mode,
  • 2 the representation 1 in a second operating mode of the fuel cell system,
  • 3 the fuel cell system in the first operating mode in another embodiment,
  • 4th a section in the area of a switching section of the fuel cell system in a further embodiment and in the first operating mode,
  • 5 the cut out 4th in the second operating mode of the fuel cell system.

Ein Brennstoffzellensystem 1, wie es beispielsweise in den 1 bis 5 gezeigt ist, kann Bestandteil eines im Übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeugs 2, insbesondere Nutzfahrzeugs 3, sein. Das Brennstoffzellensystem 1 weist eine Brennstoffzelle 4 auf, die Bestandteil eines Brennstoffzellen-Stacks 5 sein kann. Die Brennstoffzelle 4 verbraucht einen Brennstoff sowie ein Oxidationsmittel als Reaktanten, um elektrische Energie zu erzeugen. Dabei entsteht Wasser oder wasserdampfhaltiges Abgas, insbesondere Wasser oder Wasserdampf. Die fluidische Versorgung der Brennstoffzelle 4 erfolgt über ein Kanalsystem 6 des Brennstoffzellensystems 1. Mit dem Kanalsystem 6 erfolgt vorzugsweise, wie in den gezeigten Ausführungsbeispielen, die Zuführung des Oxidationsmittels, beispielsweise von Luft, zur Brennstoffzelle 4 und das Abführen von Abgas von der Brennstoffzelle 4. Zum Fördern von Fluid durch das Kanalsystem 6 weist das Brennstoffzellensystem 1 eine Fördereinrichtung 7, insbesondere einen Kompressor 8, welche im Kanalsystem 1 angeordnet ist, auf. Im Betrieb saugt die Fördereinrichtung 7 Fluid an und fördert es in Richtung der Brennstoffzelle 4. Dementsprechend wird die stromabseitige Seite der Fördereinrichtung 7 auch als Druckseite 9 und die stromaufseitige Seite der Fördereinrichtung 7 als Saugseite 10 bezeichnet. Das Brennstoffzellensystem 1 weist ferner eine Adsorptionsvorrichtung 11 auf, die der Adsorption und somit dem Entfernen von Schadstoffen, beispielsweise Ammoniak, Schwefeldioxid, Kohlenwasserstoffen, Stickoxid und dergleichen aus dem Reaktanten, vorliegend also aus dem Oxidationsmittel, dient. Die Adsorptionsvorrichtung 11 weist zu diesem Zweck eine erste Adsorptionseinrichtung 12 sowie eine von der ersten Adsorptionseinrichtung separate zweite Adsorptionseinrichtung 13 auf, mit denen jeweils Schadstoffe aus dem Reaktanten entfernt und somit gereinigter Reaktant bereitgestellt werden kann. Die jeweilige Adsorptionseinrichtung 12, 13, weist zu diesem Zweck beispielsweise einen Filter 14, insbesondere einen Aktivkohlefilter 15, auf.A fuel cell system 1 as it is for example in the 1 to 5 shown can be part of a motor vehicle, otherwise not shown 2 , especially commercial vehicles 3 , be. The fuel cell system 1 has a fuel cell 4th on, which is part of a fuel cell stack 5 can be. The fuel cell 4th consumes a fuel as well as an oxidizer as reactants to generate electrical energy. This creates water or exhaust gas containing water vapor, in particular water or water vapor. The fluid supply of the fuel cell 4th takes place via a canal system 6th of the fuel cell system 1 . With the sewer system 6th Preferably, as in the exemplary embodiments shown, the oxidizing agent, for example air, is supplied to the fuel cell 4th and removing exhaust gas from the fuel cell 4th . For conveying fluid through the channel system 6th instructs the fuel cell system 1 a conveyor 7th , especially a compressor 8th , which in the sewer system 1 is arranged on. The conveyor system sucks during operation 7th Fluid and promotes it in the direction of the fuel cell 4th . Accordingly, the downstream side of the conveyor becomes 7th also as a print side 9 and the upstream side of the conveyor 7th as suction side 10 designated. The fuel cell system 1 further comprises an adsorption device 11 which is used for adsorption and thus the removal of pollutants, for example ammonia, sulfur dioxide, hydrocarbons, nitrogen oxide and the like, from the reactants, in the present case from the oxidizing agent. The adsorption device 11 has a first adsorption device for this purpose 12th and a second adsorption device separate from the first adsorption device 13th with each of which pollutants can be removed from the reactants and thus purified reactants can be provided. The respective adsorption device 12th , 13th For this purpose, for example, has a filter 14th , especially an activated carbon filter 15th , on.

Das Brennstoffzellensystem 1 ist in einem ersten, in den 1, 3 und 4 gezeigten Betriebsmodus 16 und einem in den 2 und 5 gezeigten zweiten Betriebsmodus 17 betreibbar.The fuel cell system 1 is in a first, in the 1 , 3 and 4th operating mode shown 16 and one in the 2 and 5 second operating mode shown 17th operable.

Im ersten Betriebsmodus 16 strömt Reaktant durch die erste Adsorptionseinrichtung 12, wobei die erste Adsorptionseinrichtung 12 aus dem Reaktanten Schadstoffe adsorbiert und somit entfernt und folglich gereinigten Reaktanten bereitstellt, der der Brennstoffzelle 4 zugeführt wird. Im ersten Betriebsmodus 16 wird zudem stromab der ersten Adsorptionseinrichtung 12 Fluid entnommen, aus dem also stromaufseitig mit der ersten Adsorptionseinrichtung 12 Schadstoffe adsorbiert wurden, und durch die zweite Adsorptionseinrichtung 13 geführt, um die zweite Adsorptionseinrichtung 13 zu regenerieren. Bei der Regeneration werden insbesondere adsorbierte und/oder abgelagerte Schadstoffe aus der zweiten Adsorptionseinrichtung 13 entfernt. Im zweiten Betriebsmodus 17 strömt Reaktant durch die zweite Adsorptionseinrichtung 13, wobei die zweite Adsorptionseinrichtung 13 aus dem Reaktanten Schadstoffe adsorbiert und somit entfernt und wobei der somit gereinigte Reaktant der Brennstoffzelle 4 zugeführt wird. Im zweiten Betriebsmodus 17 wird zudem stromab der zweiten Adsorptionseinrichtung 13 Fluid entnommen, aus dem also stromaufseitig mit der zweiten Adsorptionseinrichtung 13 Schadstoffe adsorbiert wurden, und durch die erste Adsorptionseinrichtung 12 geführt. In der Folge wird die erste Adsorptionseinrichtung 12 regeneriert, insbesondere adsorbierte und/oder abgelagerte Schadstoffe aus der zweiten Adsorptionseinrichtung 13 entfernt. Nachfolgend wird die jeweilige Adsorptionseinrichtung 12, 13, welche aus dem Reaktanten Schadstoffe adsorbiert und entfernt, um den Reaktanten nachfolgend als gereinigten Reaktanten der Brennstoffzelle 4 zuzuführen, als aktive Adsorptionseinrichtung 18 und die Adsorptionseinrichtung 12, 13, die regeneriert wird, als passive Adsorptionseinrichtung 19 bezeichnet. Im ersten Betriebsmodus 16 ist also die erste Adsorptionseinrichtung 12 die aktive Adsorptionseinrichtung 18 und die zweite Adsorptionseinrichtung 13 die passive Adsorptionseinrichtung 19. Demgegenüber ist im zweiten Betriebsmodus 17 die zweite Adsorptionseinrichtung 13 die aktive Adsorptionseinrichtung 18 und die erste Adsorptionseinrichtung 12 die passive Adsorptionseinrichtung 19. Somit kann die jeweilige Adsorptionseinrichtung 12, 13 in einem der Betriebsmodi 16, 17 regeneriert werden, ohne dass hierzu die Versorgung der Brennstoffzelle 4 mit Reaktant unterbrochen werden muss, also ohne dass ein Betrieb der Brennstoffzelle 4 gestoppt werden muss.In the first operating mode 16 reactant flows through the first adsorption device 12th , wherein the first adsorbent 12th pollutants are adsorbed from the reactants and thus removed and consequently purified reactants are made available to the fuel cell 4th is fed. In the first operating mode 16 is also downstream of the first adsorption device 12th Fluid removed, so from the upstream side with the first adsorption device 12th Pollutants were adsorbed, and by the second adsorption device 13th led to the second adsorption device 13th to regenerate. During the regeneration, in particular adsorbed and / or deposited pollutants are removed from the second adsorption device 13th away. In the second operating mode 17th reactant flows through the second adsorption device 13th , wherein the second adsorption device 13th adsorbed pollutants from the reactants and thus removed, and the thus purified reactant of the fuel cell 4th is fed. In the second operating mode 17th is also downstream of the second adsorption device 13th Fluid removed, so from the upstream side with the second adsorption device 13th Pollutants were adsorbed, and by the first adsorption device 12th guided. As a result, the first adsorption device 12th regenerated, in particular adsorbed and / or deposited pollutants from the second adsorption device 13th away. The respective adsorption device is described below 12th , 13th , which adsorbs pollutants from the reactants and removes them to the reactants subsequently as purified reactants of the fuel cell 4th feed, as an active adsorption device 18th and the adsorption device 12th , 13th that is regenerated, as a passive adsorbent 19th designated. In the first operating mode 16 is therefore the first adsorption device 12th the active adsorption device 18th and the second adsorbent 13th the passive adsorption device 19th . In contrast, it is in the second operating mode 17th the second adsorption device 13th the active adsorption device 18th and the first adsorbent 12th the passive adsorption device 19th . Thus, the respective adsorption device 12th , 13th in one of the operating modes 16 , 17th can be regenerated without supplying the fuel cell 4th must be interrupted with reactant, i.e. without the fuel cell being operated 4th must be stopped.

Das Verstellen bzw. Wechseln zwischen dem ersten Betriebsmodus 16 und dem zweiten Betriebsmodus 17 erfolgt mithilfe einer Schalteinrichtung 20, die im ersten Betriebsmodus 16 in einem ersten Zustand 21 und im zweiten Betriebszustand 17 in einen zweiten Zustand 22 verstellt ist. Zum Verstellen der Schalteinrichtung 20 weist das Brennstoffzellensystem 1 eine Steuereinrichtung 23 auf, die entsprechend ausgestaltet ist. Die Steuereinrichtung 23 ist, wie mit gestrichelten Linien angedeutet, mit der Schalteinrichtung 20 kommunizierend verbunden.Adjusting or changing between the first operating mode 16 and the second mode of operation 17th takes place with the help of a switching device 20th that are in the first operating mode 16 in a first state 21 and in the second operating state 17th into a second state 22nd is adjusted. For adjusting the switching device 20th instructs the fuel cell system 1 a control device 23 on, which is designed accordingly. The control device 23 is, as indicated with dashed lines, with the switching device 20th communicating connected.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist das Kanalsystem 6 einen Zuführkanal 24 zum Zuführen des Reaktanten zum Brennstoffzellensystem 2 auf. Im Zuführkanal 24 kann ein Partikelfilter 25 zum Entfernen von Partikeln aus dem Reaktanten angeordnet sein. Zudem weist das Kanalsystem 6 einen Schaltabschnitt 26 auf, der die Schalteinrichtung 20 enthalten oder von der Schalteinrichtung 20 begrenzt sein kann. Im Schaltabschnitt 26 führt ein erster Strömungspfad 27 durch die erste Adsorptionseinrichtung 12. Im Schaltabschnitt 26 ist ferner ein vom ersten Strömungspfad 27 fluidisch getrennter zweiter Strömungspfad 28 vorgesehen, der durch die zweite Adsorptionseinrichtung 13 führt. Stromab des Schaltabschnitts 26 führt ein Zuführpfad 29 zur Brennstoffzelle 4, über den im jeweiligen Betriebsmodus 16, 17 gereinigter Reaktant zur Brennstoffzelle 4 strömt. Zudem führt stromab des Schaltabschnitts 21 ein Rückführpfad 30 zurück zum Schaltabschnitt 21. Über den Rückführpfad 30 strömt im jeweiligen Betriebsmodus 16, 17 Fluid zum Regenerieren der passiven Adsorptionseinrichtung 19 zur passiven Adsorptionseinrichtung 19.In the exemplary embodiments shown, the channel system 6th a feed channel 24 for supplying the reactant to the fuel cell system 2 on. In the feed channel 24 can be a particulate filter 25th be arranged to remove particles from the reactant. In addition, the canal system 6th a switching section 26th on who the switching device 20th included or from the switching device 20th can be limited. In the switching section 26th a first flow path leads 27 through the first adsorption device 12th . In the switching section 26th is also one of the first flow path 27 fluidically separated second flow path 28 provided by the second adsorption device 13th leads. Downstream of the switching section 26th leads a feed path 29 to the fuel cell 4th , via the in the respective operating mode 16 , 17th purified reactant to the fuel cell 4th flows. It also leads downstream of the switching section 21 a return path 30th back to the switching section 21 . Via the return path 30th flows in the respective operating mode 16 , 17th Fluid for regenerating the passive adsorption device 19th to the passive adsorption device 19th .

In den gezeigten Ausführungsbeispielen verbindet die Schalteinrichtung 21 im ersten Betriebsmodus 16 den Zuführkanal 24 über den ersten Strömungspfad 27 mit dem Zuführpfad 29. Zudem wird eine fluidische Verbindung des Zuführkanals 24 mit dem zweiten Strömungspad 28 und somit mit der zweiten Adsorptionseinrichtung 13 unterbrochen. Ferner wird der Rückführpfad 30 fluidisch mit dem zweiten Strömungspfad 28 verbunden. Dies entspricht also dem ersten Zustand 21 der Schalteinrichtung 20. Im zweiten Betriebszustand 17 und somit im zweiten Zustand 22 der Schalteinrichtung 20 verbindet die Schalteinrichtung 20 den Zuführkanal 24 über den zweiten Strömungspfad 28 mit dem Zuführpfad 29. Zudem trennt die Schalteinrichtung 20 den ersten Strömungspfad 27 fluidisch vom Zuführkanal 24. Ferner wird im zweiten Zustand 22 der erste Strömungspfad 27 fluidisch mit dem Rückführpfad 30 verbunden.In the exemplary embodiments shown, the switching device connects 21 in the first operating mode 16 the feed channel 24 via the first flow path 27 with the feed path 29 . In addition, there is a fluidic connection of the feed channel 24 with the second flow pad 28 and thus with the second adsorption device 13th interrupted. Furthermore, the return path 30th fluidically with the second flow path 28 connected. So this corresponds to the first state 21 the switching device 20th . In the second operating state 17th and thus in the second state 22nd the switching device 20th connects the switching device 20th the feed channel 24 via the second flow path 28 with the feed path 29 . In addition, the switching device separates 20th the first flow path 27 fluidically from the feed channel 24 . Furthermore, in the second state 22nd the first flow path 27 fluidically with the return path 30th connected.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen strömt das durch die passive Adsorptionseinrichtung 19 strömende Fluid über die Schalteinrichtung 20 aus dem Kanalsystem 6. Zu diesem Zweck weist das Kanalsystem 6 einen Auslasskanal 38 auf.In the exemplary embodiments shown, this flows through the passive adsorption device 19th flowing fluid over the switching device 20th from the sewer system 6th . To this end, the canal system points 6th an exhaust port 38 on.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Fördereinrichtung 7 im Zuführpfad 29 angeordnet. Wie den 1 bis 3 entnommen werden kann, kann das Brennstoffzellensystem 1 ferner einen Kühler 31 zum Kühlen des Reaktanten sowie eine Befeuchtungseinrichtung 32 zum Befeuchten des Reaktanten aufweisen, welche jeweils im Zuführpfad 29 eingebunden sind und den gereinigten Reaktanten somit kühlen und befeuchten.In the exemplary embodiments shown, the conveying device is 7th in the feed path 29 arranged. Like that 1 to 3 can be removed, the fuel cell system 1 also a cooler 31 for cooling the reactants and a humidifier 32 have for moistening the reactant, which in each case in the feed path 29 are incorporated and thus cool and humidify the purified reactants.

Bei den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Schalteinrichtung 20 ein erstes Ventil 33 und ein zweites Ventil 34 auf, die jeweils als ein Mehrwegeventil 35 ausgebildet sind. Hierbei verlaufen die Strömungspfade 27, 28 zwischen den Ventilen 33, 34. Im ersten Betriebsmodus 16 und somit im ersten Zustand 21 der Schalteinrichtung 20 ist das jeweilige Ventil 33, 34 in eine erste Stellung 36, 37 verstellt. D. h., dass das erste Ventil 33 in eine erste Stellung 36 des ersten Ventils 33 und das zweite Ventil 34 in eine erste Stellung 37 des zweiten Ventils 34 verstellt ist. Das erste Ventil 33 verbindet in der ersten Stellung 36 den Zuführkanal 24 mit dem ersten Strömungspfad 27 und trennt den Zuführkanal 24 vom zweiten Strömungspfad 28. Das zweite Ventil 34 verbindet in der ersten Stellung 37 den ersten Strömungspfad 27 mit dem Zuführpfad 29 und trennt den zweiten Strömungspfad 28 vom Zuführpfad 29. Zudem verbindet das zweite Ventil 34 in der ersten Stellung 37 den Rückführpfad 30 mit dem zweiten Strömungspfad 28 und trennt den Rückführpfad 30 vom ersten Strömungspfad 27. Das erste Ventil 33 verbindet ferner in der ersten Stellung 36 den zweiten Strömungspfad 28 mit dem Auslasskanal 38 zum Auslassen des Fluids nach dem Durchströmen der passiven Adsorptionseinrichtung 19, im ersten Betriebsmodus 16 also der zweiten Adsorptionseinrichtung 13. Im zweiten Betriebsmodus 17 und somit im zweiten Zustand 22 der Schalteinrichtung 20 sind die Ventile 33, 34, jeweils in eine zweite Stellung 39, 40 verstellt. D. h., dass das erste Ventil 33 in eine zweite Stellung 39 des zweiten Ventils 33 und das zweite Ventil 34 in eine zweite Stellung 40 des zweiten Ventils 34 verstellt ist. In der zweiten Stellung 39 des ersten Ventils 33 verbindet das erste Ventil 33 den Zuführkanal 24 mit dem zweiten Strömungspfad 28 und trennt den ersten Strömungspfad 27 vom Zuführkanal 24. Das zweite Ventil 34 verbindet in der zweiten Stellung 40 des zweiten Ventils 34 den zweiten Strömungspfad 28 fluidisch mit dem Zuführkanal 29 und trennt den ersten Strömungspfad 27 fluidisch vom Zuführpfad 29. Zudem verbindet das zweite Ventil 34 in der zweiten Stellung 40 den Rückführpfad 30 mit dem ersten Strömungspfad 27. Das erste Ventil 34 verbindet in der zweiten Stellung 39 den ersten Strömungspfad 27 fluidisch mit dem Auslasskanal 38. In the 1 to 3 The switching device has shown embodiments 20th a first valve 33 and a second valve 34 on, each as a multi-way valve 35 are trained. The flow paths run here 27 , 28 between the valves 33 , 34 . In the first operating mode 16 and thus in the first state 21 the switching device 20th is the respective valve 33 , 34 in a first position 36 , 37 adjusted. That is, the first valve 33 in a first position 36 of the first valve 33 and the second valve 34 in a first position 37 of the second valve 34 is adjusted. The first valve 33 connects in the first position 36 the feed channel 24 with the first flow path 27 and separates the feed channel 24 from the second flow path 28 . The second valve 34 connects in the first position 37 the first flow path 27 with the feed path 29 and separates the second flow path 28 from the feed path 29 . In addition, the second valve connects 34 in the first position 37 the return path 30th with the second flow path 28 and separates the return path 30th from the first flow path 27 . The first valve 33 also connects in the first position 36 the second flow path 28 with the exhaust port 38 for discharging the fluid after flowing through the passive adsorption device 19th , in the first operating mode 16 so the second adsorption device 13th . In the second operating mode 17th and thus in the second state 22nd the switching device 20th are the valves 33 , 34 , each in a second position 39 , 40 adjusted. That is, the first valve 33 in a second position 39 of the second valve 33 and the second valve 34 in a second position 40 of the second valve 34 is adjusted. In the second position 39 of the first valve 33 connects the first valve 33 the feed channel 24 with the second flow path 28 and separates the first flow path 27 from the feed channel 24 . The second valve 34 connects in the second position 40 of the second valve 34 the second flow path 28 fluidically with the feed channel 29 and separates the first flow path 27 fluidically from the feed path 29 . In addition, the second valve connects 34 in the second position 40 the return path 30th with the first flow path 27 . The first valve 34 connects in the second position 39 the first flow path 27 fluidically with the outlet channel 38 .

Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 wird zum Regenerieren der passiven Adsorptionseinrichtung 19 gereinigter Reaktant als Fluid vom Zuführpfad 29 entnommen. Dementsprechend verläuft der Rückführpfad 30 zwischen einer Entnahmestelle 41 im Zuführpfad 29, nachfolgend auch Reaktant-Entnahmestelle 41 genannt, und dem Schaltabschnitt 26, insbesondere dem zweiten Ventil 34. Die Reaktant-Entnahmestelle 41 ist vorteilhaft und wie gezeigt stromauf der Befeuchtungseinrichtung 32 angeordnet. Zudem kann die Reaktant-Entnahmestelle 41 stromab des Kühlers 31 angeordnet sein.In the embodiment of 1 and 2 is used to regenerate the passive adsorption device 19th purified reactant as fluid from the feed path 29 taken. The return path runs accordingly 30th between an extraction point 41 in the feed path 29 , hereinafter also reactant withdrawal point 41 called, and the switching section 26th , especially the second valve 34 . The reactant withdrawal point 41 is advantageous and, as shown, upstream of the humidifying device 32 arranged. In addition, the reactant withdrawal point 41 downstream of the cooler 31 be arranged.

Im Ausführungsbeispiel der 3, das in 3 im ersten Betriebszustand 21 gezeigt ist, der zweite Betriebszustand 22 aber analog zur 2 umgesetzt sein kann, wird zum Regenerieren der passiven Adsorptionseinrichtung 19 stromab der Brennstoffzelle 4 Abgas als Fluid entnommen. Dementsprechend verläuft der Rückführpfad 30 zwischen einer Entnahmestelle 42, nachfolgend auch Abgas-Entnahmestelle 42 genannt, und dem Schaltabschnitt 26, insbesondere dem zweiten Ventil 34. In dem jeweiligen Ausführungsbeispiel wird also das Fluid zum Regenerieren der passiven Adsorptionseinrichtung 19 stromab der Schalteinrichtung 26 und somit stromab der aktiven Adsorptionseinrichtung 18 entnommen. Hierbei ist in dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 das Fluid der gereinigte Reaktant und im Ausführungsbeispiel der 3 das Fluid das Abgas. Wie in 3 gestrichelt dargestellt, kann der Rückführpfad 30 auch einer Kombination beider Varianten entsprechen, d. h. sowohl zwischen der Reaktant-Entnahmestelle 41 und dem Schaltabschnitt 26 als auch zwischen der Abgas-Entnahmestelle 42 und dem Schaltabschnitt 26 verlaufen. Dementsprechend kann das Fluid einem Gemisch aus gereinigtem Reaktant und Abgas entsprechen.In the embodiment of 3 , this in 3 in the first operating state 21 the second operating state is shown 22nd but analogous to 2 can be implemented, is used to regenerate the passive adsorption device 19th downstream of the fuel cell 4th Exhaust gas taken as a fluid. The return path runs accordingly 30th between an extraction point 42 , hereinafter also exhaust gas extraction point 42 called, and the switching section 26th , especially the second valve 34 . In the respective exemplary embodiment, the fluid is used to regenerate the passive adsorption device 19th downstream of the switching device 26th and thus downstream of the active adsorption device 18th taken. Here is in the embodiment of 1 and 2 the fluid is the purified reactant and in the embodiment of FIG 3 the fluid the exhaust gas. As in 3 shown in dashed lines, the return path 30th also correspond to a combination of both variants, ie both between the reactant withdrawal point 41 and the switching section 26th as well as between the exhaust gas extraction point 42 and the switching section 26th run away. Accordingly, the fluid can correspond to a mixture of purified reactant and exhaust gas.

Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die Befeuchtungseinrichtung 32 stromab der Brennstoffzelle 4 und vom Zuführpfad 29 getrennt ebenfalls im Kanalsystem 6 eingebunden, sodass zum Befeuchten des Reaktanten Wasser oder Wasserdampf vom Abgas auf den Reaktanten übertragen wird. Hierbei ist die Abgas-Entnahmestelle 42 stromabseitig der Befeuchtungseinrichtung 32, insbesondere an der Befeuchtungseinrichtung 32, angeordnet.In the embodiment of 3 is the humidifier 32 downstream of the fuel cell 4th and from the feed path 29 also separately in the sewer system 6th incorporated so that water or water vapor is transferred from the exhaust gas to the reactant to moisten the reactant. Here is the exhaust gas extraction point 42 downstream of the humidifier 32 , especially on the humidifier 32 , arranged.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die jeweilige Entnahmestelle 41, 42 im Kanalsystem 6 auf der Druckseite 9 der Fördereinrichtung 7 angeordnet. Somit fördert die Fördereinrichtung 7 in beiden Betriebsmodi 16, 17 sowohl den Reaktanten durch die aktive Adsorptionseinrichtung 18 und zur Brennstoffzelle 4 als auch das Fluid durch die passive Adsorptionseinrichtung 19.In the exemplary embodiments shown, the respective extraction point is 41 , 42 in the sewer system 6th on the print side 9 the conveyor 7th arranged. The conveyor thus promotes 7th in both operating modes 16 , 17th both the reactants through the active adsorption device 18th and to the fuel cell 4th as well as the fluid through the passive adsorption device 19th .

In den gezeigten Ausführungseispielen ist im Rückführpfad 30 eine Drosseleinrichtung 43, insbesondere ein Drosselventil 44, angeordnet, um die Strömung des Fluids zur passiven Adsorptionseinrichtung 19 zu regulieren, insbesondere zu reduzieren.In the exemplary embodiments shown, there is in the return path 30th a throttle device 43 , especially a throttle valve 44 , arranged to control the flow of the fluid to the passive adsorption device 19th to regulate, in particular to reduce.

In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems 1 dargestellt, wobei die 4 und 5 einen Schnitt durch das Brennstoffzellensystem 1 im Bereich des Schaltabschnitts 26 zeigen. Hierbei zeigt 4 den ersten Zustand 21 der Schalteinrichtung 20 und somit den ersten Betriebszustand 16, wohingegen 5 den zweiten Zustand 22 der Schalteinrichtung 20 und somit den zweiten Betriebsmodus 17 zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen durch die Ausgestaltung der Schalteinrichtung 20. Die in den 4 und 5 gezeigte Schalteinrichtung 20 weist eine Trommel 45 mit einem mit dem Zuführkanal 24 fluidisch verbundenen Einlass 46 und einem fluidisch mit dem Auslasskanal 38 verbundenen Auslass 47 auf. Die Trommel 45 weist ferner einen mit dem Zuführpfad 29 fluidisch verbundenen Zuführanschluss 48 und einen mit dem Rückführpfad 30 fluidisch verbundenen Rückführanschluss 49 auf. In dem gezeigten Beispiel sind der Einlass 46 und der Zuführanschluss 48 gegenüberliegend angeordnet. Zudem sind der Auslass 47 und der Rückführanschluss 49 gegenüberliegend angeordnet. Innerhalb der Trommel 45 weist die Schalteinrichtung 20 eine erste Kammer 50 und eine von der ersten Kammer 50 separate zweite Kammer 51 auf. In der ersten Kammer 50 ist die erste Adsorptionseinrichtung 12 und in der zweiten Kammer 51 die zweite Adsorptionseinrichtung 13 angeordnet. Die Kammern 50, 51 samt darin aufgenommener, zugehöriger Adsorptionseinrichtung 12, 13 sind zwischen einer in 4 gezeigten ersten Anordnung 52 und einer in 5 gezeigten zweiten Anordnung 53 bewegbar und somit verstellbar. Zu diesem Zweck können die Kammern 50, 51 und somit Adsorptionseinrichtungen 12, 13 um eine nicht gezeigte und in der Schnittebene liegende Drehachse drehbar sein. In der ersten Anordnung 52 ist die erste Kammer 50 und somit die erste Adsorptionseinrichtung 12 mit dem Einlass 46 und dem Zuführanschluss 48 fluidisch verbunden. In der Folge ist die erste Adsorptionseinrichtung 12 fluidisch mit dem Zuführkanal 24 und dem Zuführpfad 29 verbunden. Demgegenüber ist in der ersten Anordnung 52 die zweite Kammer 51 und somit die zweite Adsorptionseinrichtung 13 mit dem Rückführanschluss 49 und dem Auslass 47 und folglich mit dem Rückführpfad 30 und dem Auslasskanal 38 fluidisch verbunden. In der ersten Anordnung 52 fungiert also die erste Adsorptionseinrichtung 12 als aktive Adsorptionseinrichtung 18, wohingegen die zweite Adsorptionseinrichtung 13 als passive Adsorptionseinrichtung 19 fungiert. In der zweiten Anordnung 53 sind die Kammern 50, 51 analog in umgekehrter Weise angeordnet. Hierbei ist die zweite Kammer 51 fluidisch mit dem Einlass 46 und dem Zuführanschluss 48 und folglich mit dem Zuführkanal 24 und dem Zuführpfad 29 verbunden, wohingegen die erste Kammer 50 und somit die erste Adsorptionseinrichtung 12 fluidisch mit dem Rückführanschluss 49 und dem Auslass 47 und somit mit dem Rückführpfad 30 und dem Auslasskanal 38 verbunden sind. In der zweiten Anordnung 53 fungiert somit die zweite Adsorptionseinrichtung 13 als aktive Adsorptionseinrichtung 18, wohingegen die erste Adsorptionseinrichtung 12 als passive Adsorptionseinrichtung 19 fungiert.In the 4th and 5 is another embodiment of the fuel cell system 1 shown, with the 4th and 5 a section through the fuel cell system 1 in the area of the switching section 26th demonstrate. Here shows 4th the first state 21 the switching device 20th and thus the first operating state 16 , whereas 5 the second state 22nd the switching device 20th and thus the second operating mode 17th shows. This embodiment differs from that in FIGS 1 to 3 Embodiments shown by the design of the switching device 20th . The ones in the 4th and 5 switching device shown 20th has a drum 45 with one with the feed channel 24 fluidly connected inlet 46 and one fluidically to the outlet channel 38 connected outlet 47 on. The drum 45 also has one with the feed path 29 fluidically connected supply connection 48 and one with the return path 30th fluidically connected return connection 49 on. In the example shown are the inlet 46 and the feed connector 48 arranged opposite one another. Also are the outlet 47 and the return port 49 arranged opposite one another. Inside the drum 45 has the switching device 20th a first chamber 50 and one from the first chamber 50 separate second chamber 51 on. In the first chamber 50 is the first adsorption device 12th and in the second chamber 51 the second adsorption device 13th arranged. The chambers 50 , 51 including the associated adsorption device incorporated therein 12th , 13th are between an in 4th shown first arrangement 52 and one in 5 second arrangement shown 53 movable and therefore adjustable. To this end, the chambers 50 , 51 and thus adsorption devices 12th , 13th be rotatable about an axis of rotation not shown and lying in the cutting plane. In the first arrangement 52 is the first chamber 50 and thus the first adsorption device 12th with the inlet 46 and the feed port 48 fluidically connected. The next is the first adsorption device 12th fluidically with the feed channel 24 and the feed path 29 connected. In contrast, in the first arrangement 52 the second chamber 51 and thus the second adsorption device 13th with the return connection 49 and the outlet 47 and consequently with the return path 30th and the outlet duct 38 fluidically connected. In the first arrangement 52 so functions the first adsorption device 12th as an active adsorption device 18th , whereas the second adsorption device 13th as a passive adsorption device 19th acts. In the second arrangement 53 are the chambers 50 , 51 arranged analogously in reverse. Here is the second chamber 51 fluidic with the inlet 46 and the feed port 48 and consequently with the feed channel 24 and the feed path 29 connected, whereas the first chamber 50 and thus the first adsorption device 12th fluidically with the return connection 49 and the outlet 47 and thus with the return path 30th and the outlet duct 38 are connected. In the second arrangement 53 thus functions the second adsorption device 13th as an active adsorption device 18th , whereas the first adsorption device 12th as a passive adsorption device 19th acts.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Steuereinrichtung 23 jeweils derart ausgestaltet, dass sie die Schalteinrichtung 20 im ersten Betriebsmodus 16 in den ersten Zustand 21 und im zweiten Betriebsmodus 17 in den zweiten Zustand 22 verstellt.In the exemplary embodiments shown, the control device is 23 each designed in such a way that it is the switching device 20th in the first operating mode 16 in the first state 21 and in the second operating mode 17th in the second state 22nd adjusted.

Das Verstellen zwischen dem ersten Betriebsmodus 16 und dem zweiten Betriebsmodus 17 kann zu vorgegebenen, definierten Zeitpunkten, beispielsweise bei einem Start und/oder einem Stopp des Brennstoffzellensystems 1, insbesondere des zugehörigen Kraftfahrzeugs 2, erfolgen. Ebenso kann der Wechsel in vorgegebenen Zeitintervallen erfolgen. Vorstellbar ist es auch, den Wechsel zwischen dem ersten Betriebsmodus 16 und dem zweiten Betriebsmodus 17 durchzuführen, wenn durch die jeweils aktive Adsorptionseinrichtung 18 ein vorgegebenes Volumen des Reaktanten geströmt ist. Hierzu kann im Zuführkanal 24 und/oder im Zuführpfad 29 eine nicht gezeigte Einrichtung zum Ermitteln des Massenstroms vorgesehen sein.Adjusting between the first operating mode 16 and the second mode of operation 17th can at predetermined, defined times, for example when the fuel cell system is started and / or stopped 1 , in particular of the associated motor vehicle 2 , respectively. The change can also take place at specified time intervals. It is also conceivable to switch between the first operating mode 16 and the second mode of operation 17th to be carried out if by the respectively active adsorption device 18th a given volume of the reactant has flowed. This can be done in the feed channel 24 and / or in the feed path 29 a device (not shown) for determining the mass flow can be provided.

Ist das Brennstoffzellensystem 1 Bestandteil eines Kraftfahrzeugs 2, so kann der Wechsel zwischen den Betriebsmodi 16, 17 auch nach Ablauf von gewissen Laufleistungen des Kraftfahrzeugs, insbesondere nach vorgegebenen Kilometerleistungen des Kraftfahrzeugs 2, erfolgen.Is the fuel cell system 1 Part of a motor vehicle 2 so you can switch between the operating modes 16 , 17th even after certain mileages of the motor vehicle have expired, in particular after specified mileage of the vehicle 2 , respectively.

Wie in den 1 bis 3 gezeigt, kann das Brennstoffzellensystem 1 auch eine Sensoreinrichtung 54 aufweisen, welche derart ausgestaltet ist, dass sie die Konzentration von Schadstoffen im Kanalsystem 6 ermittelt. Die Sensoreinrichtung 54 ist hierbei kommunizierend mit der Steuereinrichtung 23 verbunden. Dabei kann ein Wechsel zwischen dem ersten Betriebsmodus 16 und dem zweiten Betriebsmodus 17 erfolgen, wenn die Sensoreinrichtung 24 im Kanalsystem 6 eine Konzentration von Schadstoffen ermittelt, die oberhalb eines vorgegebenen Sollwerts liegt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Sensoreinrichtung 54 derart angeordnet, dass sie die Konzentration von Schadstoffen im Zuführpfad 29 und somit des von der aktiven Adsorptionseinrichtung 18 gereinigten Reaktanten ermittelt. Dabei kann die Sensoreinrichtung 54 beispielsweise die Konzentration von Schadstoffen zwischen der Fördereinrichtung 7 und dem Kühler 31 ermitteln.As in the 1 to 3 shown, the fuel cell system 1 also a sensor device 54 have, which is designed in such a way that it reduces the concentration of pollutants in the sewer system 6th determined. The sensor device 54 is communicating with the control device 23 connected. A change can be made between the first operating mode 16 and the second mode of operation 17th take place when the sensor device 24 in the sewer system 6th a concentration of pollutants is determined which is above a predetermined target value. In the exemplary embodiments shown, the sensor device is 54 arranged in such a way that it reduces the concentration of pollutants in the feed path 29 and thus that of the active adsorbent 18th purified reactants determined. The sensor device 54 for example the concentration of pollutants between the conveyor 7th and the cooler 31 determine.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 10230283 A1 [0003]DE 10230283 A1 [0003]

Claims (15)

Brennstoffzellensystem (1), - mit einer Brennstoffzelle (4), - mit einem Kanalsystem (6) zum Zuführen eines Reaktanten zur Brennstoffzelle (4) und zum Abführen von Abgas von der Brennstoffzelle (4), - mit einer im Kanalsystem (6) angeordneten Fördereinrichtung (7) zum Fördern von Fluid durch das Kanalsystem (6), - mit einer Adsorptionsvorrichtung (11) im Kanalsystem (6) zum Adsorbieren von Schadstoffen aus dem Reaktanten stromauf der Brennstoffzelle (4), dadurch gekennzeichnet, - dass die Adsorptionsvorrichtung (11) eine erste Adsorptionseinrichtung (12) zum Adsorbieren von Schadstoffen und eine von der ersten Adsorptionseinrichtung (12) separate zweite Adsorptionseinrichtung (13) zum Adsorbieren von Schadstoffen aufweist, - dass das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass es in einem ersten Betriebsmodus (16) und einem zweiten Betriebsmodus (17) betreibbar ist, wobei im ersten Betriebsmodus: • Reaktant durch die erste Adsorptionseinrichtung (12) und anschließend zur Brennstoffzelle (4) strömt, • Fluid stromab der ersten Adsorptionseinrichtung (12) zur zweiten Adsorptionseinrichtung (13) strömt und die zweite Adsorptionseinrichtung (13) somit regeneriert, wobei im zweiten Betriebsmodus: • Reaktant durch die zweite Adsorptionseinrichtung (13) und anschließend zur Brennstoffzelle (2) strömt, • Fluid stromab der zweiten Adsorptionseinrichtung (13) zur ersten Adsorptionseinrichtung (12) strömt und die erste Adsorptionseinrichtung(12) somit regeneriert, - dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Schalteinrichtung (20) aufweist, die zum Wechseln zwischen dem ersten Betriebsmodus (16) und dem zweiten Betriebsmodus (17) zwischen einem ersten Zustand (21) und einem zweiten Zustand (22) verstellbar ist, - dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Steuereinrichtung (23) aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie die Schalteinrichtung (20) im ersten Betriebsmodus (16) in den ersten Zustand (21) und im zweiten Betriebsmodus (17) in den zweiten Zustand (22) verstellt.Fuel cell system (1), - with a fuel cell (4), - with a channel system (6) for supplying a reactant to the fuel cell (4) and for discharging exhaust gas from the fuel cell (4), - with one arranged in the channel system (6) Conveying device (7) for conveying fluid through the channel system (6), - with an adsorption device (11) in the channel system (6) for adsorbing pollutants from the reactants upstream of the fuel cell (4), characterized in - that the adsorption device (11 ) has a first adsorption device (12) for adsorbing pollutants and a second adsorption device (13), separate from the first adsorption device (12), for adsorbing pollutants, - that the fuel cell system (1) is designed such that it is in a first operating mode ( 16) and a second operating mode (17) can be operated, wherein in the first operating mode: • reactant through the first adsorption device (12) and then to Fuel cell (4) flows, • Fluid flows downstream of the first adsorption device (12) to the second adsorption device (13) and the second adsorption device (13) thus regenerates, whereby in the second operating mode: • Reactant through the second adsorption device (13) and then to the fuel cell (2) flows, • fluid flows downstream of the second adsorption device (13) to the first adsorption device (12) and thus regenerates the first adsorption device (12), - that the fuel cell system (1) has a switching device (20) which is used to switch between the first operating mode (16) and the second operating mode (17) can be adjusted between a first state (21) and a second state (22), - that the fuel cell system (1) has a control device (23) which is designed such that it the switching device (20) in the first operating mode (16) in the first state (21) and in the second operating mode (17) in the second state (22) adjusted. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (7) derart angeordnet ist, dass sie in beiden Betriebsmodi (16, 17) den Reaktanten und das Fluid durch beide Adsorptionseinrichtungen (12, 13) fördert.Fuel cell system according to Claim 1 , characterized in that the conveying device (7) is arranged in such a way that it conveys the reactants and the fluid through both adsorption devices (12, 13) in both operating modes (16, 17). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das Kanalsystem (6) einen Zuführkanal (24) zum Zuführen des Reaktanten aufweist, - dass das Kanalsystem (6) einen Schaltabschnitt (26) aufweist, - dass im Schaltabschnitt (26) ein erster Strömungspfad (27) durch die erste Adsorptionseinrichtung (12) führt, - dass im Schaltabschnitt (26) ein vom ersten Strömungspfad (27) getrennter zweiter Strömungspfad (28) durch die zweite Adsorptionseinrichtung (13) führt, - dass stromab des Schaltabschnitts (26) ein Zuführpfad (29) zur Brennstoffzelle (4) führt, - dass stromab des Schaltabschnitts (26) ein Rückführpfad (30) zum Schaltabschnitt (26) führt, - dass die Schalteinrichtung (20) derart ausgestaltet ist, dass sie • im ersten Zustand (21) den Zuführkanal (24) über den ersten Strömungspfad (27) mit dem Zuführpfad (28) verbindet, so dass Reaktant über die erste Adsorptionseinrichtung (12) und den Zuführpfad (29) zur Brennstoffzelle (4) strömt, • im ersten Zustand (21) den Rückführpfad (30) mit dem zweiten Strömungspfad (28) verbindet, so dass Fluid über den Rückführpfad (30) durch die zweite Adsorptionseinrichtung (13) strömt, • im zweiten Zustand (22) den Zuführkanal (24) über den zweiten Strömungspfad (28) mit dem Zuführpfad (29) verbindet, so dass Reaktant über die zweite Adsorptionseinrichtung (13) und den Zuführpfad (29) zur Brennstoffzelle (4) strömt, • im zweiten Zustand (22) den Rückführpfad (30) mit dem ersten Strömungspfad (27) verbindet, so dass Fluid über den Rückführpfad (30) durch die erste Adsorptionseinrichtung (12) strömt.Fuel cell system according to Claim 1 or 2 , characterized in - that the channel system (6) has a supply channel (24) for supplying the reactants, - that the channel system (6) has a switching section (26), - that a first flow path (27) through the switching section (26) the first adsorption device (12) leads, - that in the switching section (26) a second flow path (28) separated from the first flow path (27) leads through the second adsorption device (13), - that downstream of the switching section (26) a feed path (29) leads to the fuel cell (4), - that downstream of the switching section (26) a return path (30) leads to the switching section (26), - that the switching device (20) is designed in such a way that it • in the first state (21) the feed channel ( 24) connects via the first flow path (27) to the supply path (28) so that reactant flows via the first adsorption device (12) and the supply path (29) to the fuel cell (4), • in the first state (21) the return path ( 30) with the second stream connection path (28) so that fluid flows via the return path (30) through the second adsorption device (13), • in the second state (22) connects the supply channel (24) via the second flow path (28) to the supply path (29) , so that reactant flows via the second adsorption device (13) and the feed path (29) to the fuel cell (4), • in the second state (22) connects the return path (30) with the first flow path (27) so that fluid flows through the Return path (30) flows through the first adsorption device (12). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (20) zumindest ein Ventil (33, 34) aufweist, das im jeweiligen Zustand (21, 222) in eine zugehörige Stellung (36, 37, 39, 40) verstellt ist.Fuel cell system according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the switching device (20) has at least one valve (33, 34) which in the respective state (21, 222) is adjusted to an associated position (36, 37, 39, 40). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schalteinrichtung (20) ein erstes Ventil (33) und ein zweites Ventil (34) aufweist, die jeweils zwischen zwei Stellungen (36, 37, 39, 40) verstellbar sind, - dass der Schaltabschnitt (26) zwischen den Ventilen (33, 34) verläuft, - dass das erste Ventil (33) in einer ersten Stellung (36) den Zuführkanal (24) mit dem ersten Strömungspfad (27) fluidisch verbindet und vom zweiten Strömungspfad (28) fluidisch trennt, - dass das zweite Ventil (34) in einer ersten Stellung (37) den ersten Strömungspfad (27) fluidisch mit dem Zuführpfad (29) verbindet und den zweiten Strömungspfad (28) vom Zuführpfad (29) fluidisch trennt, - dass das zweite Ventil (34) in der ersten Stellung (37) den zweiten Strömungspfad (28) fluidisch mit dem Rückführpfad (30) verbindet und den ersten Strömungspfad (27) fluidisch von Rückführpfad (30) trennt, - dass das erste Ventil (33) in einer zweiten Stellung (39) den Zuführkanal (24) mit dem zweiten Strömungspfad (28) fluidisch verbindet und vom ersten Strömungspfad (27) fluidisch trennt, - dass das zweite Ventil (34) in einer zweiten Stellung (40) den zweiten Strömungspfad (28) fluidisch mit dem Zuführpfad (29) verbindet und den ersten Strömungspfad (27) von Zuführpfad (29) fluidisch trennt, - dass das zweite Ventil (34) in der zweiten Stellung (40) den ersten Strömungspfad (27) fluidisch mit dem Rückführpfad (30) verbindet und den zweiten Strömungspfad (28) fluidisch von Rückführpfad (30) trennt, - dass die Steuereinrichtung (23) derart ausgestaltet ist, dass sie die Ventile (33, 34) im ersten Betriebsmodus (16) jeweils in die erste Stellung (36, 37) und im zweiten Betriebsmodus (17) jeweils in die zweite Stellung (39, 40) verstellt.Fuel cell system according to Claim 4 , characterized in that - that the switching device (20) has a first valve (33) and a second valve (34), each of which can be adjusted between two positions (36, 37, 39, 40), - that the switching section (26) runs between the valves (33, 34), that the first valve (33) in a first position (36) fluidly connects the supply channel (24) with the first flow path (27) and fluidically separates it from the second flow path (28), - that the second valve (34) in a first position (37) fluidly connects the first flow path (27) to the supply path (29) and fluidically separates the second flow path (28) from the supply path (29), - that the second valve (34) in the first position (37) the second flow path (28) fluidly connects to the return path (30) and fluidically separates the first flow path (27) from the return path (30), - that the first valve (33) in a second position (39) the supply channel (24) with the second flow path (28) fluidly connects and fluidically separates from the first flow path (27), - that the second valve (34) in a second position (40) fluidly connects the second flow path (28) to the supply path (29) and the first flow path (27) ) fluidically separates from the feed path (29), - d the second valve (34) in the second position (40) fluidly connects the first flow path (27) to the return path (30) and fluidically separates the second flow path (28) from the return path (30), - that the control device (23) is designed in such a way that it moves the valves (33, 34) into the first position (36, 37) in the first operating mode (16) and into the second position (39, 40) in the second operating mode (17). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die Schalteinrichtung (20) im Schaltabschnitt (26) eine Trommel (45) mit einer ersten Kammer (50) und einer von der ersten Kammer (50) separaten zweite Kammer (51) aufweist, - dass die erste Adsorptionseinrichtung (12) in der ersten Kammer (50) und die zweite Adsorptionseinrichtung (13) in der zweiten Kammer (51) angeordnet ist, - dass die Trommel (45) einen mit dem Zuführkanal (24) fluidischen verbundenen Einlass (46) und einen mit dem Zuführpfad (29) fluidisch verbundenen Zuführanschluss (48) und einen mit dem Rückführpfad (30) fluidisch verbundenen Rückführanschluss (49) aufweist, - dass die Kammern (50, 51) zwischen einer ersten Anordnung (52) und einer zweiten Anordnung (53) bewegbar sind, - dass in der ersten Anordnung (52) der Einlass (46) und der Zuführanschluss (48) mit der ersten Kammer (50) und der Rückführanschluss (48) mit der zweiten Kammer (51) verbunden sind, - dass in der zweiten Anordnung (53) der Einlass (46) und der Zuführanschluss (48) mit der zweiten Kammer (51) und der Rückführanschluss (49) mit der ersten Kammer (50) verbunden sind, - dass die Steuereinrichtung (23) derart ausgestaltet ist, dass sie Kammern (50 ,51) im ersten Betriebsmodus (16) in die erste Anordnung (52) und im zweiten Betriebsmodus (17) in die zweite Anordnung (53) bewegt.Fuel cell system according to one of the Claims 3 to 5 Characterized in that - the switching device (20) in the switching section (26) comprises a drum (45) having a first chamber (50) and separate from the first chamber (50), second chamber (51), - that the first adsorption (12) is arranged in the first chamber (50) and the second adsorption device (13) is arranged in the second chamber (51), - that the drum (45) has an inlet (46) fluidly connected to the feed channel (24) and one with the feed path (29) fluidically connected feed connection (48) and a return connection (49) fluidically connected to the return path (30), - that the chambers (50, 51) between a first arrangement (52) and a second arrangement (53) are movable, - that in the first arrangement (52) the inlet (46) and the supply connection (48) are connected to the first chamber (50) and the return connection (48) are connected to the second chamber (51), - that in the second arrangement (53) the inlet (46) and the supply connection (48) are connected to the second chamber (51) and the return connection (49) are connected to the first chamber (50), - that the control device (23) is designed such that it has chambers (50, 51) in the first operating mode (16 ) moved into the first arrangement (52) and in the second operating mode (17) into the second arrangement (53). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführpfad (30) zwischen einer Reaktant-Entnahmestelle (41) im Zuführpfad (29) und dem Schaltabschnitt (26) verläuft.Fuel cell system according to one of the Claims 3 to 6th , characterized in that the return path (30) runs between a reactant removal point (41) in the supply path (29) and the switching section (26). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführpfad (30) zwischen einer stromab der Brennstoffzelle (4) angeordneten Abgas-Entnahmestelle (42) des Kanalsystems (6) und dem Schaltabschnitt (26) verläuft.Fuel cell system according to one of the Claims 3 to 7th , characterized in that the return path (30) runs between an exhaust gas extraction point (42) of the duct system (6) arranged downstream of the fuel cell (4) and the switching section (26). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (7) derart im Kanalsystem (6) angeordnet ist, dass im Betrieb die jeweilige Entnahmestelle (41 ,42) auf einer Druckseite (9) des Kanalsystems (6) angeordnet ist.Fuel cell system according to Claim 7 or 8th , characterized in that the conveying device (7) is arranged in the channel system (6) in such a way that the respective extraction point (41, 42) is arranged on a pressure side (9) of the channel system (6) during operation. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Befeuchtungseinrichtung (32) zum Befeuchten des Reaktanten aufweist, der stromauf der Brennstoffzelle (4) im Zuführpfad (29) eingebunden ist.Fuel cell system according to one of the Claims 3 to 9 , characterized in that the fuel cell system (1) has a humidifying device (32) for humidifying the reactant, which is integrated upstream of the fuel cell (4) in the feed path (29). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktant-Entnahmestelle (42) stromauf Befeuchtungseinrichtung (32) angeordnet ist.Fuel cell system according to one of the Claims 7 to 9 and Claim 10 , characterized in that the reactant removal point (42) is arranged upstream of the humidifying device (32). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8 oder 9 und Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, - dass die Befeuchtungseinrichtung (32) vom Zuführpfad (29) fluidisch getrennt stromab der Brennstoffzelle (4) im Kanalsystem (6) eingebunden ist, - dass die Abgas-Entnahmestelle (42) stromabseitig der Befeuchtungseinrichtung (32) angeordnet ist.Fuel cell system according to Claim 8 or 9 and Claim 10 or 11 Characterized in that - the humidifying device (32) from the feeding path (29) of the fuel cell (4) downstream fluidly isolated in the duct system (6) is integrated in - that the exhaust gas sampling point (42) downstream of the moistening device (32) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der Betriebsmodi (16, 17) das Fluid zur Regeneration der zugehörigen Adsorptionseinrichtung (12, 13) über die Schalteinrichtung (20) aus dem Kanalsystem (6) strömt.Fuel cell system according to one of the Claims 3 to 12th , characterized in that in at least one of the operating modes (16, 17) the fluid for the regeneration of the associated adsorption device (12, 13) flows out of the channel system (6) via the switching device (20). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (23) derart ausgestaltet ist, dass sie in vorgegebenen Zeitintervallen zwischen dem ersten Betriebsmodus (16) und dem zweiten Betriebsmodus (17) wechselt.Fuel cell system according to one of the Claims 1 to 13th , characterized in that the control device (23) is designed such that it changes between the first operating mode (16) and the second operating mode (17) at predetermined time intervals. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, - dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Sensoreinrichtung (54) aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb die Schadstoffkonzentration im Kanalsystem (6) ermittelt, - dass die Steuereinrichtung (23) kommunizierend mit der Sensoreinrichtung (54) verbunden und derart ausgestaltet ist, dass sie das Brennstoffzellensystem (1) abhängig von der ermittelten Schadstoffkonzentration zwischen dem ersten Betriebsmodus (16) und dem zweiten Betriebsmodus (17) verstellt.Fuel cell system according to one of the Claims 1 to 14th , characterized in that - that the fuel cell system (1) has a sensor device (54) which is designed such that it determines the pollutant concentration in the duct system (6) during operation, - that the control device (23) communicates with the sensor device (54) is connected and designed in such a way that it determines the fuel cell system (1) depending on the Adjusted pollutant concentration between the first operating mode (16) and the second operating mode (17).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10230283A1 (en) 2002-07-05 2004-01-29 Daimlerchrysler Ag Method and arrangement for cleaning the gases to be supplied to a fuel cell for operation of components that are unfavorable for the fuel cell operation
US20170084944A1 (en) * 2014-05-19 2017-03-23 Gencell Ltd. Scrubbing device for gas used in a fuel cell and method of scrubbing gas using the device

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