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DE102021208283A1 - Fuel cell system and recirculation device for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system and recirculation device for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system Download PDF

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DE102021208283A1
DE102021208283A1 DE102021208283.1A DE102021208283A DE102021208283A1 DE 102021208283 A1 DE102021208283 A1 DE 102021208283A1 DE 102021208283 A DE102021208283 A DE 102021208283A DE 102021208283 A1 DE102021208283 A1 DE 102021208283A1
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DE
Germany
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fuel
fuel cell
fan
turbine
impeller
Prior art date
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Pending
Application number
DE102021208283.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Katz
Andreas Beiter
Jochen Glasbrenner
Andreas Raichle
Otto Mueller
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to CN202280053242.XA priority patent/CN117730438A/en
Priority to KR1020247006544A priority patent/KR20240037336A/en
Priority to EP22744441.1A priority patent/EP4378012A1/en
Priority to PCT/EP2022/068555 priority patent/WO2023006353A1/en
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Abstract

Eine Rezirkulationsvorrichtung zur Rezirkulation von Anodenabgas in einem Brennstoffzellensystem umfasst ein Gebläse mit einem Sauganschluss zur Verbindung mit einem Brennstoffauslass einer Brennstoffzellenanordnung des Brennstoffzellensystems, einem Druckanschluss zur Verbindung mit einem Brennstoffeinlass der Brennstoffzellenanordnung und einem Laufrad zum Fördern des Anodenabgases vom Sauganschluss zum Druckanschluss. Ferner weist die Rezirkulationsvorrichtung eine Turbine mit einem Einlass zur Verbindung mit einem Brennstofftank des Brennstoffzellensystems, einem Auslass zur Verbindung mit dem Brennstoffeinlass der Brennstoffzellenanordnung und einem kinematisch an das Laufrad des Gebläses gekoppelten Turbinenrad, welches durch den Einlass mit gasförmigem Brennstoff aus dem Brennstofftank anströmbar und rotierbar ist, um das Laufrad des Gebläses anzutreiben.

Figure DE102021208283A1_0000
A recirculation device for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system comprises a fan with a suction port for connection to a fuel outlet of a fuel cell arrangement of the fuel cell system, a pressure port for connection to a fuel inlet of the fuel cell arrangement and an impeller for conveying the anode exhaust gas from the suction port to the pressure port. Furthermore, the recirculation device has a turbine with an inlet for connection to a fuel tank of the fuel cell system, an outlet for connection to the fuel inlet of the fuel cell arrangement and a turbine wheel which is kinematically coupled to the impeller of the fan and which can be flown through the inlet with gaseous fuel from the fuel tank and can be rotated is to drive the impeller of the fan.
Figure DE102021208283A1_0000

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und eine Rezirkulationsvorrichtung zur Rezirkulation von Anodenabgas in einem Brennstoffzellensystem.The present invention relates to a fuel cell system and a recirculation device for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen kommen zunehmend als Energiewandler, unter anderem auch in Fahrzeugen, zum Einsatz, um in einem Brennstoff, wie z.B. Wasserstoff, gespeicherte chemische Energie zusammen mit Sauerstoff direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Brennstoffzellen weisen typischerweise eine Anode, eine Kathode und eine zwischen Anode und Kathode angeordnete elektrolytische Membrane auf. An der Anode erfolgt eine Oxidation des Brennstoffs und an der Kathode eine Reduktion des Sauerstoffs. Dabei entsteht auf der Kathodenseite Wasser.Fuel cells are increasingly used as energy converters, including in vehicles, to convert chemical energy stored in a fuel, such as hydrogen, directly into electrical energy together with oxygen. Fuel cells typically have an anode, a cathode, and an electrolytic membrane positioned between the anode and the cathode. The fuel is oxidized at the anode and the oxygen is reduced at the cathode. This creates water on the cathode side.

Typischerweise wird der Anode von Brennstoffzellen kontinuierlich gasförmiger Brennstoff im Überschuss zugeführt, das heißt, mehr Brennstoff, als bei einer gegebenen Zufuhrmenge an Sauerstoff an die Kathode stöchiometrisch notwendig wäre. Der Brennstoffüberschuss bzw. der Anodenausstoß wird in der Regel rezirkuliert bzw. der Anode erneut zugeführt. Dies erfolgt üblicherweise mithilfe eines Rezirkulationsgebläses, welches den Anodenausstoß von einem Auslass der Anode zurück zum Einlass der Anode fördert.Typically, the anode of fuel cells is continuously supplied with excess gaseous fuel, that is, more fuel than would be stoichiometrically necessary for a given amount of oxygen supplied to the cathode. The excess fuel or the anode output is usually recirculated or fed back to the anode. This is typically done using a recirculation fan that circulates the anode exhaust from an outlet of the anode back to the inlet of the anode.

Das Rezirkulationsgebläse wird in der Regel mittels eines elektrischen Motors betrieben. Zur Verbesserung der Energieeffizienz eines Brennstoffzellensystems wird in der DE 10 2007 037 096 A1 offenbart, das Rezirkulationsgebläse mittels einer Turbine anzutreiben. Die Turbine nutzt als Arbeitsfluid komprimierte Luft, welche für die Zufuhr an die Kathode mittels eines Kompressors verdichtet wurde.The recirculation fan is usually operated by an electric motor. To improve the energy efficiency of a fuel cell system is in the DE 10 2007 037 096 A1 discloses driving the recirculation fan by means of a turbine. The turbine uses compressed air as the working fluid, which has been compressed by means of a compressor for supply to the cathode.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß ist eine Rezirkulationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgesehen.According to the invention, a recirculation device having the features of claim 1 and a fuel cell system having the features of claim 9 are provided.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Rezirkulationsvorrichtung zur Rezirkulation von Anodenabgas in einem Brennstoffzellensystem ein Gebläse mit einem Sauganschluss zur Verbindung mit einem Brennstoffauslass einer Brennstoffzellenanordnung des Brennstoffzellensystems, einem Druckanschluss zur Verbindung mit einem Brennstoffeinlass der Brennstoffzellenanordnung und einem Laufrad zum Fördern des Anodenabgases vom Sauganschluss zum Druckanschluss sowie eine Turbine mit einem Einlass zur Verbindung mit einem Brennstofftank des Brennstoffzellensystems, einem Auslass zur Verbindung mit dem Brennstoffeinlass der Brennstoffzellenanordnung und einem kinematisch an das Laufrad des Gebläses gekoppelten Turbinenrad, welches durch den Einlass mit gasförmigem Brennstoff aus dem Brennstofftank anströmbar und rotierbar ist, um das Laufrad des Gebläses anzutreiben.According to a first aspect of the invention, a recirculation device for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system comprises a fan with a suction port for connection to a fuel outlet of a fuel cell arrangement of the fuel cell system, a pressure port for connection to a fuel inlet of the fuel cell arrangement and an impeller for conveying the anode exhaust gas from the suction port to the Pressure connection and a turbine with an inlet for connection to a fuel tank of the fuel cell system, an outlet for connection to the fuel inlet of the fuel cell arrangement and a kinematically coupled to the impeller of the fan turbine wheel, which can flow through the inlet with gaseous fuel from the fuel tank and is rotatable, to drive the fan impeller.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Brennstoffeinlass und einem Brennstoffauslass sowie eine Rezirkulationsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der Druckanschluss des Gebläses und der Auslass der Turbine mit dem Brennstoffeinlass verbunden sind, und wobei der Sauganschluss des Gebläses mit dem Brennstoffauslass verbunden ist.According to a second aspect of the invention, a fuel cell system comprises a fuel cell arrangement having at least one fuel cell, a fuel inlet and a fuel outlet, and a recirculation device according to the first aspect of the invention, wherein the pressure port of the fan and the outlet of the turbine are connected to the fuel inlet, and wherein the The suction port of the blower is connected to the fuel outlet.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die kinetische Energie eines Brennstoffstroms, der dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird, z.B. aus einem Tank, in einer Turbine teilweise abzubauen und mit der Turbine ein Gebläse anzutreiben, um Anodenabgas zu rezirkulieren. Hierzu sind erfindungsgemäß ein Laufrad der Turbine, das durch den Brennstoff, wie z.B. Wasserstoff, angetrieben wird, und ein Laufrad des Gebläses, welches das Anodenabgas fördert, kinematisch aneinander gekoppelt, z.B. über eine Welle, einen Flansch oder indem das Turbinenrad und das Laufrad einteilig ausgebildet sind. Typischerweise liegt der Brennstoff im Tank bei einem Druck in einem Bereich zwischen 8 bar und 20 bar vor und wird einer Anode der Brennstoffzellenanordnung bei einem Druck in einem Bereich zwischen 1,5 bar und 3,5 bar zugeführt. Die Druckdifferenz kann vorteilhaft in der Turbine abgebaut und zum Antrieb des Gebläses genutzt werden.One idea on which the invention is based is to partially break down the kinetic energy of a fuel flow that is supplied to the fuel cell system, e.g. from a tank, in a turbine and to use the turbine to drive a blower in order to recirculate anode waste gas. For this purpose, according to the invention, an impeller of the turbine, which is driven by the fuel, such as hydrogen, and an impeller of the fan, which conveys the anode exhaust gas, are kinematically coupled to one another, e.g. via a shaft, a flange or by the turbine wheel and the impeller being in one piece are trained. Typically, the fuel is present in the tank at a pressure in a range between 8 bar and 20 bar and is supplied to an anode of the fuel cell assembly at a pressure in a range between 1.5 bar and 3.5 bar. The pressure difference can advantageously be reduced in the turbine and used to drive the fan.

Durch die Nutzung der kinetischen Energie eines Brennstoffstroms, der dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird, in einer Turbine zum Antrieb des Gebläses, welches das Anodenabgas rezirkuliert, wird die Energieeffizienz des Brennstoffzellensystems vorteilhaft verbessert.By using the kinetic energy of a fuel flow that is supplied to the fuel cell system in a turbine to drive the fan that recirculates the anode exhaust gas, the energy efficiency of the fuel cell system is advantageously improved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous refinements and developments result from the further dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Turbinenrad einen kreisförmigen Außenumfang aufweist, an welchem eine Vielzahl an im wesentlichen halbkugelförmigen Strömungsflächen ausgebildet sind, wobei entlang des Außenumfangs mehrere Düsen angeordnet sind, die tangential zu dem Außenumfang ausgerichtet und jeweils mit dem Einlass verbunden sind. Die Strömungsflächen können somit konkav gekrümmte Flächen sein, welche sich halbkugelförmig bzw. im Wesentlichen halbkugelförmig erstrecken. Die Düsen derart ausgerichtet, dass der gasförmige Brennstoff auf die Strömungsflächen geleitet wird, wodurch er Brennstoff umgelenkt und das Turbinenrad in Bewegung versetzt wird. Demnach kann die Turbine als eine Art Freistrahlturbine gestaltet sein. Somit ergibt sich vorteilhaft ein einfacher konstruktiver Aufbau der Strömungsflächen und eine unkomplizierte Strömungsführung.According to some embodiments, it can be provided that the turbine wheel has a circular outer circumference, on which a multiplicity of essentially hemispherical streams tion surfaces are formed, with a plurality of nozzles being arranged along the outer circumference, which are oriented tangentially to the outer circumference and are each connected to the inlet. The flow surfaces can thus be concavely curved surfaces which extend hemispherically or essentially hemispherically. The nozzles are aligned so that the gaseous fuel is directed onto the airfoils, turning the fuel and causing the turbine wheel to move. Accordingly, the turbine can be designed as a type of free jet turbine. This advantageously results in a simple structural design of the flow surfaces and uncomplicated flow guidance.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Strömungsflächen durch in dem Außenumfang ausgebildete Vertiefungen definiert sind. Somit stehen die Strömungsflächen nicht oder nur unwesentlich radial von dem Außenumfang vor und es wird vorteilhaft ein kompakter Aufbau der Turbine realisiert.According to some embodiments, it can be provided that the flow surfaces are defined by indentations formed in the outer circumference. The flow surfaces therefore do not protrude radially from the outer circumference, or only insignificantly, and a compact construction of the turbine is advantageously achieved.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Turbinenrad an einem Außenumfang des Laufrads des Gebläses angebracht ist. Beispielsweise können das Turbinenrad und das Laufrad des Gebläses als ein Teil ausgebildet sein, wobei ein Außenumfang des Laufrads des Gebläses dem Außenumfang des Turbinenrads entspricht. Damit wird ein noch kompakterer Aufbau der Rezirkulationsvorrichtung realisiert.According to some embodiments, it can be provided that the turbine wheel is attached to an outer circumference of the impeller of the fan. For example, the turbine wheel and the impeller of the fan can be formed as one piece, with an outer circumference of the impeller of the fan corresponding to the outer circumference of the turbine wheel. An even more compact construction of the recirculation device is thus realized.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Gebläse und die Turbine ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, wobei das Gebläse als Seitenkanalverdichter ausgebildet ist, bei welchem das Laufrad des Gebläses an einer Stirnseite Schaufeln aufweist, die einem im Gehäuse ausgebildeten, ringsegmentförmigem Seitenkanal zugewandt sind, wobei der Sauganschluss und der Druckanschluss in entgegengesetzten Endbereichen des Seitenkanals ausgebildet sind, und wobei das Gehäuse einen mit einem Ausgangsanschluss verbundenen Mischkanal aufweist, mit welchem der Auslass der Turbine und der Druckanschluss des Gebläses verbunden sind. Somit sind der Seitenkanal, in welchem das Anodenabgas gefördert wird, und ein Raum, in dem frischer Brennstoff der Turbine zugeführt wird, in Bezug auf die radiale Richtung unmittelbar benachbart und der frische Brennstoff und das Anodenabgas werden direkt innerhalb des gemeinsamen Gehäuses gemischt. Dadurch wird ein noch kompakterer Aufbau erzielt. Der Außenumfang des Laufrads bzw. der Turbine kann beispielsweise von einem ringsegmentförmigen Frischgaskanal umgeben sein, in welchen in vorbestimmten Abständen zueinander die Düsen hineinragen. Der Frischgaskanal kann in den Mischkanal münden.According to some embodiments, it can be provided that the blower and the turbine have a common housing, with the blower being designed as a side channel compressor, with which the impeller of the blower has blades on one end face, which face a ring-segment-shaped side channel formed in the housing, wherein the suction port and the pressure port are formed in opposite end portions of the side duct, and wherein the housing has a mixing duct connected to an outlet port to which the outlet of the turbine and the pressure port of the fan are connected. Thus, the side passage in which the anode off-gas is conveyed and a space in which fresh fuel is supplied to the turbine are immediately adjacent with respect to the radial direction, and the fresh fuel and the anode off-gas are mixed directly within the common casing. This achieves an even more compact structure. The outer circumference of the impeller or of the turbine can be surrounded, for example, by a fresh gas channel in the form of a ring segment, into which the nozzles project at predetermined distances from one another. The fresh gas channel can open into the mixing channel.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zwischen der Stirnseite des Laufrads des Gebläses und einem den Seitenkanal radial umgrenzenden Bereich des Gehäuses ein Spalt ausgebildet ist, welcher den Seitenkanal mit einer im Gehäuse ausgebildeten Rinne verbindet, so dass flüssiges Wasser aus dem Seitenkanal in radialer Richtung durch den Spalt abführbar ist. Die Rinne kann z.B. in Bezug auf eine axiale Richtung von dem Frischgaskanal getrennt sein. Optional umschließt die Rinne das Laufrad bzw. das Turbinenrad zumindest teilweise und ist vorzugsweise ringsegmentförmig ausgebildet. Durch die Rotation des Laufrads um eine Drehachse wird das Anodenabgas erfährt das Anodenabgas eine Beschleunigung in radialer Richtung, so dass in dem Anodenabgas enthaltenes Wasser radial nach außen transportiert wird. Durch den Spalt kann auf einfache Weise eine Abfuhr des Wassers aus dem Seitenkanal erfolgen.According to some embodiments, it can be provided that a gap is formed between the end face of the impeller of the fan and a region of the housing radially delimiting the side channel, which gap connects the side channel to a channel formed in the housing, so that liquid water can flow out of the side channel in the radial direction can be removed through the gap. For example, the trough may be separated from the fresh gas channel with respect to an axial direction. Optionally, the channel encloses the impeller or the turbine wheel at least partially and is preferably designed in the form of a ring segment. Due to the rotation of the impeller about an axis of rotation, the anode exhaust gas is accelerated in the radial direction, so that the water contained in the anode exhaust gas is transported radially outwards. The water can be discharged from the side channel in a simple manner through the gap.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Rezirkulationsvorrichtung eine kinematisch an das Laufrad des Gebläses gekoppelte Antriebsvorrichtung aufweist, insbesondere in Form eines Elektromotors. Somit kann die Flexibilität der Regelung des Massenstroms an Brennstoff, der durch das Gebläse gefördert wird, weiter gesteigert werden.According to some embodiments, it can be provided that the recirculation device has a drive device that is kinematically coupled to the impeller of the fan, in particular in the form of an electric motor. The flexibility of the regulation of the mass flow of fuel that is conveyed by the blower can thus be further increased.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Rezirkulationsvorrichtung einen Sammelbehälter zum Sammeln von flüssigem Wasser, das in dem Gebläse aus dem Anodenabgas abgeschieden wird aufweist.According to some embodiments, it can be provided that the recirculation device has a collection container for collecting liquid water that is separated from the anode waste gas in the blower.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Sammelbehälter mit dem Gebläse durch eine oder mehrere Leitungen verbunden ist, wobei die Leitung(en) und/oder der Sammelbehälter thermisch an die Antriebsvorrichtung gekoppelt ist. Beispielsweise kann der Antrieb in den Sammelbehälter hineinragen oder die Leitungen kann bzw. die Leitungen können entlang der Antriebsvorrichtung verlaufen. Dies verbessert die Kühlung der Antriebsvorrichtung und damit deren Lebensdauer.According to some embodiments, it can be provided that the collection container is connected to the blower by one or more lines, the line(s) and/or the collection container being thermally coupled to the drive device. For example, the drive can protrude into the collection container or the lines can or the lines can run along the drive device. This improves the cooling of the drive device and thus its service life.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Druckanschluss des Gebläses und der Auslass der Turbine ohne zwischengeschaltete Saugstrahlpumpe direkt mit dem Brennstoffeinlass verbunden sind. Durch die Kombination aus Turbine und Gebläse kann vorteilhaft sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Lasten der erforderliche Rezirkulationsmassenstrom sowie der erforderliche Frischgasmassenstrom bereitgestellt werden, was die Regelung des Brennstoffzellensystems vereinfacht. Ferner werden die Strömungsverluste im System verringert.According to some specific embodiments, it can be provided that the pressure connection of the fan and the outlet of the turbine are connected directly to the fuel inlet without an interposed ejector pump. The combination of turbine and fan can advantageously provide the required recirculation mass flow and the required fresh gas mass flow both at high and at low loads, which simplifies the control of the fuel cell system. Furthermore, the flow losses in the system are reduced.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem ein dem Einlass der Turbine verbundenes Dosierventil, welches mit einem Brennstofftank verbindbar und dazu eingerichtet ist, einen der Turbine aus dem Brennstofftank zugeführten Brennstoffmassenstrom zu variieren.According to some specific embodiments, it can be provided that the fuel cell system has a metering valve connected to the inlet of the turbine, which can be connected to a fuel tank and is set up to vary a fuel mass flow supplied to the turbine from the fuel tank.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Brennstoffzellensystem einen Tank aufweist, welcher mit dem Einlass der Turbine verbunden ist.According to some embodiments, it can be provided that the fuel cell system has a tank which is connected to the inlet of the turbine.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Schaltbildes eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine Draufsicht auf eine Rezirkulationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 eine vereinfachte, abgebrochene Schnittansicht der in 2 gezeigten Rezirkulationsvorrichtung.
The invention is explained below with reference to the figures of the drawings. From the figures show:
  • 1 a schematic representation of a hydraulic circuit diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the invention;
  • 2 a plan view of a recirculation device according to an embodiment of the invention;
  • 3 a simplified broken sectional view of the in 2 shown recirculation device.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference symbols designate identical or functionally identical components, unless otherwise stated.

1 zeigt beispielhaft und in schematischer Weise ein Brennstoffzellensystem 200. Wie in 1 beispielhaft gezeigt, kann das Brennstoffzellensystem 200 einen Tank 205, eine Brennstoffzellenanordnung 210, eine Rezirkulationsvorrichtung 100 und ein Durchflussregelventil 220 aufweisen. 1 shows a fuel cell system 200 by way of example and in a schematic manner. As in FIG 1 shown by way of example, the fuel cell system 200 may include a tank 205 , a fuel cell assembly 210 , a recirculation device 100 , and a flow control valve 220 .

Der Tank 205 ist dazu ausgelegt, gasförmigen Brennstoff wie z.B. Wasserstoff bei hohem Druck, z.B. bei einem Druck von mehr als 10 bar, zu lagern. Der Tank 205 ist in 1 rein beispielhaft als Teil des Brennstoffzellensystems 200 dargestellt. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern das Brennstoffzellensystem 200 kann auch mit dem Tank 205 oder einer anderen Brennstoffquelle verbindbar sein.The tank 205 is designed to store gaseous fuel such as hydrogen at high pressure, eg at a pressure of more than 10 bar. The tank 205 is in 1 purely by way of example as part of the fuel cell system 200 . However, the invention is not limited to this, but the fuel cell system 200 can also be connectable to the tank 205 or another fuel source.

Die Brennstoffzellenanordnung 210 kann eine Vielzahl von zu einem Stack angeordneten Brennstoffzellen 213 aufweisen. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass lediglich eine Brennstoffzelle 213 vorgesehen ist. Wie in 1 schematisch dargestellt, kann jede Brennstoffzelle 213 eine Anode 213A, eine Kathode 213B und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 213C, z.B. in Form einer Elektrolytmembrane aufweisen.The fuel cell arrangement 210 can have a multiplicity of fuel cells 213 arranged to form a stack. In principle, however, it is also conceivable that only one fuel cell 213 is provided. As in 1 shown schematically, each fuel cell 213 can have an anode 213A, a cathode 213B and an electrolyte 213C arranged between them, for example in the form of an electrolyte membrane.

Die Brennstoffzellenanordnung 210 weist einen Brennstoffeinlass 211, über welchen der Anode 213A gasförmiger Brennstoff, z.B. Wasserstoff oder Erdgas, zuführbar ist, und einen Brennstoffauslass 212 aufweisen, über welchen unverbrauchter bzw. nicht reagierter Brennstoff von der Anode 213A abführbar ist. Unverbrauchter Brennstoff, welcher an dem Brennstoffauslass 212 abgeführt wird, kann auch als Brennstoffüberschuss oder Anodenabgas bezeichnet werden.The fuel cell arrangement 210 has a fuel inlet 211, via which the anode 213A can be supplied with gaseous fuel, e.g. hydrogen or natural gas, and a fuel outlet 212, via which unused or unreacted fuel can be removed from the anode 213A. Unconsumed fuel discharged at fuel outlet 212 may also be referred to as excess fuel or anode exhaust.

Wie in 1 weiterhin gezeigt, weist die Brennstoffzellenanordnung 210 einen Sauerstoffeinlass 214, über welchen der Kathode 213B gasförmiger Sauerstoff, entweder als reiner Sauerstoff oder als in Umgebungsluft enthaltener Sauerstoff, zuführbar ist, und einen Produktauslass 215 auf, über welchen unverbrauchter bzw. nicht reagierter Sauerstoff sowie chemische Reaktionsprodukte, insbesondere Wasser von der Kathode 213B abführbar sind.As in 1 Also shown, the fuel cell arrangement 210 has an oxygen inlet 214, via which the cathode 213B can be supplied with gaseous oxygen, either as pure oxygen or as oxygen contained in the ambient air, and a product outlet 215, via which unused or unreacted oxygen and chemical reaction products , in particular water, can be discharged from the cathode 213B.

Der Brennstoffzellenanordnung 210 wird über eine Zufuhrleitung 201, die mit dem Brennstoffeinlass 211 verbunden ist, Brennstoff aus dem Tank 205 zugeführt. Das an dem Brennstoffauslass 212 der Brennstoffzellenanordnung 210 austretende Anodenabgas bzw. der Brennstoffüberschuss wird über eine Abfuhrleitung 202 der Rezirkulationsvorrichtung 100 zugeführt mittels der Rezirkulationsvorrichtung 100 rezirkuliert und zusammen mit frischem Brennstoff erneut dem Brennstoffeinlass zugeführt.The fuel cell arrangement 210 is supplied with fuel from the tank 205 via a supply line 201 which is connected to the fuel inlet 211 . The anode waste gas or excess fuel exiting at the fuel outlet 212 of the fuel cell arrangement 210 is fed to the recirculation device 100 via a discharge line 202, recirculated by the recirculation device 100 and fed back to the fuel inlet together with fresh fuel.

Wie in 1 schematisch dargestellt, umfasst die Rezirkulationsvorrichtung 100 ein Gebläse 1 und eine Turbine 2. Optional kann zusätzlich eine Antriebsvorrichtung 4 und/oder ein Sammelbehälter 5 vorgesehen sein, wie in 1 beispielhaft gezeigt.As in 1 shown schematically, the recirculation device 100 comprises a blower 1 and a turbine 2. Optionally, a drive device 4 and/or a collection container 5 can also be provided, as in FIG 1 shown as an example.

Das Gebläse 1 ist in 1 lediglich symbolisch dargestellt und weist einen mit der Abfuhrleitung 202 verbundenen Sauganschluss 11 und einen mit der Zufuhrleitung 201 verbundenen Druckanschluss 12 auf. Das Gebläse 1 ist dazu ausgebildet, Anodenabgas von dem Brennstoffauslass 212 zum Brennstoffeinlass 211 zu fördern.Fan 1 is in 1 shown only symbolically and has a suction port 11 connected to the discharge line 202 and a pressure port 12 connected to the supply line 201 . The fan 1 is designed to convey anode waste gas from the fuel outlet 212 to the fuel inlet 211 .

Die Turbine 2 ist in 1 ebenfalls lediglich symbolisch dargestellt und weist einen Einlass 21 auf, welcher mit dem Tank 205 verbunden ist, und einen Auslass 22, welcher mit der Zufuhrleitung 201 verbunden ist. Die Turbine 2 ist, wie in 1 schematisch dargestellt, kinematisch an das Gebläse 1 gekoppelt. Die Turbine 2 ist mit dem bei hohem Druck vorliegenden Brennstoff aus dem Tank 205 durchströmbar und dazu ausgebildet, die in dem strömenden Brennstoff gespeicherte kinetische Energie umzuwandeln und dadurch das Gebläse 1 anzutreiben. Somit kann auf einfache Weise die Energieeffizienz des Brennstoffzellensystems 200 verbessert werden, da der Energiebedarf zum Antreiben des Gebläses 1 verringert wird. Wie in 1 ferner schematisch dargestellt ist, können der Druckanschluss 12 des Gebläses 1 und der Auslass 12 der Turbine 2 direkt, insbesondere ohne zwischengeschaltete Saugstrahlpumpe, mit dem Brennstoffeinlass 211 der Brennstoffzellenanordnung verbunden sein. Dadurch kann das Brennstoffzellensystem 200 kompakter gestaltet werden. Dabei ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass zwischen dem Druckanschluss 12 des Gebläses 1 und dem Brennstoffeinlass 211 bzw. dem Auslass 12 der Turbine 2 und dem Brennstoffeinlass 211 weiterer Strömungskomponenten, wie z.B. Ventile, Be- oder Entfeuchter oder dergleichen angeordnet sind.Turbine 2 is in 1 also shown only symbolically and has an inlet 21 which is connected to the tank 205 and an outlet 22 which is connected to the supply line 201 . The turbine 2 is, as in 1 shown schematically, kinematically coupled to the fan 1. The fuel, which is present at high pressure, can flow through the turbine 2 from the tank 205 and is designed to convert the kinetic energy stored in the flowing fuel and thereby to drive the fan 1 . Thus, in a simple way, the energy efficiency of the fuel cell system 200 can be improved because the power requirement for driving the fan 1 is reduced. As in 1 is also shown schematically, the pressure connection 12 of the blower 1 and the outlet 12 of the turbine 2 can be connected directly, in particular without an interposed ejector pump, to the fuel inlet 211 of the fuel cell arrangement. As a result, the fuel cell system 200 can be made more compact. However, it is not excluded that further flow components such as valves, humidifiers or dehumidifiers or the like are arranged between the pressure connection 12 of the blower 1 and the fuel inlet 211 or the outlet 12 of the turbine 2 and the fuel inlet 211 .

Der optionale Motor 4 kann z.B. ein Elektromotor sein und ist kinematisch ebenfalls an das Gebläse 1 gekoppelt, um dieses zumindest unterstützend zu der Turbine 2 anzutreiben.The optional motor 4 can be an electric motor, for example, and is also kinematically coupled to the fan 1 in order to drive it at least in support of the turbine 2 .

Das Durchflussregelventil 220 kann z.B. zwischen dem Tank 205 und dem Einlass 21 der Turbine 2 angeordnet sein, wie dies in 1 schematisch gezeigt ist. Das Durchflussregelventil 220 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen Massenstrom an Brennstoff, der der Turbine 2 zugeführt wird, zu variieren.The flow control valve 220 can be arranged, for example, between the tank 205 and the inlet 21 of the turbine 2, as is shown in FIG 1 is shown schematically. The flow control valve 220 can in particular be designed to vary a mass flow of fuel that is supplied to the turbine 2 .

2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine beispielhafte Rezirkulationsvorrichtung 100, wie sie in dem in 1 dargestellten Brennstoffzellensystem 200 eingebaut sein kann. 3 zeigt eine Schnittansicht der in 2 gezeigten Vorrichtung 100. Wie bereits erläutert, weist die Rezirkulationsvorrichtung 100 ein Gebläse 1 mit einem Sauganschluss 11 und einem Druckanschluss 12 sowie eine Turbine 2 mit einem Einlass 21 und einem Auslass 22 auf. Wie in 2 weiterhin sichtbar, weist das Gebläse 1 ein um eine Drehachse A1 drehbares Laufrad 10 zum Fördern des Anodenabgases vom Sauganschluss 11 zum Druckanschluss 12 auf. Die Turbine 2 weist ein Turbinenrad 20 auf, welches mit gasförmigem Brennstoff aus dem Brennstofftank 205 anströmbar und rotierbar ist, beispielsweise um dieselbe Drehachse A1 wie das Laufrad 10 des Gebläses 1. Wie in 2 weiterhin schematisch dargestellt ist, kann die Rezirkulationsvorrichtung 100 weiterhin ein Gehäuse 3 aufweisen, wobei das Gebläse 1 und die Turbine 2 vorzugsweise gemeinsam in dem Gehäuse 3 untergebracht sind. 2 shows schematically a plan view of an exemplary recirculation device 100 as shown in FIG 1 illustrated fuel cell system 200 may be installed. 3 shows a sectional view of in 2 Device 100 shown. As already explained, the recirculation device 100 has a blower 1 with a suction connection 11 and a pressure connection 12 and a turbine 2 with an inlet 21 and an outlet 22 . As in 2 also visible, the blower 1 has an impeller 10 that can be rotated about an axis of rotation A1 for conveying the anode waste gas from the suction connection 11 to the pressure connection 12 . The turbine 2 has a turbine wheel 20, which can be flown with gaseous fuel from the fuel tank 205 and can be rotated, for example about the same axis of rotation A1 as the impeller 10 of the fan 1. As in FIG 2 is also shown schematically, the recirculation device 100 can also have a housing 3, with the blower 1 and the turbine 2 preferably being housed together in the housing 3.

Das Gebläse 1 kann insbesondere als Seitenkanalverdichter ausgebildet sein, wie dies in den 2 und 3 rein beispielhaft gezeigt ist. Das Laufrad 10 weist hierbei an zumindest einer oder, wie in 3 gezeigt, an beiden axialen Stirnseiten eine Vielzahl an Schaufeln 13 auf, die entlang des Umfangs des Laufrads 10 verteilt angeordnet sind. Die Schaufeln 13 erstrecken sich im Wesentlichen entlang einer radialen Richtung R1, die quer zur Rotationsachse A1 verläuft. Wie in den 2 und 3 gezeigt, können die Schaufeln 13 sich zwischen einem in Bezug auf die radiale Richtung R1 inneren, ringförmigen Trägerteil 14 und einem in Bezug auf die radiale Richtung R1 äußeren, ringförmigen Deckband 15 erstrecken. Wie in 2 schematisch durch gestrichelte Linien angedeutet, weist das Gehäuse 3 einen Seitenkanal 30 auf, welcher sich ringsegmentförmig um die Rotationsachse A1 erstreckt, wobei der Sauganschluss 11 und der Druckanschluss 12 an entgegengesetzten Enden des Seitenkanals 30 ausgebildet sind. Die Schaufeln 13 sind dem Seitenkanal 30 zugewandt, wie dies insbesondere in 3 sichtbar ist.The fan 1 can be designed in particular as a side channel compressor, as in the 2 and 3 is shown purely as an example. The impeller 10 has at least one or, as in 3 shown, on both axial end faces of a plurality of blades 13 which are arranged distributed along the circumference of the impeller 10. The blades 13 extend substantially along a radial direction R1 that is transverse to the axis of rotation A1. As in the 2 and 3 As shown, the blades 13 may extend between an inner annular support portion 14 with respect to the radial direction R1 and an outer annular shroud 15 with respect to the radial direction R1. As in 2 indicated schematically by dashed lines, the housing 3 has a side channel 30 which extends in the form of a ring segment around the axis of rotation A1 , the suction port 11 and the pressure port 12 being formed at opposite ends of the side channel 30 . The blades 13 face the side channel 30, as is shown in particular in 3 is visible.

Das Laufrad 10 des Gebläses 1 und das Turbinenrad 20 sind kinematisch aneinander gekoppelt, so dass das Laufrad 10 des Gebläses 1 durch das Turbinenrad 20 antreibbar ist. In den 2 und 3 ist rein beispielhaft gezeigt, dass das Laufrad 10 und das Turbinenrad 20 als ein gemeinsames Rad ausgebildet sind. Insbesondere kann das Turbinenrad 20 an einem Außenumfang 10a des Laufrads 10 des Gebläses 1 angebracht sein. Beispielsweise kann das Turbinenrad 20 durch das Deckband 15 des Laufrads 10 des Gebläses 1 gebildet sein, wie dies in 3 schematisch dargestellt ist. Der Außenumfang 10a des Laufrads 10 und ein Außenumfang 20a des Turbinenrads 20 können somit beide durch das Deckband 15 gebildet sein. Das Turbinenrad 20 weist allgemein eine Vielzahl an Strömungsflächen 23a auf, welche derart ausgebildet und angeordnet sind, eine darauf auftreffende Strömung so umzuleiten, dass der Impuls der Strömung in eine Rotation des Turbinenrads 20 umgewandelt wird. Beispielsweise können die Strömungsflächen 23a wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet sein, wie in 3 gezeigt. Insbesondere können jeweils zwei halbkugelförmige Strömungsflächen 23a entlang der Längsachse A1 nebeneinander angeordnet und durch einen Mittelsteg 26 getrennt sein. Wie in 3 außerdem gezeigt ist, können die Strömungsflächen 23a beispielsweise durch in dem Außenumfang 20a ausgebildete Vertiefungen 23 definiert sein. Entlang des Außenumfangs 20a des Turbinenrads 20 ist eine Vielzahl an Strömungsflächen 23a vorgesehen.The impeller 10 of the fan 1 and the turbine wheel 20 are kinematically coupled to one another, so that the impeller 10 of the fan 1 can be driven by the turbine wheel 20 . In the 2 and 3 is shown purely as an example that the impeller 10 and the turbine wheel 20 are formed as a common wheel. In particular, the turbine wheel 20 can be attached to an outer periphery 10a of the impeller 10 of the fan 1 . For example, the turbine wheel 20 can be formed by the shroud 15 of the impeller 10 of the fan 1, as is shown in 3 is shown schematically. The outer circumference 10a of the impeller 10 and an outer circumference 20a of the turbine wheel 20 can thus both be formed by the shroud 15 . The turbine wheel 20 generally includes a plurality of airfoils 23a constructed and arranged to redirect flow impinging thereon such that momentum of the flow is converted into rotation of the turbine wheel 20 . For example, the flow surfaces 23a can be essentially hemispherical, as in FIG 3 shown. In particular, two hemispherical flow surfaces 23a can be arranged next to one another along the longitudinal axis A1 and separated by a central web 26 . As in 3 Also shown, the flow surfaces 23a may be defined by indentations 23 formed in the outer periphery 20a, for example. A plurality of flow surfaces 23a are provided along the outer circumference 20a of the turbine wheel 20 .

Wie in 2 schematisch dargestellt, können entlang des Außenumfangs 20a des Turbinenrads 20 mehrere Düsen 24 angeordnet sein, die jeweils mit dem Einlass 21 verbunden sind. In 2 sind rein beispielhaft drei Düsen 24 gezeigt. Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl an Düsen vorgesehen sein. Die Düsen 24 sind tangential zu dem Außenumfang 20a des Turbinenrads 20 ausgerichtet, um Brennstoff auf die Strömungsflächen 23a zu leiten. Somit wird eine Art Freistrahlturbine realisiert. Wie in den 2 und 3 schematisch gezeigt, kann das Gehäuse 3 einen Frischgaskanal 35 aufweisen, welcher sich ringsegmentförmig entlang des Außenumfangs 20a des Turbinenrads 20 erstreckt und in den die Düsen 24 in vorbestimmten Abständen hineinragen. Der Frischgaskanal 35 ist zu den Strömungsflächen 23a hin offen. Ein Ende des Frischgaskanals 35 kann z.B. den Auslass 22 der Turbine 2 bilden. Ferner kann ein Versorgungskanal 36 vorgesehen sein, welcher mit dem Einlass 21 verbunden ist und welcher in Bezug auf die radiale Richtung R1 außerhalb des Frischgaskanals 35 angeordnet ist, wie in 2 schematisch gezeigt. Die Düsen 24 sind mit einem Eingang an den Versorgungskanal 36 angeschlossen. Ferner ist der Versorgungskanal 36 mit dem Brennstofftank 205 verbunden, z.B. über das Durchflussregelventil 220. Allgemein kann das Durchflussregelventil 220 z.B. an dem Gehäuse 3 angebracht und somit gemeinsam mit Gebläse 1 und Turbine 2 zu einer Einheit integriert sein, wie in 2 beispielhaft gezeigt.As in 2 shown schematically, a plurality of nozzles 24 can be arranged along the outer circumference 20a of the turbine wheel 20, which are each connected to the inlet 21. In 2 three nozzles 24 are shown purely by way of example. A different number of nozzles can of course also be provided. The nozzles 24 are oriented tangentially to the outer periphery 20a of the turbine wheel 20 to direct fuel onto the airfoils 23a. Thus, a kind of free radiation am realised. As in the 2 and 3 shown schematically, the housing 3 can have a fresh gas channel 35 which extends in the form of a ring segment along the outer circumference 20a of the turbine wheel 20 and into which the nozzles 24 protrude at predetermined intervals. The fresh gas channel 35 is open to the flow surfaces 23a. One end of the fresh gas duct 35 can form the outlet 22 of the turbine 2, for example. Furthermore, a supply channel 36 can be provided, which is connected to the inlet 21 and which is arranged outside of the fresh gas channel 35 with respect to the radial direction R1, as in FIG 2 shown schematically. The nozzles 24 are connected to the supply channel 36 with an input. Furthermore, the supply channel 36 is connected to the fuel tank 205, e.g. via the flow control valve 220. In general, the flow control valve 220 can be attached to the housing 3, for example, and thus integrated together with the blower 1 and turbine 2 to form a unit, as in 2 shown as an example.

Wie in 2 schematisch gezeigt, kann das Gehäuse 3 einen Ausgangsanschluss 32 aufweisen, welcher zum Anschluss 32 an die Zufuhrleitung 201 bzw. zur Verbindung mit dem Brennstoffeinlass 211 vorgesehen ist. Der Frischgaskanal 32 bzw. der Auslass 22 der Turbine 2 und der Druckanschluss 12 des Gebläses 1 können jeweils mit einem Mischkanal 31 verbunden sein, welcher mit dem Ausgangsanschluss 32 verbunden ist, wie in 2 schematisch dargestellt.As in 2 shown schematically, the housing 3 can have an outlet connection 32 which is provided for connection 32 to the supply line 201 or for connection to the fuel inlet 211 . The fresh gas duct 32 or the outlet 22 of the turbine 2 and the pressure port 12 of the fan 1 can each be connected to a mixing duct 31 which is connected to the outlet port 32, as in FIG 2 shown schematically.

Wie in 3 ferner beispielhaft und schematisch dargestellt, kann das Gehäuse 3 eine Rinne 34 aufweisen, welche den Außenumfang 10a des Laufrads 10 bzw. den Außenumfangs 20a des Turbinenrads 20 zumindest teilweise umschließt. Wie in 3 gezeigt, ist die Rinne 34 entlang der Drehachse A1 bzw. in Bezug auf die axiale Richtung von dem Frischgaskanal 35 getrennt und somit auf von den Strömungsflächen 23a getrennt. Je Seitenkanal 30 kann eine Rinne 34 vorgesehen sein. In 3 sind daher zwei Rinnen 34 gezeigt. Wie in 3 ferner gezeigt, kann zwischen der Stirnseite des Laufrads 10 des Gebläses 1 und einem den Seitenkanal 30 in der radialen Richtung R1 umgrenzenden Bereich des Gehäuses 3 ein Spalt 33 ausgebildet ist, welcher den Seitenkanal 30 mit der Rinne 34 verbindet. Wenn das Laufrad 10 um die Drehachse A1 rotiert wird, wird das im Seitenkanal 30 befindliche Anodenabgas in der radialen Richtung R1 beschleunigt. Flüssiges Wasser, welches in dem Anodenabgas enthalten sein kann, wird aufgrund dessen im Vergleich zum gasförmigen Brennstoff hohen Dichte infolge der Fliehkraftwirkung in den radial äußeren Bereich des Seitenkanals 30 gefördert und kann über den Spalt 33 in die Rinne 34 transportiert werden. Wie in den 1 bis 3 schematisch angedeutet, kann die Rinne 34 über eine oder mehrere Leitungen 51 in den Sammelbehälter 5 geleitet werden.As in 3 also shown schematically and by way of example, the housing 3 can have a channel 34 which at least partially encloses the outer circumference 10a of the impeller 10 or the outer circumference 20a of the turbine wheel 20 . As in 3 shown, the channel 34 is separated from the fresh gas channel 35 along the axis of rotation A1 or in relation to the axial direction and is thus separated from the flow surfaces 23a. A channel 34 can be provided for each side channel 30 . In 3 two troughs 34 are therefore shown. As in 3 Also shown, a gap 33 connecting the side channel 30 to the channel 34 can be formed between the end face of the impeller 10 of the fan 1 and a region of the housing 3 bordering the side channel 30 in the radial direction R1. When the impeller 10 is rotated about the axis of rotation A1, the anode exhaust gas located in the side channel 30 is accelerated in the radial direction R1. Liquid water, which may be contained in the anode waste gas, is conveyed into the radially outer region of the side channel 30 due to its high density compared to the gaseous fuel as a result of the centrifugal force and can be transported through the gap 33 into the channel 34 . As in the 1 until 3 indicated schematically, the channel 34 can be conducted into the collection container 5 via one or more lines 51 .

Wie in 1 rein schematisch dargestellt, kann die optionale Antriebsvorrichtung 4 thermisch an den Sammelbehälter 5 gekoppelt sein, z.B. indem die Antriebsvorrichtung 4 in den Sammelbehälter 5 hineinragt. Alternativ oder zusätzlich können auch die Leitungen 51 thermisch an die Antriebsvorrichtung 4 gekoppelt sein.As in 1 shown purely schematically, the optional drive device 4 can be thermally coupled to the collection container 5 , for example by the drive device 4 protruding into the collection container 5 . Alternatively or additionally, the lines 51 can also be thermally coupled to the drive device 4 .

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.Although the present invention has been explained above by way of example using exemplary embodiments, it is not limited thereto but can be modified in many different ways. In particular, combinations of the above exemplary embodiments are also conceivable.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102007037096 A1 [0004]DE 102007037096 A1 [0004]

Claims (10)

Rezirkulationsvorrichtung (100) zur Rezirkulation von Anodenabgas in einem Brennstoffzellensystem (200), aufweisend: ein Gebläse (1) mit einem Sauganschluss (11) zur Verbindung mit einem Brennstoffauslass (212) einer Brennstoffzellenanordnung (210) des Brennstoffzellensystems (200), einem Druckanschluss (12) zur Verbindung mit einem Brennstoffeinlass (211) der Brennstoffzellenanordnung (210) und einem Laufrad (10) zum Fördern des Anodenabgases vom Sauganschluss (11) zum Druckanschluss (12); und eine Turbine (2) mit einem Einlass (21) zur Verbindung mit einem Brennstofftank (205) des Brennstoffzellensystems (200), einem Auslass (22) zur Verbindung mit dem Brennstoffeinlass (211) der Brennstoffzellenanordnung (210) und einem kinematisch an das Laufrad (10) des Gebläses (1) gekoppelten Turbinenrad (20), welches durch den Einlass (21) mit gasförmigem Brennstoff aus dem Brennstofftank (205) anströmbar und rotierbar ist, um das Laufrad (10) des Gebläses (1) anzutreiben.Recirculation device (100) for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system (200), comprising: a fan (1) with a suction port (11) for connection to a fuel outlet (212) of a fuel cell assembly (210) of the fuel cell system (200), a pressure port (12) for connection to a fuel inlet (211) of the fuel cell assembly (210) and a Impeller (10) for conveying the anode exhaust gas from the suction port (11) to the pressure port (12); and a turbine (2) having an inlet (21) for connection to a fuel tank (205) of the fuel cell system (200), an outlet (22) for connection to the fuel inlet (211) of the fuel cell assembly (210) and a kinematically connected to the impeller ( 10) of the fan (1) coupled turbine wheel (20), which through the inlet (21) with gaseous fuel from the fuel tank (205) can flow and rotate to drive the impeller (10) of the fan (1). Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das Turbinenrad (20) einen kreisförmigen Außenumfang (20a) aufweist, an welchem eine Vielzahl an im wesentlichen halbkugelförmigen Strömungsflächen (23a) ausgebildet sind, und wobei entlang des Außenumfangs (20a) mehrere Düsen (24) angeordnet sind, die tangential zu dem Außenumfang (20a) ausgerichtet und jeweils mit dem Einlass (21) verbunden sind.Recirculation device (100) after claim 1 , wherein the turbine wheel (20) has a circular outer periphery (20a) on which a plurality of substantially hemispherical flow surfaces (23a) are formed, and wherein a plurality of nozzles (24) are arranged along the outer periphery (20a) tangentially to the Outer circumference (20a) are aligned and each connected to the inlet (21). Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Strömungsflächen (23a) durch in dem Außenumfang (20a) ausgebildete Vertiefungen (23) definiert sind.Recirculation device (100) after claim 2 wherein the flow surfaces (23a) are defined by indentations (23) formed in the outer periphery (20a). Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Turbinenrad (20) an einem Außenumfang (10a) des Laufrads (10) des Gebläses (1) angebracht ist.Recirculation device (100) after claim 2 or 3 wherein the turbine wheel (20) is attached to an outer periphery (10a) of the impeller (10) of the fan (1). Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei das Gebläse (1) und die Turbine (2) ein gemeinsames Gehäuse (3) aufweisen, wobei das Gebläse (1) als Seitenkanalverdichter ausgebildet ist, bei welchem das Laufrad (10) des Gebläses (1) an einer Stirnseite Schaufeln (13) aufweist, die einem im Gehäuse (3) ausgebildeten, ringsegmentförmigem Seitenkanal (30) zugewandt sind, wobei der Sauganschluss (11) und der Druckanschluss (12) in entgegengesetzten Endbereichen des Seitenkanals (30) ausgebildet sind, und wobei das Gehäuse (3) einen mit einem Ausgangsanschluss (32) verbundenen Mischkanal (31) aufweist, mit welchem der Auslass (22) der Turbine (2) und der Druckanschluss (12) des Gebläses (1) verbunden sind.Recirculation device (100) after claim 4 , the fan (1) and the turbine (2) having a common housing (3), the fan (1) being designed as a side channel compressor, in which the impeller (10) of the fan (1) has blades (13 ) which face a ring-segment-shaped side channel (30) formed in the housing (3), the suction connection (11) and the pressure connection (12) being formed in opposite end regions of the side channel (30), and the housing (3) a mixing duct (31) connected to an outlet port (32) to which the outlet (22) of the turbine (2) and the pressure port (12) of the fan (1) are connected. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei zwischen der Stirnseite des Laufrads (10) des Gebläses (1) und einem den Seitenkanal (30) radial umgrenzenden Bereich des Gehäuses (3) ein Spalt (33) ausgebildet ist, welcher den Seitenkanal (30) mit einer im Gehäuse (3) ausgebildeten Rinne (34) verbindet, so dass flüssiges Wasser aus dem Seitenkanal (30) in radialer Richtung (R1) durch den Spalt (33) abführbar ist.Recirculation device (100) after claim 5 , wherein a gap (33) is formed between the end face of the impeller (10) of the blower (1) and a region of the housing (3) radially delimiting the side duct (30), which gap connects the side duct (30) with a cavity in the housing (3 ) formed channel (34) connects, so that liquid water from the side channel (30) in the radial direction (R1) through the gap (33) can be discharged. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend: eine kinematisch an das Laufrad (10) des Gebläses (1) gekoppelte Antriebsvorrichtung (4), insbesondere in Form eines Elektromotors.Recirculation device (100) according to any one of the preceding claims, additionally comprising: a drive device (4) kinematically coupled to the impeller (10) of the fan (1), in particular in the form of an electric motor. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 7, zusätzlich aufweisend: einen Sammelbehälter (5) zum Sammeln von flüssigem Wasser, das in dem Gebläse (1) aus dem Anodenabgas abgeschieden wird, wobei der Sammelbehälter (5) mit dem Gebläse (1) durch eine oder mehrere Leitungen (51) verbunden ist, und wobei die Leitung(en) und/oder der Sammelbehälter (5) thermisch an die Antriebsvorrichtung (4) gekoppelt ist.Recirculation device (100) after claim 7 , additionally comprising: a collection container (5) for collecting liquid water which is separated from the anode exhaust gas in the blower (1), the collection container (5) being connected to the blower (1) by one or more lines (51). , and wherein the line(s) and/or the collection container (5) is thermally coupled to the drive device (4). Brennstoffzellensystem (200), mit: einer Brennstoffzellenanordnung (210) mit zumindest einer Brennstoffzelle (213), einem Brennstoffeinlass (211) und einem Brennstoffauslass (212); und einer Rezirkulationsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche; wobei der Druckanschluss (12) des Gebläses (1) und der Auslass (12) der Turbine (2) mit dem Brennstoffeinlass (211) verbunden sind; und wobei der Sauganschluss (11) des Gebläses mit dem Brennstoffauslass (212) verbunden ist.Fuel cell system (200), with: a fuel cell arrangement (210) with at least one fuel cell (213), a fuel inlet (211) and a fuel outlet (212); and a recirculation device (100) according to any one of the preceding claims; the pressure port (12) of the fan (1) and the outlet (12) of the turbine (2) being connected to the fuel inlet (211); and wherein the suction port (11) of the fan is connected to the fuel outlet (212). Brennstoffzellensystem (200) nach Anspruch 9, wobei der Druckanschluss (12) des Gebläses (1) und der Auslass (12) der Turbine (2) ohne zwischengeschaltete Saugstrahlpumpe direkt mit dem Brennstoffeinlass (211) verbunden sind.Fuel cell system (200) after claim 9 , wherein the pressure connection (12) of the fan (1) and the outlet (12) of the turbine (2) are connected directly to the fuel inlet (211) without an interposed ejector pump.
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