AT525145A1

AT525145A1 - Rezirkulationsvorrichtung für eine Rezirkulation von Anodenabgas als Rezirkulationsgas bei einem Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: AT525145A1
Application number: ATA50384/2021A
Authority: AT
Inventors: Neubauer Dr Techn Raphael; Pöschl Dr Robert; Hofer Dipl -Ing Marlies; Reiter Dipl -Ing Bernd; Schluckner Dr Christoph; Mathé Dipl -Ing Jörg
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-12-15
Also published as: DE112022002638A5; WO2022241494A1; AT525145B1; CN117321814A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rezirkulationsvorrichtung (10) für eine Rezirkulation von Anodenabgas (AAG) als Rezirkulationsgas (RG) aus einem Anodenabschnitt (120) eines Brennstoffzellenstapels (110) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend eine Rezirkulationsleitung (20) mit einem Aufnahmeabschnitt (22) zu fluidkommunizierenden Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt (124) des Anodenabschnitts (120), wobei die Rezirkulationsleitung (20) eine erste Teil-Rezirkulationsleitung (24), eine zweite Teil-Rezirkulationsleitung (26) sowie eine Aufteilvorrichtung (30) aufweist für eine Aufteilung des Rezirkulationsgases (RG) auf die beiden Teil-Rezirkulationsleitungen (24, 26), wobei weiter die erste Teil- Rezirkulationsleitung (24) eine erste Ejektorvorrichtung (40) aufweist für eine fluidkommunizierende Einbindung in einen Anodenzuführabschnitt (122) des Anodenab- schnitts (120) und die zweite Teil-Rezirkulationsleitung (26) eine Gebläsevorrichtung (94) aufweist für eine fluidkommunizierende Einbindung in den Anodenzuführabschnitt (122) stromaufwärts der ersten Ejektorvorrichtung (40).

Description

Rezirkulationsvorrichtung für eine Rezirkulation von Anodenabgas als Rezirku-

lationsgas bei einem Brennstoffzellensystem

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rezirkulationsvorrichtung für eine Rezirkulation von Anodenabgas als Rezirkulationsgas eines Brennstoffzellensystems, ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer solchen Rezirkulationsvorrichtung sowie ein Verfahren für ein Aufteilen eines Rezirkulationsgases mit einer solchen Re-

zirkulationsvorrichtung.

Es ist bekannt, dass Brennstoffzellensysteme Rezirkulationsleitungen aufweisen, um zumindest einen Teil des Anodenabgases aus dem Anodenabschnitt wieder einem Anodenzuführabschnitt zurückzuführen. Dies dient dazu, unverbrannten Brennstoff, welcher anteilig im Anodenabgas enthalten ist, einer nochmaligen Nutzung im Brennstoffzellenstapel zuzuführen und damit die Effizienz beim Betrieb des Brennstoffzellensystems zu steigern. Für das Rückführen sind grundsätzlich zwei Rückführmöglichkeiten bekannt. Zum einen ist ein aktives Rückführen mit Hilfe einer Gebläsevorrichtung bekannt, welches aktiv das Rezirkulationsgas in den Anodenzuführabschnitt hineinfördert. Eine passive Lösung ist die Verwendung einer sogenannten Ejektorvorrichtung, welche über Brennstoff an einem Treibanschluss eine Saugfunktion an einem Sauganschluss für die Rezirkulationsleitung und damit für ein An-

saugen des Rezirkulationsgases zur Verfügung stellt.

Nachteilhaft bei den bekannten Verwendungen von Gebläsevorrichtungen ist es, dass eine solche Gebläsevorrichtung hitzeanfällig ist. Da das Anodenabgas im Betrieb des Brennstoffzellensystems üblicherweise hohe Temperaturen bis zu circa 1000 C° aufweist, muss die Gebläsevorrichtung entsprechend hitzeresistent ausgestaltet sein. Dies führt zu einem hohen Konstruktionsaufwand sowie hohen Kosten für entsprechend temperaturresistente Materialien. Auch bei hochwertiger Ausstattung ist durch die hohe Temperaturbelastung von einem starken Verschleiß an der Gebläsevorrichtung bekannter Lösungen auszugehen.

Die Verwendung passiver Ejektorvorrichtungen bei bekannten Lösungen führt dazu, dass bei hohen Rezirkulationsraten und entsprechend hohen Strömungsmengen an Rezirkulationsgas eine hohe Saugleistung in der Ejektorvorrichtung angelegt werden muss. Um diese hohe Saugleistung gewährleisten zu können, ist ein hoher Primär-

druck am Treibanschluss der Ejektorvorrichtung notwendig. Dies führt dazu, dass bei

entsprechend aufwendigen konstruktiven Anforderungen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise einen reduzierten Förderdruck mit reduziertem Verschleiß bei einer Rezirkulation mithilfe einer Gebläsevorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch eine Rezirkulationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Rezirkulationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 17 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der weiteren erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung, dem Brennstoffzellensystem sowie einem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden

kann.

Erfindungsgemäß dient eine Rezirkulationsvorrichtung einer Rezirkulation von Anodenabgas als Rezirkulationsgas aus einem Anodenabschnitt eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems. Hierfür weist die Rezirkulationsvorrichtung eine Rezirkulationsleitung mit einem Aufnahmeabschnitt zur fluiudkommunizierenden Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt des Anodenabschnitts auf. Die Rezirkulationsleitung teilt sich in eine erste Teil-Rezirkulationsleitung und wenigstens eine zweite Teil-Rezirkulationsleitung auf. Weiter ist eine Aufteilvorrichtung vorgesehen, für eine Aufteilung des Rezirkulationsgases auf die beiden Teil-

Rezirkulationsleitungen. Die erste Teil-Rezirkulationsleitung ist mit einer ersten Ejek-

torvorrichtung ausgestattet, für eine fluudkommunizierende Einbindung in einen Ano-

denzuführabschnitt des Anodenabschnitts. Die zweite Teil-Rezirkulationsleitung weist

eine Gebläsevorrichtung auf, für eine fluidkommunizierende Einbindung in den Ano-

denzuführabschnitt stromaufwärts der ersten Ejektorvorrichtung.

Eine erfindungsgemäße Rezirkulationsvorrichtung bildet insbesondere einen Teilabschnitt eines Brennstoffzellensystems aus, wie dies später noch näher erläutert wird. Die Gebläsevorrichtung ist dabei bei einem solchen Brennstoffzellensystem stromaufwärts der ersten Ejektorvorrichtung in den Anodenzuführabschnitt eingebunden.

Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht darauf, eine Fördermöglichkeit einer Ejektorvorrichtung mit einer Fördermöglichkeit einer Gebläsevorrichtung zur Ermöglichung einer Rezirkulationsfunktion bei einem Brennstoffzellensystem zu kombinieren. Anodenabgas, welches je nach Betriebssituation eine Restmenge an Brennstoff enthält, kann nun über den Aufnahmeabschnitt in die Rezirkulationsleitung einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung eingebracht werden. Dies kann bis zu sehr hohen Rezirkulationsraten erfolgen, beispielsweise von circa 80% des Anodenabgases. Das bedeutet, dass circa 20% des Anodenabgases in eine separate Abgasleitung geführt werden, während der Großteil, in diesem Fall circa 80%, des

Anodenabgases als Rezirkulationsgas der Rezirkulation zugeführt werden.

Während bei bekannten Lösungen mit einer einzigen Ejektorvorrichtung auf diese Weise sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten und/oder sehr hohe Fördermengen an Rezirkulationsgas in die Ejektorvorrichtung eindringen würden, kann durch die Aufteilvorrichtung bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine Aufteilung dieser großen Sträömungsvolumen erfolgen. Während bei bekannten Lösungen hohe Mengen an Rezirkulationsgas in der Ejektorvorrichtung zu entsprechend hohen Saugleistungen führen, kann die notwendige Saugleistung bei der erfindungsgemäßen Kom-

bination reduziert werden.

Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Aufteilvorrichtung entweder fest eingestellt, schaltbar oder sogar variabel und insbesondere flexibel kontrollierbar die Aufteilung auf die Teil-Rezirkulationsleitungen ermöglicht. Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es nun also möglich, dass ein Teil des Rezirkulationsgases nicht auf den ersten Ejektor, sondern auf die Gebläsevorrichtung umgeleitet wird. Geht man beispielsweise von einer 50:50 Aufteilung aus, so wird bei einer hohen Rückführmenge

an Rezirkulationsgas die eine Hälfte der ersten Ejektorvorrichtung und die andere

sich.

Die Vorteile hinsichtlich der Ejektorvorrichtung liegen insbesondere in der deutlich reduzierten Menge an Rezirkulationsgas, die dem Sauganschluss der Ejektorvorrichtung zugeführt wird. Durch die reduzierte Menge ist auch eine entsprechend reduzierte Saugleistung an der Ejektorvorrichtung am Sauganschluss notwendig. Dadurch, dass zwischen dem Primärdruck an dem Treibanschluss der ersten Ejektorvorrichtung und der damit zusammenhängenden Saugleistung am Sauganschluss üblicherweise ein nichtlinearer Zusammenhang besteht, führt eine Reduktion der notwendigen Saugleistung zu einer deutlich stärkeren Reduktion des entsprechend benötigten Betriebsdrucks. Halbiert man also beispielsweise die Sträömungsmenge an Rezirkulationsgas am Sauganschluss durch eine Halbierung der Saugleistung von beispielsweise 60mbar auf 30mbar, so führt dies zu einer deutlich stärkeren Einschränkung des notwendigen Betriebsdrucks, beispielsweise um den Faktor 5 von ca. 5bar auf ca. 1bar, am Treibanschluss. Der Reduktionseffekt am Treibanschluss hinsichtlich des Primärdrucks übersteigt also die Reduktion der Saugleistung am Sauganschluss.

Um nun trotz der Reduktion der Strömungsmenge durch die erste Ejektorvorrichtung die gewünschte hohe Rezirkulationsrate von beispielsweise circa 80% ermöglichen zu können, wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die noch verbleibende notwendige Strömungsmenge an Rezirkulationsgas nun über die zweite TeilRezirkulationsleitung auf die Gebläsevorrichtung geleitet. Die Gebläsevorrichtung ist nun ebenfalls in der Lage, das Rezirkulationsgas in den Anodenzuführabschnitt zurückzuführen. Im Vergleich zu Lösungen im Stand der Technik, welche ausschließlich Gebläsevorrichtungen verwenden, ist jedoch auch bei hohen Zirkulationsraten die notwendige Strömungsmenge in der Gebläsevorrichtung entsprechend um den Anteil der ersten Ejektorvorrichtung reduziert, da zumindest ein Teil der gewünschten Rezirkulationsmenge bereits über die Ejektorvorrichtung in den Anodenzuführabschnitt eingebracht worden ist. Neben den entsprechend reduzierten Strömungsquerschnitten, der reduzierten notwendigen Förderleistung der Gebläsevorrichtung und weiteren konstruktiven Vorteilen führt dies zu einer entsprechend reduzierten eingebrachten Wärmemenge, da eine geringere Strömungsmenge in erhitztem Zu-

stand an der Gebläsevorrichtung ankommt.

vorrichtung miteinander kombinierbar sind.

Es kann also eine Steigerung der Effizienz bei hohen Rezirkulationsraten für das Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt werden, ohne dem bisher bekannten hohen Aufwand hinsichtlich hoher Primärdrücke an einer Ejektorvorrichtung oder ho-

hem Verschleißschutz an einer Gebläsevorrichtung Rechnung tragen zu müssen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung die erste Teil-Rezirkulationsvorrichtung in einem Sauganschluss der ersten Ejektorvorrichtung mündet und der Anodenzuführabschnitt in einem Treibanschluss der ersten Ejektorvorrichtung mündet. Der Treibanschluss und der Ausgang der ersten Ejektorvorrichtung bilden damit einen Teil des Strömungsweges des Anodenzuführabschnittes aus, während der Sauganschluss sozusagen die seitliche Zuführung des rezirkulierten Rezirkulationsgases darstellt. Die Vermischung des aus dem Treibanschluss eingebrachten Gases mit dem Rezirkulationsgas erfolgt also innerhalb der ersten Ejektorvorrichtung. Wie bereits erläutert worden ist, kann auch bei hohen Rezirkulationsraten die Strömungsmenge an Rezirkulationsgas in den Sauganschluss minimiert werden, sodass sich dementsprechend eine Saugsituation im Unterschallbereich am Sauganschluss der ersten Ejektorvorrichtung einstellt. Hierfür sind entsprechend deutlich niedrigere Drücke auf der Primärseite, also am Treibanschluss der ersten Ejektorvorrichtung, notwendig, sodass der Primärstrom nicht mehr auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Hierfür kann die Ejektorvorrichtung günstigerweise als Strahlpumpenvorrichtung, insbesondere als Saugstrahlpumpe

ausgebildet sein.

Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung eine Wärmetauschervorrichtung angeordnet ist, für einen Wärmeaustausch mit dem Anodenzuführabschnitt, insbesondere stromabwärts der Gebläsevorrichtung und/oder stromaufwärts der ersten

Ejektorvorrichtung. Mit anderen Worten ist die Wärmetauschervorrichtung mit ihrer

wünschte Wärmeverluste aus dem System heraus vermieden werden können.

Vorteile bringt es ebenfalls mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung stromaufwärts der Gebläsevorrichtung eine Kondensatorvorrichtung zum Kondensieren dampfförmiger Wasserbestandteile aus dem Rezirkulationsgas angeordnet ist, wobei die Kondensatorvorrichtung das Kondensat in eine Kondensatleitung und das restliche Rezirkulationsgas in eine Restgasleitung aufteilt. Dies erlaubt es, hohe Wasserdampfanteile aus dem Rezirkulationsgas auszukondensieren und entsprechend separat nach der Kondensatorvorrichtung in der Kondensatleitung weiterzuführen. Damit bilden die Kondensatleitung einerseits und die Restgasleitung andererseits diesen Teilabschnitt der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung aus. Darüber hinaus wird es auf diese Weise möglich, den Druck in der zweiten Teil-Rezirkulationsgasleitung noch weiter zu reduzieren. Insbesondere ist eine solche Kondensatorvorrichtung kombiniert mit einer Verdampfervorrichtung, um abschließend nochmals das kondensierte Kondensat in eine dampfförmige Phase zu überführen.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einer Rezirkulationsvorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz in der Kondensatleitung eine Verdampfungsvorrichtung zum Verdampfen von Kondensat angeordnet ist. Dies ist insbesondere kombiniert mit einer Mischvorrichtung im Anodenzuführabschnitt, in welche das verdampfte Kondensat anschließend wieder eingeführt werden kann, um es beispielsweise mit Brennstoff zu vermischen. Die Wärme für die notwendige Verdampfungsenergie kann da-

bei aus einer separaten Abgasleitung stammen, sodass die Verdampfungsvorrich-

die notwendige Verdampfungsenthalpie als Restwärme zu entziehen.

Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der Kondensatleitung, insbesondere stromabwärts einer Verdampfungsvorrichtung, eine Mischvorrichtung angeordnet ist, für ein Mischen mit Brennstoff von einer Brennstoffquelle und/oder für ein Mischen mit Rezirkulationsgas stromabwärts der Gebläsevorrichtung. Somit ist es möglich, dass sowohl der Brennstoff als auch das verdampfte Kondensat in der gemeinsamen Mischvorrichtung mit Rezirkulationsgas aus der Restgasleitung und der Gebläsevorrichtung vermischt wird. Diese Mischung aus diesen drei Bestandteilen erlaubt es nun anschließend als Anodenzuführgas im Anodenzuführabschnitt in den Treibanschluss der ersten Ejektorvorrichtung eingebracht zu werden. Die Gebläsevorrichtung dient insbesondere auch in diesem Fall dazu, den gewünschten Primärdruck an dem Treibanschluss der

ersten Ejektorvorrichtung einzustellen.

Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung stromaufwärts der Gebläsevorrichtung eine zweite Ejektorvorrichtung angeordnet ist, für eine fluiıdkommunizierende Einbindung in den Anodenzuführabschnitt. Damit wird es möglich, auch zweioder mehrstufige Ejektorvorrichtungen zu verwenden, sodass eine noch stärkere Aufteilung der einzelnen Strömungsmengen möglich ist. Die erfindungsgemäßen Vorteile der Reduktion des Temperaturverschleißes in der Gebläsevorrichtung sowie der Erzeugung von Unterschallsituationen in den Ejektorvorrichtungen können hierbei noch besser und insbesondere für noch größere Strömungsmengen an Rezirku-

lationsgas zur Verfügung gestellt werden.

Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung die zweite Teil-Rezirkulationsleitung in einen Treibanschluss der zweiten Ejektorvorrichtung mündet. Die zweite Teil-Rezirkulationsleitung kann in gasförmiger Weise, oder wie dies später noch erläutert wird, beispielsweise ein flüssiges Kondensat aus dem Rezirkulationsgas, in die zweite Ejektorvorrichtung fördern. Ein Münden im Treibanschluss führt also dazu, dass in einer konträren Ausgestaltung zur ersten Ejektorvorrichtung nun der Druck in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung als Primärdruck für die zweite Ejektorvorrichtung zur Verfügung gestellt ist. Der

Sauganschluss kann dabei in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein und bei-

spielsweise Brennstoff oder einen weiteren Teil des Rezirkulationsgases aufnehmen.

Bevorzugt ist hier eine Ausgestaltung, wie sie später noch mit Bezug auf eine Kon-

densatorvorrichtung näher erläutert wird.

Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung stromaufwärts der zweiten Ejektorvorrichtung eine Kondensatorvorrichtung zum Kondensieren dampfförmiger Wasserbestandteile aus dem Rezirkulationsgas angeordnet ist. Diese Kondensatvorrichtung teilt Kondensat in eine Kondensatleitung und das verbleibende, restliche Rezirkulationsgas in eine Restgasleitung auf. Somit bilden die Kondensatleitung und die Restgasleitung Bestandteile dieses Abschnitts der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung aus. Rezirkulationsgas, welches nicht bereits in der Aufteilvorrichtung an die erste Ejektorvorrichtung aufgeteilt worden ist, strömt nun in diese Kondensatorvorrichtung ein und kann, beispielsweise gekühlt durch Zuluft als Kathodenzuführgas, auf eine Temperatur abgekühlt werden, welche unterhalb der Kondensattemperatur von kondensierbaren Bestandteilen des Rezirkulationsgases liegt. Beispielsweise handelt es sich hier um Wasser als kondensierbarer Bestandteil, sodass eine Abkühlung des Rezirkulationsgases unter 100 C° zum Auskondensieren des Wassers führt. Die Kondensatorvorrichtung trennt das flüssige Kondensat vorzugsweise vom verbleibenden gasförmigen Restgas ab, sodass das Kondensat in der Kondensatleitung und das Restgas in der Restgasleitung weitergefördert werden kann. Die Kondensatleitung führt dabei vorzugsweise zum Treibanschluss der zweiten Ejektorvorrichtung und die Gasleitung zum Sauganschluss der zweiten Ejektorvorrichtung. Die Anbindung der Kondensatleitung auf die Primärseite führt zu einer weiteren Verringerung des notwendigen Arbeitsaufwandes zur Erzeugung von Druck an diesem Treibanschluss. Insbesondere dadurch, dass das Kondensat in flüssiger Form vorliegt, ist der Aufwand, einen gewünschten hohen Druck auf der Primärseite in definierter Weise auszubilden, deutlich geringer, als wenn eine Kompression einer gasförmigen Komponente für den Treibanschluss der zweiten Ejektorvorrichtung benötigt werden

würde.

Bei einer Rezirkulationsvorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz kann es vorteilhaft sein, wenn in der Kondensatleitung eine Verdichtervorrichtung angeordnet ist, für ein Verdichten des Kondensats. Ein solches Verdichten führt zu einer definierten Druckerhöhung an dem Treibanschluss der zweiten Ejektorvorrichtung, mit im Ver-

gleich zum Verdichten einer gasförmigen Komponente deutlich geringerer Verdich-

mäß dem nachstehenden Absatz.

So kann es weitere Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der Kondensatleitung stromaufwärts der zweiten Ejektorvorrichtung und insbesondere stromabwärts einer Verdichtervorrichtung eine Verdampfungsvorrichtung zum Verdampfen von Kondensat angeordnet ist. Dies erlaubt es, insbesondere nach Druckerhöhung durch die Verdichtervorrichtung, im flüssigen Zustand des Kondensates, dieses flüssige und verdichtete Kondensat wieder zu verdampfen und auf diese Weise unter dem entsprechend erzeugten hohen Druck der Primärseite am Treibanschluss der zweiten Ejektorvorrichtung zuzuführen. Hier ist es noch möglich, dass bei Verwenden einer Verdampfungsvorrichtung und/oder einer Verdichtungsvorrichtung ein Druckzwischenspeicher vorgesehen ist, um ein Weitergeben von Druckpulsen aus der Verdampfungsvorrichtung und/oder der Verdichtervorrichtung an den Treibanschluss der zweiten Ejektorvorrichtung auszugleichen oder gänzlich zu vermeiden. Insbesondere kann eine solche Verdampfungsvorrichtung kombiniert sein mit einem Wärmeübergang aus einer oder mehrerer Abgasleitungen des Brennstoffzellensystems, sodass eine Kühlung von Anodenabgas, eine Kühlung von Kathodenabgas und/oder eine Kühlung von kombinierten Abgasströmen möglich ist, und die Wärme zum Verdampfen oder zumindest zur Unterstützung

des Verdampfens zur Verfügung gestellt wird.

Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der Restgasleitung eine Mischvorrichtung angeordnet ist, für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einer Brennstoffquelle zum Mischen des restlichen Rezirkulationsgases mit dem Brennstoff. Mit anderen Worten wird der Brennstoff aus einer Brennstoffquelle in gasförmiger Form dem Rezirkulationsgas in der Restgasleitung zugeführt, sodass dieses gemeinsam, vorzugsweise über den Sauganschluss der zweiten Ejektorvorrichtung, in das System eingebracht wird. Dadurch, dass damit die Brennstoffquelle ebenfalls über den Sauganschluss der zweiten Ejektorvorrichtung mit dem Anodenzuführabschnitt fluidkommunizierend verbunden werden kann, kann bei niedrigen Drücken in der Brennstoffquelle auf einen separate Verdichter für den Brennstoff verzichtet werden. Vielmehr kann es ausreichen, mit entsprechenden Drucksituationen an der zweiten Ejektorvorrichtung nicht nur das verbleibende Rezir-

kulationsgas in der Restgasleitung, sondern auch den benötigten Brennstoff in gas-

lensystems kann auf diese Weise weiter gesteigert werden.

Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der Kondensatleitung, insbesondere stromaufwärts einer Verdichtervorrichtung und/oder stromaufwärts einer Verdampfervorrichtung, eine Mischvorrichtung angeordnet ist, für eine fluiudkommunizierende Verbindung mit einer Brennstoffquelle zum Mischen von Kondensat mit Brennstoff. Dies ist alternativ oder zusätzlich zu der im voranstehenden Absatz erläuterten Ausführungsform denkbar. Hier ist es möglich, Brennstoff sogar in flüssiger Form einzubringen, insbesondere, wenn die Mischvorrichtung stromaufwärts der Verdampfungsvorrichtung angeordnet ist. Damit kann die Möglichkeit gegeben werden, den Brennstoff in flüssiger Form zu lagern und zur Verfügung zu stellen, sodass der entsprechende Aufwand für die Zurverfügungstellung des Brennstoffs noch weiter reduziert werden kann. Auch hier ist es möglich, den Brennstoff aus der Brennstoffquelle druckarm oder sogar druckfrei in das Brennstoffzellensystem einzubringen, da die notwenige Förderarbeit und/oder Verdichterarbeit in flüssiger Weise von der Verdichtervorrichtung gemeinsam für den Brennstoff und das Kondensat zur Verfügung gestellt werden kann.

Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einer Rezirkulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Mischvorrichtung einen Brennstoffzufuhrabschnitt aufweist, mit einem Stellventil für eine Variation der Strömungsmenge an Brennstoff in die Mischvorrichtung. Dies ist insbesondere kombiniert mit einem Stellventil gemäß dem nachfolgenden Absatz. Ein solches Stellventil erlaubt mindestens ein qualitatives, vorzugsweise ein quantitatives Varlieren der Strömungsmenge an

Brennstoff in die Mischvorrichtung.

Auch ist es vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der Restgasleitung ein Stellventil angeordnet ist, für eine Variation der Strömungsmenge in der Restgasleitung. Insbesondere in Kombination mit dem Stellventil des voranstehenden Absatzes In dem Brennstoffzufuhrabschnitt, kann auf diese Weise ein definiertes Kontrollieren der einzelnen Strömungsmengen erfolgen, sodass damit nicht nur Strömungsmengen, sondern auch sich einstellende Drücke am Treibanschluss und/oder am Sauganschluss der zweiten Ejektorvorrichtung in defi-

nierter Weise, vorzugsweise in quantitativer Weise, kontrollierbar sind.

griert sein, um einen zusätzlichen Wärmeaustausch für ein Aufwärmen des Anoden-

stellen zu können.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem für die Erzeugung elektrischen Stroms aus Brennstoff. Hierfür weist das Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt auf. Der Anodenabschnitt weist einen Anodenzuführabschnitt zum Zuführen von Anodenzuführgas und einen Anodenabführabschnitt zum Abführen von Anodenabgas auf. Der Kathodenabschnitt weist einen Kathodenzuführabschnitt zum Zuführen von Kathodenzuführgas und einen Kathodenabführabschnitt zum Abführen von Kathodenabgas auf. Dabei ist das Brennstoffzellensystem weiter mit einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung ausgestattet. Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Rezirkulationsvorrichtung erläutert worden

sind.

Der Brennstoffzellenstapel weist dabei vorzugsweise eine Vielzahl einzelner Brennstoffzellen auf, um die gewünschte elektrische Stromerzeugungsfähigkeit zur Verfügung stellen zu können. Als Brennstoff wird vorzugsweise ein kohlenstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Methan, Ethan oder Erdgas oder aber auch Wasserstoff, verwendet. Als Kathodenzuführgas wird insbesondere sauerstoffhaltige Zuluft verwendet. Selbstverständlich können im Brennstoffzellensystem vorzugsweise weitere Einbauten und Funktionskomponenten enthalten sein, wie beispielsweise ein Reformer zum Aufbereiten und Reformieren des Brennstoffs, Oxidationskatalysatoren zur Nachbehandlung des Abgases oder Wärmetauschervorrichtungen, um die Wärmeef-

fizienz beim Betrieb des Brennstoffzellensystems weiter zu erhöhen.

Vorteilhaft kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem in dem Anodenzuführabschnitt stromabwärts der ersten Ejektorvorrichtung und stromabwärts der Gebläsevorrichtung eine Mischvorrichtung angeordnet ist, für ein Mischen von Rezirkulationsgas und Brennstoff von einer Brennstoffquelle. Eine solche Mischvorrichtung kann zusätzlich noch kombiniert sein mit der Einbringungsmöglichkeit von verdampftem Kondensat, wie dies bereits erläutert worden ist. Der Brennstoff wird hier vorzugsweise gasförmig in die Mischvorrichtung eingebracht,

sodass die Gebläsevorrichtung für die Vermischung sorgt und zusätzlich das ge-

Primärseite der ersten Ejektorvorrichtung zur Verfügung stellt.

Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem im Anodenabführabschnitt eine Abgas-Aufteilvorrichtung angeordnet ist, für ein Aufteilen des Anodenabgases auf den Aufnahmeabschnitt der Rezirkulationsleitung und eine davon separate Abgasleitung. Diese separate Abgasleitung dient insbesondere dazu, Gas, welches nicht rezirkuliert wird, der Umgebung zuzuführen. In einer solchen separaten Abgasleitung kann beispielsweise eine Kombination mit Kathodenabgas erfolgen und es können weitere Nachbehandlungsschritte vorgesehen sein. So kann beispielsweise ein Oxidationskatalysator, ein weiterer Wärmetauscher oder Ähnliches vorgesehen sein. Auch ein Wärmeaustausch mit Teilen des Rezirkulationsgases, insbesondere der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung, ist hier im

Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für ein Aufteilen eines Rezirkulationsgases in einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, aufweisend die folgenden Schritte:

— Erfassen einer Betriebssituation des Brennstoffzellensystems,

— Aufteilen des Rezirkulationsgases in der Aufteilvorrichtung auf die beiden

Teil-Rezirkulationsleitungen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Rezirkulationsvorrichtung und ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem erläutert worden sind. Die Aufteilrate wird, insbesondere bei hohen Rezirkulationsraten, also einer Rückführung von beispielsweise 80% des anfallenden Anodenabgases, in kontrollierter Weise durchgeführt, und vorzugsweise abhängig von der Betriebssituation des Brennstoffzellensystems. Beispielsweise kann eine Aufteilung 50:50 erfolgen, sodass 50% des Rezirkulationsgases auf die erste Teil-Rezirkulationsleitung und die anderen 50% des Rezirkulationsgases auf die zweite Teil-Rezirkulationsleitung aufgeteilt werden. Vorzugsweise können neben der Betriebssituation des Brennstoffzellensystems auch zu erwartende Geschwindigkeiten in den Ejektorvorrichtungen und/oder Drücke an An-

schlüssen der Ejektorvorrichtungen berücksichtigt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aus-

führungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schema-

tisch:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenn-

stoffzellensystems,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenn-

stoffzellensystems,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenn-

stoffzellensystems und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenn-

stoffzellensystems.

In der Figur 1 ist schematisch eine einfachste Ausgestaltung eines erfindungsgemäRen Brennstoffzellensystems 100 dargestellt. Hier wird in einem Brennstoffzellenstapel 110 Anodenzuführgas AZG über den Anodenzuführabschnitt 122 in den Anodenabschnitt 120 eingebracht und dort mit Kathodenzuführgas KZG über den Kathodenzuführabschnitt 132 eingebracht in den Kathodenabschnitt 130 umgesetzt. Dabei entsteht Anodenabgas AAG, welches über den Anodenabführabschnitt 124 abgeführt wird sowie Kathodenabgas KAG, welches über den Kathodenabführabschnitt 134 abgeführt wird. Das Anodenabgas AAG wird bei dieser Ausführungsform in der Abgas-Aufteilvorrichtung 160 aufgeteilt in ein Rezirkulationsgas RG der Rezirkulationsleitung 20 und ein verbleibendes Restabgas in die separate Abgasleitung 170. Das Rezirkulationsgas RG wird vom Aufnahmeabschnitt 22 in der Rezirkulationsleitung RG zur Aufteilvorrichtung 30 gefördert und dort, beispielsweise 50:50 auf zwei Teil-Rezirkulationsleitungen 24 und 26, aufgeteilt. Über die erste TeilRezirkulationsleitung 24 wird über einen Sauganschluss 44 der darin geförderte Teil des Rezirkulationsgases RG in die erste Ejektorvorrichtung 40 eingesaugt. Um diese

Saugwirkung zu erzielen ist ein entsprechender Primärdruck am Treibanschluss 42

der ersten Ejektorvorrichtung 40 vorgesehen. Dieser wird zur Verfügung gestellt

durch das dort ankommende Anodenzuführgas AZG, welches ein Gemisch aus

Brennstoff BS und Rezirkulationsgas RG aus der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung

26 ist.

Die zweite Strömungsmenge des Rezirkulationsgases RG wird in der zweiten TeilRezirkulationsleitung 26 zuerst über eine Wärmetauschervorrichtung 150 geführt, um abzukühlen und gleichzeitig die Wärme an das Anodenzuführgas AZG zu übergeben. Das abgekühlte Rezirkulationsgas RG wird nun in der Gebläsevorrichtung 94 aktiv gefördert und auf Druck gebracht, anschließend in der Mischvorrichtung 90 mit Brennstoff BS aus dem Brennstoffzufuhrabschnitt 142 aus der Brennstoffquelle 140 gemischt und am Primäranschluss des Treibanschlusses 42 der ersten Ejektorvor-

richtung 40 zur Verfügung gestellt.

In der Figur 1 ist gut die Aufteilmöglichkeit des Rezirkulationsgases RG auf zwei unterschiedliche Rezirkulationssysteme, nämlich einmal die erste Ejektorvorrichtung 40 in der ersten Teil-Rezirkulationsleitung 24 und zum anderen die Gebläsevorrichtung

94 in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung 26, dargestellt.

Die Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche in die Ausführungsform der Figur 1 eine Kondensatorvorrichtung 60 sowie eine Verdampfervorrichtung 80 integriert. Die Kondensatorvorrichtung 60 wird hier aus der Luftquelle 180 betrieben, sodass ein Kühlen des Rezirkulationsgases RG zum Auskondensieren von Kondensat K führt. Das Kondensat K wird separat, hier in der Kondensatleitung 62, abgeführt und über eine Verdichtervorrichtung 70 anschließend in der Verdampfervorrichtung 80 wieder in eine dampfförmige Phase für das Vermischen in der Mischvorrichtung 90 überführt. Separat wird das Restgas als Rezirkulationsgas RG in der Restgasleitung 64 der Gebläsevorrichtung 94 zugeführt, sodass in der bereits beschriebenen Weise der gewünschte Druck für das Vermischen in der Mischvorrichtung 90 und dem Primärdruck am Treibanschluss 42 der ersten Ejektorvorrichtung 40 in gleicher

Weise zur Verfügung gestellt werden kann.

In den Figuren 3, 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen dargestellt, bei welchen die Ejektorvorrichtungen stufenweise in eine erste Ejektorvorrichtung 40 und eine

zweite Ejektorvorrichtung 50, welche hier vor der Gebläsevorrichtung 94 angeordnet

rungen zu den mehrstufigen Ejektorvorrichtungen angeführt.

Die Figur 3 zeigt schematisch ein Brennstoffzellensystem 100, welches einen Brennstoffzellenstapel 110 aufweist. Der Brennstoffzellenstapel 110 ist aufgeteilt in einen Anodenabschnitt 120 und einen Kathodenabschnitt 130. Für den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 ist Brennstoff BS notwendig, welcher von einer Brennstoffquelle 140 zur Verfügung gestellt wird. Zusätzlich ist Luft notwendig, welche von einer Luftquelle 180 zur Verfügung gestellt wird. Für den Betrieb des Brennstoffzellensystems 100 wird bei der Ausführungsform der Figur 1 nun Brennstoff BS von der Brennstoffquelle 140 über den Brennstoffzufuhrabschnitt 142 zugeführt. Über mehrere Schritte im Anodenzuführabschnitt 122 wird der Brennstoff BS nun dem Anodenabschnitt 120 zugeführt und dort in den einzelnen Brennstoffzellen mit Zuluft als Kathodenzuführgas KZG, welches über den Kathodenzuführabschnitt 132 und den Kathodenabschnitt 130 zugeführt wird, umgesetzt. Unter dieser Umsetzung entsteht

elektrischer Strom und Anodenabgas AAG sowie Kathodenabgas KAG.

Da das Anodenabgas AAG je nach Betriebssituation unterschiedlich große Mengen an unverbrauchtem Brennstoff BS enthält, kann hier bei dieser Ausführungsform das Brennstoffzellensystem 100 mithilfe der Abgasaufteilvorrichtung 160 ein Teil des entstehenden Anodenabgas AAG aus dem Anodenabführabschnitt 124 auf den Aufnahmeabschnitt 22 aufgeteilt werden. Dieser aufgeteilte Teil wird als Rezirkulationsgas RG in der Rezirkulationsleitung 20 zurückgeführt und abschließend in der Aufteilvorrichtung 30 auf die erste Teil-Rezirkulationsleitung 24 und die zweite TeilRezirkulationsleitung 26 aufgeteilt. Die Integration der ersten TeilRezirkulationsleitung 24 und die Zufuhr des Rezirkulationsgases RG zum Sauganschluss 44 der ersten Ejektorvorrichtung 40 ist so grundsätzlich auch bei bekannten Lösungen vorhanden. Hier wird über den Treibanschluss 42 der ersten Ejektorvorrichtung 40 ein Druck erzeugt, welcher zu einer Saugwirkung für das Rezirkulations-

gas RG am Sauganschluss 44 aus der ersten Teil-Rezirkulationsleitung 24 führt.

Zusätzlich ist bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 100 jedoch nun ein Anteil des Rezirkulationsgases RG über die Aufteilvorrichtung 30 auf die zweite Teil-Rezirkulationsleitung 26 aufgeteilt worden. Diese führt

nun über eine Wärmetauschervorrichtung 150 zum Vorwärmen des Brennstoffs BS

und gleichzeitigem Abkühlen des durchströmenden Rezirkulationsgases RG. Das auf

diese Weise vorgekühlte Rezirkulationsgas RG erreicht bei dieser Ausführungsform

eine Kondensatorvorrichtung 60, welche die notwendige Kühlleistung für das ge-

wünschte Kondensieren entweder von einem separaten Kühlkreislauf, oder, wie in

der Figur 3 dargestellt, von der Zuluft der Luftquelle 180 erhält.

Durch das weitere Reduzieren der Temperatur des Rezirkulationsgases RG in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung 26 entsteht Kondensat K, welches über die Kondensatleitung 62 weitergefördert wird. Da es sich hier um flüssiges Kondensat handelt, kann mithilfe der anschließenden Verdichtervorrichtung 70 eine Verdichtung auf einen gewünschten Druck erfolgen, welcher mit sehr wenig Verdichterarbeit im Vergleich zu einem gasförmigen Verdichten einhergeht. Das unter Druck stehende Kondensat K wird anschließend in einer Verdampfungsvorrichtung 80 verdampft, wobei bei der vorliegenden Ausführungsform die Restwärme aus einer separaten Abgasleitung 170 verwendet wird. Das unter Druck stehende wieder verdampfte Kondensat K liegt nun am Treibanschluss 52 der zweiten Ejektorvorrichtung 50 an und kann auf diese Weise am Sauganschluss 54 dieser zweiten Ejektorvorrichtung 50 eine Saugfunktion durch Ausbildung eines Unterdrucks zur Verfügung stellen. Es wird also Rezirkulationsgas RG, welches in der Restgasleitung 64 nach der Kondensatorvorrichtung 60 verbleibt, über diesen Sauganschluss 54 in der zweiten Ejektorvorrichtung 50 wieder angesaugt und anschließend im Anodenzuführabschnitt 122 in der Mischvorrichtung 90 mit zugeführtem Brennstoff BS vermischt. Um bei dieser Ausführungsform eine Stellmöglichkeit zu gewährleisten ist darüber hinaus noch ein Stellventil 12

in die Restgasleitung 64 integriert.

Für eine weitere Nachbehandlung von nicht rezirkuliertem Anodenabgas AAG, führt der Anodenabführabschnitt 124 über eine separate Abgasleitung 170 in eine Katalysatorvorrichtung 172, in welcher auch der Kathodenabführabschnitt 134 das Kathodenabgas KAG führt. Das Kathodenabgas KAG wird hier über eine separate Wärmetauschervorrichtung 150 geführt, welche Wärme an einen Reformer 126 zum Reformieren des Anodenzuführgases AZG zur Verfügung stellen kann. Bevor das gesamte gemeinsame Abgas nach der Katalysatorvorrichtung 172 an die Umgebung abgegeben werden kann, erfolgt eine mehrmalige Übernahme von Wärme, hier an der Wärmetauschervorrichtung 150 zur Zuluft der Luftquelle 180 und zusätzlich für die

Verdampfung in der Verdampfervorrichtung 80.

erläutert worden ist.

Auch in der Figur 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Einbringung des Brennstoffs BS in die zweite Teil-Rezirkulationsleitung 26 integriert ist. Hier kann der Brennstoff BS jedoch sogar in flüssiger Form in das flüssige Kondensat K in der Kondensatleitung 62 eingebracht werden und anschließend gemeinsam mit dem Kondensat über die Verdichtervorrichtung 70 verdichtet und die Verdampfungsvorrichtung 80 verdampft werden. Auch hier sind die weiteren Komponenten des Brennstoffzellensystems 100 wieder ähnlich oder identisch betrieben, wie dies mit Bezug

auf die Figur 3 erläutert worden ist.

In der Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der Rezirkulationsvorrichtung 10 in das Brennstoffzellensystem 100 integriert. Hier entstehen die erfindungsgemäßen Vorteile durch die Kombination einer Ejektorvorrichtung 40 mit einer Gebläsevorrichtung 94 ohne eine Aufteilvorrichtung 30. So sind hier die Ejektorvorrichtung 40 und die Gebläsevorrichtung 94 in Reihe geschaltet, jedoch ist hier der Sauganschluss 44 der ersten Ejektorvorrichtung 40 mit dem Brennstoffzufuhrabschnitt 142 verbunden, sodass hier ebenfalls eine Unterschallsituation innerhalb der ersten Ejektorvorrichtung 40 zur Verfügung gestellt werden kann. Betrieben wird das Ganze durch den

entsprechenden Druck in der Rezirkulationsleitung 20 am Treibanschluss 42.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende

Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

Bezugszeichenliste

10 Rezirkulationsvorrichtung 12 Stellventil

20 Rezirkulationsleitung

22 Aufnahmeabschnitt

24 erste Teil-Rezirkulationsleitung 26 zweite Teil-Rezirkulationsleitung 30 Aufteilvorrichtung

40 erste Ejektorvorrichtung

42 Treibanschluss

44 Sauganschluss

50 zweite Ejektorvorrichtung 52 Sauganschluss

54 Treibanschluss

60 Kondensatorvorrichtung 62 Kondensatleitung

64 Restgasleitung

70 Verdichtervorrichtung

80 Verdampfungsvorrichtung 90 Mischvorrichtung

92 Wärmetauschervorrichtung 94 Gebläsevorrichtung

100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzellenstapel 120 Anodenabschnitt

122 Anodenzuführabschnitt 124 Anodenabführabschnitt 126 Reformer

130 Kathodenabschnitt

132 Kathodenzuführabschnitt 134 Kathodenabführabschnitt 140 Brennstoffquelle

142 Brennstoffzufuhrabschnitt

150 Wärmetauschervorrichtung

160 Abgas-Aufteilvorrichtung

170 Abgasleitung

172 Katalysatorvorrichtung

180 Luftquelle

BS Brennstoff

K Kondensat

RG Rezirkulationsgas AZG Anodenzuführgas AAG Anodenabgas

KZG Kathodenzuführgas KAG Kathodenabgas

Claims

Patentansprüche

1. Rezirkulationsvorrichtung (10) für eine Rezirkulation von Anodenabgas (AAG) als Rezirkulationsgas (RG) aus einem Anodenabschnitt (120) eines Brennstoffzellenstapels (110) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend eine Rezirkulationsleitung (20) mit einem Aufnahmeabschnitt (22) zur fluidkommunizierenden Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt (124) des Anodenabschnitts (120), wobei die Rezirkulationsleitung (20) eine erste TeilRezirkulationsleitung (24), eine zweite Teil-Rezirkulationsleitung (26) sowie eine Aufteilvorrichtung (30) aufweist für eine Aufteilung des Rezirkulationsgases (RG) auf die beiden Teil-Rezirkulationsleitungen (24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teil-Rezirkulationsleitung (24) eine erste Ejektorvorrichtung (40) aufweist für eine fluidkommunizierende Einbindung in einen Anodenzuführabschnitt (122) des Anodenabschnitts (120) und die zweite TeilRezirkulationsleitung (26) eine Gebläsevorrichtung (94) aufweist für eine fluidkommunizierende Einbindung in den Anodenzuführabschnitt (122) stromauf-

wärts der ersten Ejektorvorrichtung (40).

2. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teil-Rezirkulationsleitung (24) in einem Sauganschluss (44) der ersten Ejektorvorrichtung (40) mündet und der Anodenzuführabschnitt (122) in

einem Treibanschluss (42) der ersten Ejektorvorrichtung (40) mündet.

3. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung (26) eine Wärmetauschervorrichtung (150) angeordnet ist für einen Wärmeaustausch mit dem Anodenzuführabschnitt (122), insbesondere stromabwärts der Gebläsevorrichtung (94) und/oder stromaufwärts der ersten Ejektorvorrichtung (40).

4. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung (26) stromaufwärts der Gebläsevorrichtung (94) eine Kondensatorvorrichtung (60) zum Kondensieren dampfförmiger Wasserbestandteile aus dem Rezirkulationsgas (RG) angeordnet ist, wobei die Kondensatorvorrichtung (60) das Kondensat (K) in eine Kondensatleitung (62) und das restliche Rezirkulationsgas

(RG) in eine Restgasleitung (RG) aufteilt.

6. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kondensatleitung (62), insbesondere stromabwärts einer Verdampfungsvorrichtung (80), eine Mischvorrichtung (90) angeordnet ist für ein Mischen mit Brennstoff (BS) von einer Brennstoffquelle (140) und/oder für ein Mischen mit Rezirkulationsgas (RG) stromabwärts der Geblä-

sevorrichtung (94).

7. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung (26) stromaufwärts der Gebläsevorrichtung (94) eine zweite Ejektorvorrichtung (50) angeordnet ist für eine fluiudkommunizierende Einbindung in den Anodenzuführabschnitt (122).

8. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teil-Rezirkulationsleitung (26) in einen Treibanschluss (52) der zweiten Ejektorvorrichtung (50) mündet.

9. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung (26) stromaufwärts der zweiten Ejektorvorrichtung (50) eine Kondensatorvorrichtung (60) zum Kondensieren dampfförmiger Wasserbestandteile aus dem Rezirkulationsgas (RG) angeordnet ist, wobei die Kondensatorvorrichtung (60) das Kondensat (K) in eine Kondensatleitung (62) und das restliche Rezirkulationsgas

(RG) in eine Restgasleitung (64) aufteilt.

10. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kondensatleitung (62) eine Verdichtervorrichtung (70) angeordnet ist für ein Verdichten des Kondensats (K).

11. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kondensatleitung (62) stromaufwärts der zweiten Ejektorvorrichtung (50) und insbesondere stromabwärts einer Verdichtervorrichtung (70) eine Verdampfungsvorrichtung (80) zum Verdampfen von

Kondensat (K) angeordnet ist.

13. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kondensatleitung (62), insbesondere stromaufwärts einer Verdichtervorrichtung (70) und/oder stromaufwärts einer Verdampfervorrichtung (80), eine Mischvorrichtung (90) angeordnet ist für eine fluidkommunizierende Verbindung mit einer Brennstoffquelle (140) zum Mi-

schen von Kondensat (K) mit Brennstoff (BS).

14. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (90) einen Brennstoffzufuhrabschnitt (142) aufweist mit einem Stellventil (12) für eine Variation der Strö-

mungsmenge an Brennstoff (BS) in die Mischvorrichtung (90).

15. Rezirkulationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Restgasleitung (64) ein Stellventil (12) angeord-

net ist für eine Variation der Strömungsmenge in der Restgasleitung (64).

16. Rezirkulationsvorrichtung (10) für eine Rezirkulation von Anodenabgas (AAG) als Rezirkulationsgas (RG) aus einem Anodenabschnitt (120) eines Brennstoffzellenstapels (110) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend eine Rezirkulationsleitung (20) mit einem Aufnahmeabschnitt (22) zu fluiıdkommunizierenden Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt (124) des Anodenabschnitts (120), wobei in der Rezirkulationsleitung (20) eine erste Ejektorvorrichtung (40) angeordnet ist für eine fluudkommunizierende Einbindung in einen Brennstoffzufuhrabschnitt (142) von einer Brennstoffquelle (140) und stromabwärts der ersten Ejektorvorrichtung (40) eine Gebläsevorrichtung (94) angeordnet ist für eine fluiudkommunizierende Einbindung in den Anodenzuführabschnitt (122).

17. Brennstoffzellensystem (100) für die Erzeugung elektrischen Stroms aus Brennstoff (BS), aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (110) mit einem Anodenabschnitt (120) und einem Kathodenabschnitt (130), der Anodenab-

18.

19.

20.

24

schnitt (120) aufweisend einen Anodenzuführabschnitt (122) zum Zuführen von Anodenzuführgas (AZG) und einen Anodenabführabschnitt (124) zum Abführen von Anodenabgas (AAG), der Kathodenabschnitt (130) aufweisend einen Kathodenzuführabschnitt (132) zum Zuführen von Kathodenzuführgas (KZG) und einen Kathodenabführabschnitt (134) zum Abführen von Kathodenabgas (KAG), wobei das Brennstoffzellensystem (100) weiter eine Rezirkulationsvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 16 auf-

weist.

Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anodenzuführabschnitt (122) stromaufwärts der ersten Ejektorvorrichtung (40) und stromabwärts der Gebläsevorrichtung (94) eine Mischvorrichtung (90) angeordnet ist für ein Mischen von Rezirkulationsgas (RG) und

Brennstoff (BS) von einer Brennstoffquelle (140).

Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Anodenabführabschnitt (122) eine AbgasAufteilvorrichtung (160) angeordnet ist für ein Aufteilen des Anodenabgases (AAG) auf den Aufnahmeabschnitt (22) der Rezirkulationsleitung (20) und eine davon separate Abgasleitung (170).

Verfahren für ein Aufteilen eines Rezirkulationsgases (RG) in einer Rezirkulationsvorrichtung (10) bei einem Brennstoffzellensystem (100) mit den Merkma-

len eines der Ansprüche 17 bis 19, aufweisend die folgenden Schritte: — Erfassen einer Betriebssituation des Brennstoffzellensystems (100),

— Aufteilen des Rezirkulationsgases (RG) in der Aufteilvorrichtung (30)

auf die beiden Teil-Rezirkulationsleitungen (24, 26).