AT525146A1

AT525146A1 - Recirculation device for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system

Info

Publication number: AT525146A1
Application number: ATA50387/2021A
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: DE112022002617A5; AT525146B1; CN117413389A; WO2022241493A1

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 einen Aufnahmeabschnitt (22) zur 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 ein Aufteilen des Rezirkulationsgases (RG) auf die beiden Teil-Rezirkulationsleitungen (24, 26), wobei weiter die erste Teil-Rezirkulationsleitung (24) eine erste Ejektorvorrichtung (40) aufweist für eine fluid- kommunizierende Einbindung in einen Anodenzuführabschnitt (122) des Anodenab- schnitts (120) und die zweite Teil-Rezirkulationsleitung (26) eine zweite Ejektorvorrichtung (50) aufweist für eine fluidkommunizierende Einbindung in den Anodenzuführabschnitt (122), und wobei die erste Ejektorvorrichtung (40) stromabwärts der zweiten Ejektorvorrichtung (50) fluidkommunizierend zum Anodenzuführabschnitt (122) angeordnet ist.The present invention relates to a recirculation device (10) for recirculating anode waste gas (AAG) as recirculation gas (RG) from an anode section (120) of a fuel cell stack (110) of a fuel cell system (100), having a recirculation line (20) with a receiving section (22 ) for the fluid-communicating connection with an anode discharge section (124) of the anode section (120), the recirculation line (20) having a first partial recirculation line (24), a second partial recirculation line (26) and a dividing device (30) for dividing the Recirculation gas (RG) to the two partial recirculation lines (24, 26), the first partial recirculation line (24) also having a first ejector device (40) for a fluid-communicating integration into an anode feed section (122) of the anode section ( 120) and the second partial recirculation line (26) has a second ejector device (50) for a fluidly communicating incorporation into the anode feed section (122), and wherein the first ejector device (40) is arranged downstream of the second ejector device (50) in fluid communication with the anode feed section (122).

Description

Rezirkulationsvorrichtung für eine Rezirkulation von Anodenabgas in einem Recirculation device for a recirculation of anode waste gas in one

Brennstoffzellensystem fuel cell system

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rezirkulationsvorrichtung für eine Rezirkulation von Anodenabgas in einem Brennstoffzellensystem, ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Rezirkulationsvorrichtung sowie ein Verfahren für ein Aufteilen ei-The present invention relates to a recirculation device for recirculating anode exhaust gas in a fuel cell system, a fuel cell system with such a recirculation device and a method for dividing a

nes Rezirkulationsgases in einer Rezirkulationsvorrichtung. nes recirculation gas in a recirculation device.

Es ist bekannt, dass Brennstoffzellensysteme mit Rezirkulationsleitungen ausgestattet werden. Darunter ist zu verstehen, dass zumindest ein Teil des Anodenabgases in einem Brennstoffzellensystem aus einem Anodenabschnitt eines Brennstoffzellenstapels aufgenommen und in den Anodenzuführabschnitt zurückgeführt wird. Mit anderen Worten wird ein Teil des Anodenabgases als Rezirkulationsgas wieder dem Anodenabschnitt, an dessen Eingang und damit als Teil des Anodenzuführgases, It is known that fuel cell systems are equipped with recirculation lines. This means that at least part of the anode exhaust gas in a fuel cell system is taken up from an anode section of a fuel cell stack and fed back into the anode feed section. In other words, part of the anode off-gas is fed back to the anode section as recirculation gas, at its entrance and thus as part of the anode feed gas,

zugeführt. Dies führt zu erhöhter Effizienz des Brennstoffzellenstapels. fed. This leads to increased efficiency of the fuel cell stack.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass der Anteil an Rezirkulationsgas üblicherweise begrenzt ist. Um einen hohen Rezirkulationsgrad von beispielsweise circa 80% des Anodenabgases gewährleisten zu können, sind entsprechend aufwendige konstruktive Maßnahmen in der zugehörigen Rezirkulationsvorrichtung A disadvantage of the known solutions is that the proportion of recirculation gas is usually limited. In order to be able to ensure a high degree of recirculation of, for example, approximately 80% of the anode waste gas, correspondingly complex design measures are required in the associated recirculation device

notwendig. necessary.

Für die Rezirkulation sind grundsätzlich zwei technische Umsetzungen bekannt. Zum einen ist es bekannt, dass Gebläsevorrichtungen verwendet werden, die die Rezirkulation aktiv betreiben. Solche Gebläsevorrichtungen sind jedoch anfällig gegenüber hohen Temperaturen, sodass bei heißen Rezirkulationsgasen eines Brennstoffzellensystems ein entsprechend hoher Aufwand betrieben werden muss, um die Gebläsevorrichtung temperaturresistent auszugestalten. Alternativ zu den Gebläsevorrichtungen sind Ejektorvorrichtungen bekannt, die auf ihrer Primärseite, auch Treibanschluss genannt, ein Anodenzuführgas von einer Brennstoffquelle dem Anodenabschnitt zuführen. Durch das Durchströmen der Ejektorvorrichtung über die Primärseite wird an einem Sekundäranschluss, welcher auch Sauganschluss genannt wird, Rezirkulationsgas aus der Rezirkulationsleitung angesaugt und gemeinsam mit dem Brennstoff als Anodenzuführgas dem Anodenabschnitt zugeführt. Nachteilhaft bei solchen Ejektorvorrichtungen ist es, dass bei hohen Volumenströmen an Rezirkulati-In principle, two technical implementations are known for recirculation. On the one hand, it is known that blower devices are used that actively operate the recirculation. However, such blower devices are susceptible to high temperatures, so that in the case of hot recirculation gases of a fuel cell system, a correspondingly high level of effort must be expended in order to design the blower device to be temperature-resistant. As an alternative to the blower devices, ejector devices are known which, on their primary side, also called the drive connection, supply an anode feed gas from a fuel source to the anode section. By flowing through the ejector device via the primary side, recirculation gas is sucked in from the recirculation line at a secondary connection, which is also called the suction connection, and is fed to the anode section together with the fuel as anode feed gas. A disadvantage of such ejector devices is that at high volume flows at recirculation

onsgas sehr hohe Drücke an der Primärseite und somit am Treibanschluss notwen-onsgas very high pressures on the primary side and thus on the driving connection necessary

begrenzt, wo der Treibanschluss aus einem Druckspeicher gespeist werden kann. limited where the driving port can be fed from an accumulator.

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 eine passive Förderung in ener-It is the object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention, in a cost-effective and simple manner, passive promotion in energetic

gieeffizienter Weise erreichen zu können. to be able to achieve in a gy-efficient way.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch eine Rezirkulationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15. 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 dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der einzelnen Erfindungsaspekte stets wechselseitig Bezug The above object is achieved by a recirculation device having the features of claim 1, a fuel cell system having the features of claim 12 and a method having the features of claim 15. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the Drawings. Features and details that are described in connection with the recirculation device according to the invention naturally also apply in connection with the fuel cell system according to the invention and the method according to the invention and vice versa, so that the individual aspects of the invention are always mutually related

genommen wird beziehungsweise werden kann. is or can be taken.

Erfindungsgemäß dient eine Rezirkulationsvorrichtung der Rezirkulation von Anodenabgas als Rezirkulationsgas aus einem Anodenabschnitt eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems. Hierfür ist die Rezirkulationsvorrichtung mit einer Rezirkulationsleitung ausgestattet, welche einen Aufnahmeabschnitt zur fluidkommunizierenden Verbindung mit einem Anodenabführabschnitt des Anodenabschnitts aufweist. Weiter ist die Rezirkulationsleitung mit einer ersten TeilRezirkulationsleitung, einer zweiten Teil-Rezirkulationsleitung sowie einer Aufteilvorrichtung ausgestattet. Die Aufteilvorrichtung dient dem Aufteilen des Rezirkulations-According to the invention, a recirculation device serves to recirculate anode off-gas as recirculation gas from an anode section of a fuel cell stack of a fuel cell system. For this purpose, the recirculation device is equipped with a recirculation line, which has a receiving section for fluid-communicating connection with an anode discharge section of the anode section. The recirculation line is also equipped with a first partial recirculation line, a second partial recirculation line and a dividing device. The dividing device is used to divide the recirculation

gases auf die beiden Teil-Rezirkulationsleitungen. Weiter weist die erste Teil-gases on the two partial recirculation lines. Furthermore, the first part

Wie später noch erläutert wird, ist die Rezirkulationsvorrichtung in ein Brennstoffzellensystem eingebunden. Diese Einbindung erfolgt durch fluidkommunizierende Ausgestaltung an drei Positionen. Für die Aufnahme von Anodenabgas ist der Aufnahmeabschnitt in den Anodenabführabschnitt integriert. Hier wird Anodenabgas aufgenommen und als Rezirkulationsgas in die Rezirkulationsleitung eingebracht. Um das Rezirkulationsgas wieder dem Anodenabschnitt zuzuführen, sind zwei Übergabepositionen vorhanden. Dabei handelt es sich zum einen um die erste Ejektorvorrichtung und zum anderen um die zweite Ejektorvorrichtung. Die erste Ejektorvorrichtung ist bei einem solchen Brennstoffzellensystem stromabwärts der zweiten Ejektorvorrich-As will be explained later, the recirculation device is integrated into a fuel cell system. This integration takes place through fluid-communicating design at three positions. The receiving section is integrated into the anode discharge section for receiving anode waste gas. Here, anode waste gas is taken up and fed into the recirculation line as recirculation gas. In order to feed the recirculation gas back to the anode section, there are two transfer positions. The first is the first ejector device and the second is the second ejector device. In such a fuel cell system, the first ejector device is downstream of the second ejector device.

tung in den Anodenzuführabschnitt integriert. tion integrated into the anode feeding section.

Ein erfindungsgemäßer Kerngedanke besteht darin, dass nun nicht eine einzige Ejektorvorrichtung, sondern stufenweise zumindest zwei Ejektorvorrichtungen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß sind selbstverständlich auch noch weitere, zusätzliche Ejektorstufen in ähnlicher Weise denkbar. A core idea according to the invention is that now not a single ejector device is provided, but at least two ejector devices in stages. According to the invention, further, additional ejector stages are of course also conceivable in a similar way.

Durch die Aufteilung mithilfe der Aufteilvorrichtung ist es nun möglich, in fest eingestellter vorgegebener Weise, oder sogar in kontrollierter, variabler Weise, eine Aufteilung des Gesamtvolumenstroms an Rezirkulationsgas auf die einzelnen TeilRezirkulationsleitungen vorzunehmen. Beispielsweise ist eine Aufteilung von 50:50 denkbar, sodass circa die Hälfte des Volumenstroms des Rezirkulationsgases der ersten Ejektorvorrichtung und die andere Hälfte des Rezirkulationsgases der zweiten Ejektorvorrichtung zugeführt wird. Diese Zufuhr erlaubt es nun, die Gesamtmenge an Volumenstrom aufzuteilen auf zwei Ejektorvorrichtungen, sodass bei jeder Ejektorvorrichtung ein geringerer Volumenstrom in den Primärstrom integriert werden muss. Hinsichtlich der ersten Ejektorvorrichtung wird es auf diese Weise möglich, durch die By dividing it with the aid of the dividing device, it is now possible to divide the total volume flow of recirculation gas over the individual partial recirculation lines in a fixed, predetermined manner, or even in a controlled, variable manner. For example, a 50:50 split is conceivable, so that approximately half of the volume flow of the recirculation gas is supplied to the first ejector device and the other half of the recirculation gas is supplied to the second ejector device. This supply now allows the total amount of volume flow to be divided between two ejector devices, so that a lower volume flow has to be integrated into the primary flow for each ejector device. In this way, with regard to the first ejector device, it becomes possible through the

Reduktion des Volumenstroms über Sauganschluss dieser ersten Ejektorvorrichtung Reduction of the volume flow through the suction port of this first ejector device

benötigen Primärdruckes um den Faktor 5 von ca. 5bar auf ca. 1bar erlauben. require primary pressure by a factor of 5 from approx. 5bar to approx. 1bar.

Der erfindungsgemäße Kerngedanke führt also dazu, dass bei gleichen Rezirkulationsleistungen und Rezirkulationsraten reduzierte Primärdrücke an den jeweiligen Ejektorvorrichtungen verwendbar sind. Bei gleichbleibender Höhe der Primärdrücke könnte im umgekehrten Betriebsfall eine deutlich erhöhte Menge an Rezirkulation The core idea according to the invention therefore leads to reduced primary pressures being able to be used on the respective ejector devices with the same recirculation performance and recirculation rates. If the level of the primary pressures remains the same, a significantly increased amount of recirculation could occur in the reverse operating case

stattfinden, also die Rezirkulationsrate massiv gesteigert werden. take place, so the recirculation rate can be massively increased.

Es bleibt zusammenzufassen, dass durch die Aufteilung der Ejektorfunktionalität in Stufenform auf zwei oder mehr Ejektorvorrichtungen, insbesondere mit variabler Mengenaufteilungen des Rezirkulationsgases, eine Vielzahl von Vorteilen erreichbar wird. Auch bei hohen Rezirkulationsraten sind hier geringe Drücke auf den Primärseiten der Ejektorvorrichtungen erzielbar. Durch reduzierte Drücke an den Treibanschlüssen der jeweiligen Ejektorvorrichtung wird es auch möglich, die Geschwindigkeit der Volumenströme innerhalb der Ejektorvorrichtungen unter die Schallgrenze zu reduzieren und auf diese Weise die konstruktiven Anforderungen an die Ejektorvorrichtungen weiter zu reduzieren. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn die Ejektorvorrichtungen als Strahlpumpenvorrichtungen, insbesondere als Saugstrahlpumpen ausgebildet sin. Zusätzlich führen die reduzierten Drücke auf der Primärseite der Ejektorvorrichtungen dazu, dass die benötigte Verdichterarbeit aufgrund halbiertem Mengenstrom zum Erreichen dieser Primärdrücke ebenfalls deutlich reduziert werden In summary, a large number of advantages can be achieved by dividing the ejector functionality in stages over two or more ejector devices, in particular with variable quantity distributions of the recirculation gas. Even with high recirculation rates, low pressures can be achieved here on the primary sides of the ejector devices. Reduced pressures at the driving connections of the respective ejector device also make it possible to reduce the speed of the volume flows within the ejector devices below the sound limit and in this way to further reduce the design requirements for the ejector devices. It is expedient for this purpose if the ejector devices are designed as jet pump devices, in particular as suction jet pumps. In addition, the reduced pressures on the primary side of the ejector devices mean that the compressor work required to achieve these primary pressures is also significantly reduced due to the halved volume flow

kann. Diese beiden Hauptvorteile führen zu reduzierten Kosten und reduziertem can. These two main advantages result in reduced costs and reduced

te Verdichterarbeit die Gesamteffizienz beim Betrieb der Brennstoffzellen. te compressor work the overall efficiency when operating the fuel cells.

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung die erste Teil-Rezirkulationsleitung in einem Sauganschluss der ersten Ejektorvorrichtung mündet und der Anodenzuführabschnitt in einem Treibanschluss der ersten Ejektorvorrichtung mündet. So ist es möglich, dass Brennstoff, oder ein Gemisch, welches Brennstoff enthält, den Treibanschluss erreicht und dort die gewünschte Ejektorfunktion mit einer Saugleistung am Sauganschluss zur Verfügung stellt. Der verminderte Druck auf der Primärseite wird durch die stufenweise Ausbildung der einzelnen Ejektorstufen erzielt, sodass nun mit vermindertem Druck eine verminderte Saugleistung eine verminderte Fördermenge an Rezirkulationsgas aus dem Sauganschluss der ersten Ejektorvorrichtung zur Verfügung stellt. In einem Kontrollverfahren wird entsprechend der aktuellen Betriebssituation, wie dies später noch erläutert wird, die Aufteilung der Volumenströme auf die einzelnen TeilRezirkulationsleitungen kontrolliert, um sicherzustellen, dass mit maximaler oder zumindest mit optimierter Effizienz die Rezirkulation mit den gewünschten Rezirkulationsmengen stattfinden kann. There can be advantages if, in a recirculation device according to the invention, the first partial recirculation line opens into a suction connection of the first ejector device and the anode feed section opens into a drive connection of the first ejector device. It is thus possible for fuel, or a mixture containing fuel, to reach the propulsion connection and make the desired ejector function available there with a suction capacity at the suction connection. The reduced pressure on the primary side is achieved by the gradual design of the individual ejector stages, so that now with reduced pressure, a reduced suction power provides a reduced delivery volume of recirculation gas from the suction connection of the first ejector device. In a control process, the distribution of the volume flows to the individual partial recirculation lines is checked according to the current operating situation, as will be explained later, in order to ensure that the recirculation can take place with maximum or at least with optimized efficiency with the desired recirculation quantities.

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 beispielsweise Brennstoff oder einen weiteren Teil des Rezirkulationsgases aufnehmen. Bevorzugt ist hier eine Ausgestaltung, wie sie später noch mit Bezug auf eine Kon-Further advantages can result if, in a recirculation device according to the invention, the second partial recirculation line opens into a drive connection of the second ejector device. The second partial recirculation line can convey in gaseous form, or as will be explained later, for example a liquid condensate from the recirculation gas, into the second ejector device. An opening in the drive connection therefore means that, in a configuration that is contrary to the first ejector device, the pressure in the second partial recirculation line is now made available as the primary pressure for the second ejector device. The suction connection can be designed in a wide variety of ways and can, for example, take up fuel or another part of the recirculation gas. An embodiment is preferred here, as will be described later with reference to a con-

densatorvorrichtung näher erläutert wird. densatorvorrichtung is explained in more detail.

Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung stromaufwärts der zweiten Ejektorvorrichtung eine Kondensatorvorrichtung zum Kondensieren dampfförmiger Was-It is also advantageous if, in a recirculation device according to the invention, a condenser device for condensing vaporous water is installed in the second partial recirculation line upstream of the second ejector device.

serbestandteile aus dem Rezirkulationsgas angeordnet ist. Diese Kondensatvorrich-water components from the recirculation gas is arranged. This condensate device

würde. would.

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 Vergleich zum Verdichten einer gasförmigen Komponente deutlich geringerer Verdichterarbeit. Insbesondere ist dies kombiniert mit einer Verdampfungsvorrichtung gemäß dem nachstehenden Absatz. Die Verdichtervorrichtung ist insbesondere als Pumpvorrichtung ausgebildet, da bei Flüssigkeiten die Dichte derselben in der Regel durch eine Kompression zumindest nicht wesentlich erhöht wird. In the case of a recirculation device according to the preceding paragraph, it can be advantageous if a compressor device is arranged in the condensate line for compressing the condensate. Such a compression leads to a defined increase in pressure at the drive connection of the second ejector device, with significantly less compression work compared to the compression of a gaseous component. In particular, this is combined with a vaporizing device according to the paragraph below. The compressor device is designed in particular as a pump device, since in the case of liquids the density thereof is generally at least not significantly increased by compression.

So kann es weitere Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der Kondensatleitung stromaufwärts der zweiten Ejektor-So it can bring further advantages if in a recirculation device according to the invention in the condensate line upstream of the second ejector

vorrichtung und insbesondere stromabwärts einer Verdichtervorrichtung eine Ver-device and in particular downstream of a compressor device a

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des Verdampfens zur Verfügung gestellt wird. of vaporization is provided.

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 Rezirkulationsgas in der Restgasleitung, sondern auch den benötigten Brennstoff in gasförmiger Weise mit anzusaugen. Die Gesamteffizienz im Betrieb eines Brennstoffzel-Further advantages can be achieved if, in a recirculation device according to the invention, a mixing device is arranged in the residual gas line for a fluid-communicating connection with a fuel source for mixing the remaining recirculation gas with the fuel. In other words, the fuel is fed from a fuel source in gaseous form to the recirculation gas in the residual gas line, so that this is introduced into the system together, preferably via the suction connection of the second ejector device. Due to the fact that the fuel source can also be connected in fluid communication with the anode feed section via the suction connection of the second ejector device, a separate compressor for the fuel can be dispensed with at low pressures in the fuel source. Rather, it may be sufficient, with appropriate pressure situations at the second ejector device, not only to suck in the remaining recirculation gas in the residual gas line, but also to suck in the required fuel in gaseous form. The overall efficiency in the operation of a fuel cell

lensystems kann auf diese Weise weiter gesteigert werden. lensystems can be further increased in this way.

Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der Kondensatleitung, insbesondere stromaufwärts einer Verdichtervorrichtung und/oder stromaufwärts einer Verdampfervorrichtung, eine Mischvorrich-Further advantages can be achieved if, in a recirculation device according to the invention, a mixing device is installed in the condensate line, in particular upstream of a compressor device and/or upstream of an evaporator device.

tung angeordnet ist, für eine fluiudkommunizierende Verbindung mit einer Brennstoff-device is arranged for a fluid-communicating connection with a fuel

Brennstoff und das Kondensat zur Verfügung gestellt werden kann. Fuel and the condensate can be made available.

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 Further advantages can result if, in a recirculation device according to the present invention, the mixing device has a fuel supply section with a control valve for varying the flow rate of fuel into the mixing device. This is in particular combined with a control valve according to the following paragraph. Such a control valve allows at least a qualitative, preferably a quantitative variation of the flow rate

Brennstoff in die Mischvorrichtung. fuel into the mixer.

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-It is also advantageous if a control valve is arranged in the residual gas line in a recirculation device according to the invention for varying the flow rate in the residual gas line. In particular in combination with the control valve of the previous paragraph in the fuel supply section, a defined control of the individual flow quantities can take place in this way, so that not only flow quantities, but also the pressures that are set at the drive connection and/or at the suction connection of the second ejector device in defined

nierter Weise, vorzugsweise in quantitativer Weise, kontrollierbar sind. ned manner, preferably in a quantitative manner, controllable.

Ebenfalls Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung eine Wärmetauschervorrichtung zum Wärmeaustausch mit dem Anodenzuführabschnitt angeordnet ist. Eine Anordnung einer solchen Wärmetauschervorrichtung erlaubt es zum einen, eine Kühlmöglichkeit für das Rezirkulationsgas zur Verfügung zu stellen und damit zum Beispiel mit niedrigerer Temperatur die zweite Ejektorvorrichtung oder entsprechend There are also advantages if, in the case of a recirculation device according to the invention, a heat exchanger device for heat exchange with the anode feed section is arranged in the second partial recirculation line. An arrangement of such a heat exchanger device makes it possible on the one hand to provide a cooling option for the recirculation gas and thus, for example, the second ejector device with a lower temperature or correspondingly

dieser vorgelagert eine Kondensatorvorrichtung zu erreichen. Auch wird es auf diese upstream of this to achieve a capacitor device. Also it will be on this

Weise die Gesamteffizienz des Brennstoffzellensystems weiter zu erhöhen. Way to further increase the overall efficiency of the fuel cell system.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem für die Erzeugung elektrischen Stroms aus Brennstoff. Ein solches Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathodenabschnitt auf. Der Anodenabschnitt ist mit einem Anodenzuführabschnitt zum Zuführen von Anodenzuführgas ausgestaltet. Der Anodenabführabschnitt ist zum Abführen von Anodenabgas ausgestaltet. Der Kathodenabschnitt weist einen Kathodenzuführabschnitt zum Zuführen von Kathodenzuführgas und einen Kathodenabführabschnitt zum Abführen von Kathodenabgas auf. Weiter ist das Brennstoffzellensystem mit einer Rezirkulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Rezirkula-The present invention also relates to a fuel cell system for generating electricity from fuel. Such a fuel cell system has a fuel cell stack with an anode section and a cathode section. The anode section is configured with an anode supply section for supplying anode supply gas. The anode exhaust section is configured to exhaust anode off-gas. The cathode section has a cathode supply section for supplying cathode supply gas and a cathode discharge section for discharging cathode off-gas. Further, the fuel cell system is equipped with a recirculation device according to the present invention. A fuel cell system according to the invention thus brings with it the same advantages as described in detail with reference to a recirculation according to the invention.

tionsvorrichtung erläutert worden sind. tion device have been explained.

Ein Brennstoffzellenstapel ist insbesondere ein Stapel mit zwei oder mehr einzelnen Brennstoffzellen. Die einzelnen Zuführabschnitte und Abführabschnitte bündeln dabei die Zufuhr und Abfuhr der jeweiligen Gase, um auch bei einer hohen Anzahl von Brennstoffzellen eine geringe Komplexität im Brennstoffzellensystem gewährleisten zu können. Als Kathodenzuführgas wird vorzugsweise Luft verwendet. Als Brennstoff kann beispielsweise ein kohlenstoffhaltiges Gas wie Methan oder Ethan, Erdgas oder auch Wasserstoff eingesetzt werden. Selbstverständlich sind in einem solchen Brennstoffzellensystem vorzugsweise weitere Bauteile vorgesehen, beispielsweise ein Reformer, welcher Anodenzuführgas für die Umsetzung im Anodenabschnitt reformiert, Katalysatoren, beispielsweise in einer gemeinsamen Abgasleitung, zum Umsetzten verbleibender Brennstoffanteile im Abgas oder weiterer Wärmetauscher-A fuel cell stack is in particular a stack with two or more individual fuel cells. The individual supply sections and discharge sections bundle the supply and discharge of the respective gases in order to be able to ensure low complexity in the fuel cell system even with a large number of fuel cells. Air is preferably used as the cathode supply gas. A carbon-containing gas such as methane or ethane, natural gas or else hydrogen can be used as fuel, for example. Of course, further components are preferably provided in such a fuel cell system, for example a reformer which reforms anode feed gas for conversion in the anode section, catalysts, for example in a common exhaust gas line, for converting remaining fuel components in the exhaust gas or other heat exchanger

vorrichtungen. fixtures.

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem im Anodenabschnitt, insbesondere stromabwärts der zweiten Ejektorvor-It can bring advantages if, in a fuel cell system according to the invention, in the anode section, in particular downstream of the second ejector

richtung und stromaufwärts der ersten Ejektorvorrichtung, eine Mischvorrichtung an-direction and upstream of the first ejector device, a mixing device

te Ejektorvorrichtung gewährleistet wird. te ejector is guaranteed.

Von Vorteil kann es ebenfalls sein, 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 It can also be advantageous if, in a fuel cell system according to the invention, an exhaust gas dividing device is arranged in the anode discharge section for dividing the anode exhaust gas into the receiving section of the recirculation line and an exhaust gas line separate therefrom. This separate exhaust line is used in particular to supply gas that is not recirculated to the environment. In such a separate exhaust gas line, for example, a combination with cathode exhaust gas can take place and further after-treatment steps can be provided. For example, an oxidation catalytic converter, a further heat exchanger or the like can be provided. A heat exchange with parts of the recirculation gas, in particular the second partial recirculation line, is here in

Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Possible scope of the present invention.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für ein Aufteilen eines Rezirkulationsgases in einer erfindungsgemäßen Rezirkulationsvorrichtung bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem. Ein solches Verfahren weist A further subject matter of the present invention is a method for dividing a recirculation gas in a recirculation device according to the invention in a fuel cell system according to the invention. Such a procedure shows

die folgenden Schritte auf: — Erfassen einer Betriebssituation des Brennstoffzellensystems, the following steps: - detecting an operating situation of the fuel cell system,

— Aufteilen des Rezirkulationsgases in der Aufteilvorrichtung auf die beiden Teil-Rezirkulationsleitungen. - Splitting of the recirculation gas in the splitting device between the two partial recirculation lines.

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 bei-A method according to the invention thus brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to a recirculation device according to the invention and a fuel cell system according to the invention. The splitting rate, especially with high recirculation rates, i.e. a return of both

spielsweise 80% des anfallenden Anodenabgases, in kontrollierter Weise durchge-for example 80% of the anode waste gas produced, passed through in a controlled manner

schlüssen der Ejektorvorrichtungen berücksichtigt werden. connections of the ejector devices must be taken into account.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Aus-Further advantages, features and details of the invention result from the following description, in which, with reference to the drawings,

führungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch: Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, exemplary embodiments of the invention are described in detail. They show schematically: FIG. 1 an embodiment of the present invention,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenn-Fig. 2 shows a further embodiment of an inventive combustion

stoffzellensystems und fabric cell system and

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenn-Fig. 3 another embodiment of a combustion according to the invention

stoffzellensystems. fabric cell system.

Die Figur 1 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 FIG. 1 schematically shows a fuel cell system 100 which has a fuel cell stack 110 . The fuel cell stack 110 is divided into an anode section 120 and a cathode section 130. Fuel BS, which is made available by a fuel source 140, is required for the operation of the fuel cell system 100. In addition, air is required, which is provided by an air source 180 . For the operation of the fuel cell system 100, fuel BS is now supplied from the fuel source 140 via the fuel supply section 142 in the embodiment of FIG. The fuel BS is now fed to the anode section 120 via several steps in the anode feed section 122 and is reacted there in the individual fuel cells with supply air as cathode feed gas KZG, which is fed via the cathode feed section 132 and the cathode section 130 . Under this implementation arises

elektrischer Strom und Anodenabgas AAG sowie Kathodenabgas KAG. electric current and anode waste gas AAG as well as cathode waste gas KAG.

Da das Anodenabgas AAG je nach Betriebssituation unterschiedlich große Mengen an unverbrauchtem Brennstoff BS enthält, kann hier bei dieser Ausführungsform das Since the anode waste gas AAG contains different amounts of unused fuel BS depending on the operating situation, this can be done here in this embodiment

gas RG am Sauganschluss 44 aus der ersten Teil-Rezirkulationsleitung 24 führt. gas RG at the suction port 44 from the first partial recirculation line 24 leads.

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 gewünschte Kondensieren entweder von einem separaten Kühlkreislauf, oder, wie in In addition, however, in an embodiment of the fuel cell system 100 according to the invention, a proportion of the recirculation gas RG has now been divided up via the dividing device 30 onto the second partial recirculation line 26 . This now leads via a heat exchanger device 150 to the preheating of the fuel BS and simultaneous cooling of the recirculation gas RG flowing through. In this embodiment, the recirculation gas RG pre-cooled in this way reaches a condenser device 60, which provides the necessary cooling capacity for the desired condensation either from a separate cooling circuit or, as in

der Figur 1 dargestellt, von der Zuluft der Luftquelle 180 erhält. of Figure 1, from the supply air of air source 180 receives.

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 Kondensatorvorrich-The further reduction of the temperature of the recirculation gas RG in the second partial recirculation line 26 produces condensate K, which is conveyed further via the condensate line 62 . Since liquid condensate is involved here, the downstream compressor device 70 can be used to compress to a desired pressure, which involves very little compressor work compared to gaseous compression. The pressurized condensate K is then evaporated in an evaporation device 80, the residual heat from a separate exhaust pipe 170 being used in the present embodiment. The condensate K, which is under pressure and has been evaporated again, is now present at the drive connection 52 of the second ejector device 50 and can in this way provide a suction function at the suction connection 54 of this second ejector device 50 by forming a negative pressure. So it is recirculation gas RG, which in the residual gas line 64 after the condenser device

tung 60 verbleibt, über diesen Sauganschluss 54 in der zweiten Ejektorvorrichtung device 60 remains, via this suction port 54 in the second ejector

50 wieder angesaugt und anschließend im Anodenzuführabschnitt 122 in der Misch-50 sucked in again and then in the anode feed section 122 in the mixing

vorrichtung 90 mit zugeführtem Brennstoff BS vermischt. Um bei dieser Ausführungs-device 90 mixed with supplied fuel BS. In order to

form eine Stellmöglichkeit zu gewährleisten ist darüber hinaus noch ein Stellventil 12 form to ensure an adjustment option is also a control valve 12

in die Restgasleitung 64 integriert. integrated into the residual gas line 64.

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 For further after-treatment of non-recirculated anode exhaust gas AAG, the anode discharge section 124 leads via a separate exhaust gas line 170 into a catalytic converter device 172, in which the cathode discharge section 134 also conducts the cathode exhaust gas KAG. The cathode exhaust gas KAG is conducted here via a separate heat exchanger device 150, which can provide heat to a reformer 126 for reforming the anode feed gas AZG. Before the entire common exhaust gas can be released to the environment after the catalytic converter device 172, heat is transferred several times, here at the heat exchanger device 150 to the supply air of the air source 180 and additionally for the

Verdampfung in der Verdampfervorrichtung 80. Evaporation in the evaporator device 80.

In der Figur 2 ist eine alternative Ausgestaltung zur Lösung der Figur 1 dargestellt. Während die grundsätzlichen Bauteile gleich bleiben, erfolgt hier die Integration des Brennstoffs BS an anderer Position, nämlich in der Rezirkulationsleitung 20 und genauer gesagt in der zweiten Teil-Rezirkulationsleitung 26. Gasförmiger Brennstoff BS, hier kontrollierbar mithilfe eines Stellventiles 12, kann mithilfe des Brennstoffzufuhrabschnitts 142 in eine Mischvorrichtung 90 der Restgasleitung 64 eingebracht werden. Die bereits erläuterte Saugfunktionalität am Sauganschluss 54 der zweiten Ejektorvorrichtung 50 kann hier zusätzlich auch dem Ansaugen des gasförmigen Brennstoffs BS zur Verfügung gestellt werden. Die weiteren Komponenten werden hier in ähnlicher oder identischer Weise betrieben, wie dies mit Bezug auf die Figur 1 FIG. 2 shows an alternative configuration to the solution in FIG. While the basic components remain the same, the fuel BS is integrated at a different position here, namely in the recirculation line 20 and, more precisely, in the second partial recirculation line 26. Gaseous fuel BS, which can be controlled here using a control valve 12, can be supplied using the fuel supply section 142 are introduced into a mixing device 90 of the residual gas line 64 . The already explained suction functionality at the suction connection 54 of the second ejector device 50 can also be made available here for sucking in the gaseous fuel BS. The other components are operated here in a similar or identical manner as with reference to Figure 1

erläutert worden ist. has been explained.

Auch in der Figur 3 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 FIG. 3 also shows an embodiment in which the introduction of the fuel BS is integrated into the second partial recirculation line 26 . Here, however, the fuel BS can even be introduced in liquid form into the liquid condensate K in the condensate line 62 and then compressed together with the condensate via the compressor device 70 and the evaporation device 80 evaporated. Here, too, the other components of the fuel cell system 100 are again operated similarly or identically, as is the case with reference

auf die Figur 1 erläutert worden ist. has been explained on the figure 1.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende The above explanation of the embodiments describes the present one

Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Invention solely in the context of examples.

Bezugszeichenliste Reference List

10 Rezirkulationsvorrichtung 10 recirculation device

12 Stellventil 12 control valve

20 Rezirkulationsleitung 20 recirculation line

22 Aufnahmeabschnitt 22 recording section

24 erste Teil-Rezirkulationsleitung 26 zweite Teil-Rezirkulationsleitung 30 Aufteilvorrichtung 24 first partial recirculation line 26 second partial recirculation line 30 dividing device

40 erste Ejektorvorrichtung 40 first ejector device

42 Treibanschluss 42 driving connection

44 Sauganschluss 44 suction connection

50 zweite Ejektorvorrichtung 50 second ejector device

52 Treibanschluss 52 driving connection

54 Sauganschluss 54 suction connection

60 Kondensatorvorrichtung 60 condenser device

62 Kondensatleitung 62 condensate line

64 Restgasleitung 64 residual gas line

70 Verdichtervorrichtung 70 compressor device

80 Verdampfungsvorrichtung 80 vaporizer

90 Mischvorrichtung 90 mixing device

92 Wärmetauschervorrichtung 92 heat exchange device

100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzellenstapel 120 Anodenabschnitt 100 fuel cell system 110 fuel cell stack 120 anode section

122 Anodenzuführabschnitt 124 Anodenabführabschnitt 126 Reformer 122 anode supply section 124 anode discharge section 126 reformer

130 Kathodenabschnitt 130 cathode section

132 Kathodenzuführabschnitt 134 Kathodenabführabschnitt 140 Brennstoffquelle 132 cathode supply section 134 cathode discharge section 140 fuel source

142 Brennstoffzufuhrabschnitt 150 Wärmetauschervorrichtung 142 fuel supply section 150 heat exchange device

160 Abgas-Aufteilvorrichtung 160 exhaust splitter

170 Abgasleitung 170 exhaust pipe

172 Katalysatorvorrichtung 172 catalyst device

180 Luftquelle 180 air source

BS Brennstoff BS fuel

K Kondensat K condensate

RG Rezirkulationsgas AZG Anodenzuführgas AAG Anodenabgas RG recirculation gas AZG anode feed gas AAG anode exhaust gas

KZG Kathodenzuführgas KAG Kathodenabgas KZG cathode feed gas KAG cathode exhaust gas

Claims

patent claims

1. Recirculation device (10) for recirculating anode exhaust gas (AAG) as recirculation gas (RG) from an anode section (120) of a fuel cell stack (110) of a fuel cell system (100), having a recirculation line (20) with a receiving section (22) for fluid communication Connection to an anode discharge section (124) of the anode section (120), the recirculation line (20) having a first partial recirculation line (24), a second partial recirculation line (26) and a dividing device (30) for dividing the recirculation gas (RG). the two partial recirculation lines (24, 26), characterized in that the first partial recirculation line (24) has a first ejector device (40) for a fluid-communicating integration into an anode feed section (122) of the anode section (120) and the second partial recirculation line ( 26) has a second ejector device (50) for a fluid-communicating Incorporation into the anode feed section (122), and wherein the first ejector device (40) is connected downstream of the second ejector device (50) in fluid communication with the anode feed section (122).

is arranged.

2. Recirculation device (10) according to claim 1, characterized in that the first partial recirculation line (40) opens into a suction connection (44) of the first ejector device (40) and the anode feed section (122) into a drive connection (42) of the first ejector device (40) flows.

3. recirculation device (10) according to any one of the preceding claims,

characterized in that the second partial recirculation line (26) in

a driving connection (54) of the second ejector device (50) opens.

4. Recirculation device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a condenser device (60) for condensing vaporous water components from the recirculation gas (RG) is arranged in the second partial recirculation line (26) upstream of the second ejector device (50), wherein the condenser device (60) the condensate (K) in a condensate line (62) and the remaining recirculation

tion gas (RG) divided into a residual gas line (64).

6. Recirculation device (10) according to one of Claims 4 or 5, characterized in that in the condensate line (62) upstream of the second ejector device (50) and in particular downstream of a compressor device (70) there is an evaporation device (80) for evaporating condensate (K ) is arranged.

7. Recirculation device (10) according to one of Claims 4 to 6, characterized in that a mixing device (90) is arranged in the residual gas line (64) for a fluid-communicating connection with a fuel source (140) for mixing the residual recirculation gas (RG) with it the fuel (BS).

8. Recirculation device (10) according to one of Claims 4 to 7, characterized in that a mixing device (90) is arranged in the condensate line (62), in particular upstream of a compressor device (70) and/or upstream of an evaporator device (80). a fluid-communicating connection with a fuel source (140) to the

mixing of condensate (K) with fuel (BS).

9. recirculation device (10) according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the mixing device (90) has a fuel supply section (142) with a control valve (12) for a variation of the flow

quantity of fuel (BS) into the mixing device (90).

10. Recirculation device (10) according to any one of claims 4 to 9, characterized in that in the residual gas line (64) arranged a control valve (12)

net is for a variation of the flow rate in the residual gas line (64).

11. Recirculation device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the second partial recirculation line (26) a heat exchanger device (150) for heat exchange with the Ano

the feeding section (122) is arranged.

12. Fuel cell system (100) for generating electric power from fuel (BS), comprising a fuel cell stack (110) having an anode section (120) and a cathode section (130), the anode section (120) comprising an anode feed section (122) for feeding Anode feed gas (AZG) and an anode discharge section (124) for discharging anode waste gas (AAG), the cathode section (130) having a cathode feed section (132) for supplying cathode feed gas (KZG) and a cathode discharge section (134) for discharging cathode waste gas (KAG), wherein the fuel cell system (100) further comprises a recirculation device (10) having the features of one of claims 1 to 11

points.

13. Fuel cell system (100) according to claim 12, characterized in that in the anode section (120), in particular downstream of the second ejector device (50) and upstream of the first ejector device (40), a mixing device (90) is arranged for mixing fuel ( BS) from

a recycle gas (RG) fuel source (140).

14. Fuel cell system (100) according to one of Claims 12 or 13, characterized in that an exhaust gas dividing device (160) is arranged in the anode discharge section (122) for dividing the anode exhaust gas (AAB) into the receiving section (22) of the recirculation line (20) and one of which separate exhaust pipe (170).

15. A method for dividing a recirculation gas (RG) in a recirculation device (10) in a fuel cell system (100) with the features

len one of claims 12 to 14, having the following steps: - detecting an operating situation of the fuel cell system (100),

- Dividing the recirculation gas (RG) in the dividing device (30) to the two partial recirculation lines (24, 26).