DE102021106069A1 - Fuel cell device for an aircraft, aircraft and method for operating a fuel cell device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung für ein Luftfahrzeug (10), umfassend mindestens eine Brennstoffzelle (42) mit einer Anode (44) und einer Anodenseite (46), und mit einer Kathode (48) und mit einer Kathodenseite (50), eine Zuführungseinrichtung (72) für Brennstoff zu der Anodenseite (46), eine Eingangsventileinrichtung (52), welche an der Zuführungseinrichtung (72) für Brennstoff angeordnet ist, eine Abführungseinrichtung (74) für Brennstoff von der Anodenseite (46), und eine Ausgangsventileinrichtung (56) für Brennstoff, welche an der Abführungseinrichtung (74) angeordnet ist, wobei eine Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) vorgesehen ist, welche dafür sorgt, dass eine Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite (50) und der Anodenseite (46) unterhalb eines Schwellenwerts oder eines Schwellenwertbereiches liegt, mit mindestens einem der Folgenden: die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) wirkt auf die Eingangsventileinrichtung (52) und/oder wirkt an der Eingangsventileinrichtung (52), die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) wirkt auf die Ausgangsventileinrichtung (56) und/oder wirkt an der Ausgangsventileinrichtung (56), und wobei die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) aktiviert ist, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle (42) in einem Nicht-Stromerzeugungsbetrieb ist, und die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) nicht aktiviert ist, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle (42) in einem Stromerzeugungsbetrieb ist.The invention relates to a fuel cell device for an aircraft (10), comprising at least one fuel cell (42) with an anode (44) and an anode side (46), and with a cathode (48) and with a cathode side (50), a feed device ( 72) for fuel to the anode side (46), an inlet valve means (52) which is arranged on the supply means (72) for fuel, a discharge means (74) for fuel from the anode side (46), and an outlet valve means (56) for Fuel, which is arranged on the discharge device (74), with a pressure equalization control and/or regulation device (82) being provided, which ensures that a pressure difference between the cathode side (50) and the anode side (46) is below a threshold value or a threshold range, with at least one of the following: the pressure compensation control and/or regulation device (82) acts on the input vent il device (52) and/or acts on the inlet valve device (52), the pressure compensation control and/or regulation device (82) acts on the outlet valve device (56) and/or acts on the outlet valve device (56), and the pressure compensation The control and/or regulation device (82) is activated when the at least one fuel cell (42) is in a non-electricity generation mode, and the pressure equalization control and/or regulation device (82) is not activated when the at least one fuel cell ( 42) is in a power generation operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung für ein Luftfahrzeug, umfassend mindestens eine Brennstoffzelle mit einer Anode und einer Anodenseite, und mit einer Kathode und mit einer Kathodenseite, eine Zuführungseinrichtung für Brennstoff zu der Anodenseite, eine Eingangsventileinrichtung, welche an der Zuführungseinrichtung für Brennstoff angeordnet ist, eine Abführungseinrichtung für Brennstoff von der Anodenseite, und eine Ausgangsventileinrichtung für Brennstoff, welche an der Abführungseinrichtung angeordnet ist.The invention relates to a fuel cell device for an aircraft, comprising at least one fuel cell with an anode and an anode side, and with a cathode and with a cathode side, a supply device for fuel to the anode side, an inlet valve device, which is arranged on the supply device for fuel, a fuel discharge means from the anode side, and fuel exit valve means disposed on said discharge means.

Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfahrzeug.The invention also relates to an aircraft.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Druckausgleich an einer Brennstoffzelle, welche an einem Luftfahrzeug angeordnet ist.Furthermore, the invention relates to a method for pressure equalization in a fuel cell which is arranged on an aircraft.

Die EP 1 263 069 B1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines Brennstoffzellensystems, bei welchem einem oder mehreren Brennstoffzellenblöcken ein Brennstoff und ein Oxidator zugeführt werden und in einem Brennstoffzellenblock eine Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie erfolgt, wobei als Brennstoff Wasserstoff und als Oxidator Luftsauerstoff eingesetzt wird. Zuführungsparameter von Brennstoff und Oxidator werden fest vorgegeben, wobei auf der Zuführungsseite der Druck des einem Brennstoffzellenblock zugeführten Wasserstoffs vorgegeben wird und der Druck und der Volumenstrom der einem Brennstoffzellenblock zugeführten Luft fest vorgegeben wird. Eine kontinuierliche Wasserstoffabführung wird aus einem Brennstoffzellenblock gesperrt. Eine Wasserstoffabführung erfolgt über ein getaktetes Ventil und es ist asymmetrischer Taktgeber zur Taktung des Ventils vorgesehen. Eine Mengenregelung des einem Brennstoffzellenblock zugeführten Wasserstoffs erfolgt durch die Leistungsaufnahme des Verbrauchers.the EP 1 263 069 B1 discloses a method for generating electrical energy by means of a fuel cell system, in which one or more fuel cell blocks are supplied with a fuel and an oxidizer, and chemical energy is converted into electrical energy in a fuel cell block, with hydrogen being used as the fuel and atmospheric oxygen being used as the oxidizer. Supply parameters of fuel and oxidizer are fixed, with the pressure of the hydrogen supplied to a fuel cell block being specified on the supply side and the pressure and the volume flow of the air supplied to a fuel cell block being specified in a fixed manner. A continuous hydrogen discharge is blocked from a fuel cell block. Hydrogen is discharged via a clocked valve, and an asymmetrical clock generator is provided for clocking the valve. The quantity of hydrogen supplied to a fuel cell block is regulated by the power consumption of the consumer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ohne Beschädigungsgefahr bei einem Luftfahrzeug verwendbar ist.The invention is based on the object of providing a fuel cell device of the type mentioned at the outset, which can be used in an aircraft without the risk of damage.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Brennstoffzellenvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen ist, welche dafür sorgt, dass eine Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite unterhalb eines Schwellenwerts oder eines Schwellenwertbereichs liegt, mit mindestens einem der Folgenden:

  • - die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung wirkt auf die Eingangsventileinrichtung und/oder wirkt an der Eingangsventileinrichtung;
  • - die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung wirkt auf die Ausgangsventileinrichtung und/oder wirkt an der Ausgangsventileinrichtung,
und dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung aktiviert ist, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle in einem Nicht-Stromerzeugungsbetrieb ist, und die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung nicht aktiviert ist, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle in einem Stromerzeugungsbetrieb ist.In the case of the fuel cell device mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that a pressure equalization control and/or regulation device is provided which ensures that a pressure difference between the cathode side and the anode side is below a threshold value or a threshold value range, with at least one of the following:
  • - the pressure compensation control and/or regulation device acts on the inlet valve device and/or acts on the inlet valve device;
  • - the pressure compensation control and/or regulation device acts on the outlet valve device and/or acts on the outlet valve device,
and that the pressure compensation control and/or regulation device is activated when the at least one fuel cell is in a non-power generation mode and the pressure compensation control and/or regulation device is not activated when the at least one fuel cell is in a power generation mode.

Ein Luftfahrzeug ist aufgrund unterschiedlicher Betriebshöhen relativ großen Druckschwankungen ausgesetzt. Die Druckunterschiede zwischen einer Reisehöhe von circa 10000 m Höhe und dem Boden liegen bei circa 800 mbar. An aircraft is exposed to relatively large pressure fluctuations due to different operating altitudes. The pressure difference between a cruising altitude of around 10,000 m and the ground is around 800 mbar.

Wenn eine Brennstoffzelle mit Luftsauerstoff als Oxidator aus der Umgebung des Luftfahrzeugs versorgt wird und abgeschaltet wird, dann können diese Druckänderungen beim Abschalten in der Höhe und dann bei einem Sinkflug, oder beim Abschalten am Boden und dann beim Steigflug grundsätzlich zu einer Beschädigung der mindestens einen Brennstoffzelle und dabei insbesondere einer Polymermembran führen.If a fuel cell is supplied with atmospheric oxygen as an oxidizer from the environment of the aircraft and is switched off, these pressure changes can fundamentally damage the at least one fuel cell when it is switched off at altitude and then during a descent, or when it is switched off on the ground and then during a climb and lead in particular a polymer membrane.

Dieses Problem entsteht insbesondere bei offener Kathodenseite, das heißt bei einer luftatmenden Brennstoffzelle, bei welcher der Oxidator als Luftsauerstoff aus der Umgebung stammt. Eine entsprechende Brennstoffzellenvorrichtung muss nicht in einer Druckkabine angeordnet werden. Es muss insbesondere nicht der Oxidator mit dem Luftfahrzeug mitgeführt werden.This problem arises in particular when the cathode side is open, that is to say in the case of an air-breathing fuel cell in which the oxidizer comes from the environment as atmospheric oxygen. A corresponding fuel cell device does not have to be arranged in a pressurized cabin. In particular, the oxidizer does not have to be carried on board the aircraft.

Wenn beispielsweise die mindestens eine Brennstoffzelle in großer Höhe (wie beispielsweise 5500 m mit einem Druck von circa 500 mbar) abgeschaltet wird, dann steigt beim Sinken des Luftfahrzeugs der Differenzdruck zwischen der abgesperrten Anodenseite (abgesperrt über die Ausgangsventileinrichtung und die Eingangsventileinrichtung) und der offenen Kathodenseite stark an. Beispielsweise liegt der Druck bei einer Flughöhe von 400 m bis circa 950 mbar. In diesem Falle entsteht auf der Anodenseite ein Unterdruck gegenüber der Kathodenseite. Üblicherweise sind Polymermembrane dünn und weisen eine Druckfestigkeit von wenigen 100 mbar auf. Der genannte Fall kann zu Membranschädigung bis hin zum Reißen führen.If, for example, the at least one fuel cell is switched off at a high altitude (such as 5500 m with a pressure of approximately 500 mbar), the differential pressure between the blocked anode side (blocked via the outlet valve device and the inlet valve device) and the open cathode side increases as the aircraft descends strong on. For example, the pressure at a flight altitude of 400 m is up to about 950 mbar. In this case, a negative pressure occurs on the anode side compared to the cathode side. Polymer membranes are usually thin and have a pressure resistance of a few 100 mbar. This case can lead to damage to the membrane and even tearing.

Wenn beim Start eines Luftfahrzeugs die mindestens eine Brennstoffzelle abgeschaltet ist, und das Luftfahrzeug dann steigt, dann steigt der Differenzdruck zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite stark an, wobei ein Überdruck an der Anodenseite vorliegt. Dies kann ebenfalls zu einer Membranschädigung führen.If the at least one fuel cell is switched off when an aircraft takes off, and the aircraft then climbs, the differential pressure between the anode side and the cathode side increases sharply, with an overpressure on the anode side. This can also lead to membrane damage.

Durch die erfindungsgemäße Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung wird außerhalb des normalen Stromerzeugungsbetriebs zum einen eine Überwachung bezüglich der Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite der mindestens einen Brennstoffzelle durchgeführt. Wenn der Schwellenwert oder Schwellenwertbereich überschritten wird, dann wirkt die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung in einem Steuerungsvorgang und/oder Regelungsvorgang auf die Eingangsventileinrichtung bzw. wirkt an der Eingangsventileinrichtung, und/oder wirkt auf die Ausgangsventileinrichtung und/oder wirkt an der Ausgangsventileinrichtung, um die Druckdifferenz auszugleichen und eine Beschädigung der mindestens einen Brennstoffzelle zu verhindern.The pressure equalization control and/or regulation device according to the invention monitors the pressure difference between the cathode side and the anode side of the at least one fuel cell outside of normal power generation operation. If the threshold value or threshold value range is exceeded, then the pressure compensation control and/or regulation device acts on the inlet valve device or acts on the inlet valve device and/or acts on the outlet valve device and/or acts on the outlet valve device in a control process and/or regulation process to equalize the pressure difference and to prevent damage to the at least one fuel cell.

Es ist dadurch bei jeglichem Außendruck um das Luftfahrzeug (und dadurch bei jeder Flughöhe bzw. Standhöhe des Luftfahrzeugs) ein Abschalten der mindestens einen Brennstoffzelle möglich, ohne dass eine Zerstörungsgefahr eintritt. Es ist dabei sowohl eine Notabschaltung der mindestens einen Brennstoffzelle möglich als auch eine geplante Abschaltung. Dadurch wiederum entstehen zusätzliche Freiheitsgrade in der Betriebsführung, insbesondere wenn eine Mehrzahl von Brennstoffzellen und insbesondere eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks vorhanden sind.As a result, the at least one fuel cell can be switched off at any external pressure around the aircraft (and thus at any flight altitude or standing altitude of the aircraft) without the risk of destruction occurring. Both an emergency shutdown of the at least one fuel cell and a planned shutdown are possible. This in turn creates additional degrees of freedom in the operational management, in particular when a plurality of fuel cells and in particular a plurality of fuel cell stacks are present.

Durch die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung lassen sich auch große Druckschwankungen beim Betrieb des Luftfahrzeugs in ihrer Auswirkung auf die mindestens eine Brennstoffzelle, wenn diese abgeschaltet ist, abfangen. Es ist ein beliebiges Zuschalten bzw. Abschalten der mindestens einen Brennstoffzelle möglich.The pressure compensation control and/or regulation device can also absorb large pressure fluctuations during operation of the aircraft in their effect on the at least one fuel cell when it is switched off. Any connection or disconnection of the at least one fuel cell is possible.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird durch eine entsprechende Steuerung und/oder Regelung die Anodenseite beeinflusst (durch Druckerhöhung oder Druckerniedrigung auf der Anodenseite), um einen Druckdifferenzausgleich zu ermöglichen.In the solution according to the invention, the anode side is influenced by appropriate control and/or regulation (by increasing or decreasing the pressure on the anode side) in order to enable a pressure difference equalization.

Insbesondere lässt sich die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung bei einem luftatmenden System einsetzen. Die Brennstoffzellenvorrichtung lässt sich außerhalb einer Druckkabine des Luftfahrzeugs anordnen. Der Oxidator muss nicht mitgeführt werden, und es ergeben sich entsprechende Gewichtsvorteile und Effizienzvorteile.In particular, the fuel cell device according to the invention can be used in an air-breathing system. The fuel cell device can be arranged outside of a pressurized cabin of the aircraft. The oxidizer does not have to be carried along, and there are corresponding advantages in terms of weight and efficiency.

Der Schwellenwert oder Schwellenwertbereich ist so gewählt, dass die entsprechende Druckbelastung der mindestens einen Brennstoffzelle (und dabei insbesondere einer Polymermembran) außerhalb eines Beschädigungsbereichs liegt.The threshold value or threshold value range is selected in such a way that the corresponding pressure load on the at least one fuel cell (and in particular a polymer membrane) is outside a damage range.

Günstig ist es, wenn die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung mindestens eines der Folgenden steuert und/oder regelt:

  • - eine Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite;
  • - eine Druckerhöhung an der Anodenseite durch Brennstoffzuführung zu der Anodenseite;
  • - eine Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite aus einem Tank und insbesondere Drucktank für Brennstoff;
  • - eine Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite bei einem geschlossenen Ausgangsventil der Ausgangsventileinrichtung.
It is favorable if the pressure compensation control and/or regulation device controls and/or regulates at least one of the following:
  • - a supply of fuel to the anode side;
  • - a pressure increase on the anode side by fuel supply to the anode side;
  • - a supply of fuel to the anode side from a tank and in particular pressure tank for fuel;
  • - A supply of fuel to the anode side with a closed outlet valve of the outlet valve device.

Es lässt sich dadurch der Druck an der Anodenseite erhöhen. Eine Druckdifferenz aufgrund eines Überdrucks an der Kathodenseite lässt sich ausgleichen und insbesondere lässt es sich erreichen, dass die Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite nicht (dauerhaft) einen Schwellenwert oder Schwellenwertbereich überschreitet. Dieser Steuerungs- bzw. Regelungsvorgang wird insbesondere durchgeführt, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle in größerer Höhe des Luftfahrzeugs abgeschaltet wird und das Luftfahrzeug dann sinkt.This allows the pressure on the anode side to be increased. A pressure difference due to an overpressure on the cathode side can be compensated for and in particular it can be achieved that the pressure difference between the cathode side and the anode side does not (permanently) exceed a threshold value or threshold value range. This control or regulation process is carried out in particular when the at least one fuel cell is switched off at a higher altitude of the aircraft and the aircraft then descends.

Ferner ist es günstig, wenn die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung mindestens eines der Folgenden steuert und/oder regelt:

  • - eine Abführung von Brennstoff von der Anodenseite;
  • - eine Druckerniedrigung an der Anodenseite durch Abführung von Brennstoff von der Anodenseite;
  • - eine Abführung von Brennstoff von der Anodenseite in die Umgebung und/oder eine Abführung von Brennstoff von der Anodenseite in eine Abführungseinrichtung für Oxidator von der Kathodenseite;
  • - eine Abführung von Brennstoff bei einem geschlossenen Eingangsventil der Eingangsventileinrichtung;
  • - ein Bringen der Anodenseite auf Umgebungsdruck.
Furthermore, it is favorable if the pressure compensation control and/or regulation device controls and/or regulates at least one of the following:
  • - a discharge of fuel from the anode side;
  • - A pressure reduction on the anode side by discharging fuel from the anode side;
  • - a discharge of fuel from the anode side into the environment and/or a discharge of fuel from the anode side into a discharge device for oxidizer from the cathode side;
  • - A discharge of fuel when the inlet valve of the inlet valve device is closed;
  • - bringing the anode side to ambient pressure.

Es lässt sich dadurch eine Druckdifferenz aufgrund eines Überdrucks an der Anodenseite abbauen und es lässt sich verhindern, dass die Druckdifferenz zwischen Anodenseite und Kathodenseite einen Schwellenwert oder einen Schwellenwertbereich (dauerhaft) überschreitet. Dieser Fall tritt insbesondere ein, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle bei sich am Boden befindlichem Luftfahrzeug abgeschaltet wird und das Luftfahrzeug dann an Höhe gewinnt.It can thereby reduce a pressure difference due to overpressure on the anode side and it can be prevented that the Pressure difference between anode side and cathode side exceeds a threshold or a threshold range (permanently). This occurs in particular when the at least one fuel cell is switched off when the aircraft is on the ground and the aircraft then gains altitude.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung eine Druckerfassungseinrichtung umfasst und/oder an eine Druckerfassungseinrichtung gekoppelt ist. Es lässt sich dann (direkt oder indirekt) prüfen, ob der Differenzdruck zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite unterhalb des Schwellenwerts oder Schwellenwertbereichs liegt, und wenn der Schwellenwert oder der Schwellenwertbereich erreicht wird, lassen sich geeignete Maßnahmen ergreifen.It is particularly advantageous if the pressure compensation control and/or regulation device includes a pressure detection device and/or is coupled to a pressure detection device. It can then be checked (directly or indirectly) whether the differential pressure between the cathode side and the anode side is below the threshold value or threshold range, and if the threshold value or threshold range is reached, appropriate measures can be taken.

Insbesondere erfasst die Druckerfassungseinrichtung mindestens einen der folgenden Druckwerte:

  • - einen Druck an der Anodenseite;
  • - einen Druck an der Kathodenseite;
  • - eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite;
  • - einen Umgebungsdruck.
In particular, the pressure detection device detects at least one of the following pressure values:
  • - a pressure on the anode side;
  • - a pressure on the cathode side;
  • - a pressure difference between the anode side and the cathode side;
  • - an ambient pressure.

Je nach Verfahrensdurchführung lässt sich dann der Differenzdruck, welcher zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite liegt, ermitteln und gegebenenfalls lassen sich über die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung geeignete Maßnahmen durchführen.Depending on how the method is carried out, the differential pressure between the anode side and the cathode side can then be determined and, if necessary, suitable measures can be implemented via the pressure equalization control and/or regulation device.

Insbesondere ist mindestens eines der Folgenden vorgesehen:

  • - die Druckerfassungseinrichtung umfasst mindestens einen Drucksensor, welcher Druckwerte misst und der Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung bereitstellt;
  • - die Druckerfassungseinrichtung umfasst mindestens ein Druckfolgeventil, welches druckabhängig einen Bypasspfad sperrt oder freigibt.
In particular, at least one of the following is provided:
  • - the pressure detection device comprises at least one pressure sensor, which measures pressure values and provides the pressure compensation control and/or regulation device;
  • - The pressure detection device comprises at least one pressure sequence valve, which blocks or releases a bypass path depending on the pressure.

Durch einen Drucksensor lassen sich Druckwerte direkt messen und an eine beispielsweise aktive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung weitergeben, die dann wiederum für eine entsprechende aktive Ansteuerung von Ventilen sorgt. Wenn die Druckerfassungseinrichtung in mindestens ein Druckfolgeventil integriert ist, lässt sich eine passive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung realisieren, welche automatisch und insbesondere stromlos die entsprechende Überprüfung durchführt und bei Erreichen des Schwellenwerts oder Schwellenwertbereichs die erforderlichen Maßnahmen durchführt. Es lässt sich dadurch eine hohe Ausfallsicherheit erreichen. Es kann dabei je nach Anwendungsfall nur eine aktive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, nur eine passive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung oder eine Kombination von aktiver und passiver Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung vorgesehen sein.Pressure values can be measured directly by a pressure sensor and passed on to an active pressure equalization control and/or regulation device, for example, which then in turn provides for a corresponding active activation of valves. If the pressure detection device is integrated in at least one pressure sequence valve, a passive pressure equalization control and/or regulation device can be implemented, which automatically and in particular without current carries out the corresponding check and carries out the necessary measures when the threshold value or threshold value range is reached. This allows a high level of reliability to be achieved. Depending on the application, only one active pressure compensation control and/or regulation device, only one passive pressure compensation control and/or regulation device or a combination of active and passive pressure compensation control and/or regulation device can be provided.

Bei der Verwendung von einem oder mehreren Druckfolgeventilen ist es vorteilhaft, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:

  • - es ist ein Druckfolgeventil mit einer Druckerfassung an der Anodenseite vorgesehen;
  • - es ist ein Druckfolgeventil mit einer Druckerfassung an der Kathodenseite oder an einer Abführungseinrichtung für die Kathodenseite vorgesehen;
  • - es ist ein Druckfolgeventil mit einer Druckerfassung für die Umgebung vorgesehen.
When using one or more pressure sequence valves, it is advantageous if at least one of the following is provided:
  • - A pressure sequence valve is provided with a pressure detection on the anode side;
  • - A pressure sequence valve with a pressure detection on the cathode side or on a discharge device for the cathode side is provided;
  • - A pressure sequence valve with a pressure detection for the environment is provided.

Es lässt sich dadurch auf einfache Weise ein Überdruck an der Anodenseite bzw. ein Überdruck an der Kathodenseite erfassen und es lassen sich entsprechende Maßnahmen zum Druckausgleich zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite einleiten. Insbesondere erfolgt eine Druckerfassung an einem Druckfolgeventil durch einen federbelasteten Schieber, welcher an dem entsprechenden Bereich, dessen Druck zu erfassen ist, wirkt.As a result, an overpressure on the anode side or an overpressure on the cathode side can be detected in a simple manner and appropriate measures for pressure equalization between the anode side and the cathode side can be initiated. In particular, pressure is detected at a pressure sequence valve by a spring-loaded slide, which acts on the corresponding area whose pressure is to be detected.

Bei einer Ausführungsform ist die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung eine aktive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung oder umfasst eine solche, welcher Druckmesswerte einer Druckerfassungseinrichtung bereitgestellt sind und welche mindestens eines der Folgenden (in einem Steuerungsvorgang und/oder Regelungsvorgang) ansteuert:

  • - ein Eingangsventil der Eingangsventileinrichtung zur Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite;
  • - ein Ausgangsventil der Ausgangsventileinrichtung zur Abführung von Brennstoff von der Anodenseite.
In one embodiment, the pressure compensation control and/or regulation device is an active pressure compensation control and/or regulation device or includes such a device, to which measured pressure values of a pressure detection device are provided and which controls at least one of the following (in a control process and/or regulation process). :
  • - an inlet valve of the inlet valve device for supplying fuel to the anode side;
  • - An outlet valve of the outlet valve device for discharging fuel from the anode side.

Es lässt sich dann je nach Überdruckfall ein Druckausgleich durchführen. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Erhöhung des Drucks an der Anodenseite das Eingangsventil bei gesperrtem Ausgangsventil öffnet. Zur Druckerniedrigung an der Anodenseite wird das Ausgangsventil bei gesperrtem Eingangsventil geöffnet.A pressure equalization can then be carried out depending on the overpressure case. It is provided in particular that the pressure compensation control and/or regulation device opens the inlet valve when the outlet valve is blocked in order to increase the pressure on the anode side. To reduce the pressure on the anode side, the outlet valve is opened with the inlet valve blocked.

Insbesondere ist mindestens eines der Folgenden vorgesehen:

  • - es ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher Druckmesswerte an der Anodenseite ermittelt;
  • - es ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher Druckmesswerte an der Kathodenseite ermittelt;
  • - es ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite ermittelt.
In particular, at least one of the following is provided:
  • - A pressure sensor is provided, which determines measured pressure values on the anode side;
  • - A pressure sensor is provided, which determines measured pressure values on the cathode side;
  • - A pressure sensor is provided, which determines a pressure difference between the anode side and the cathode side.

Es lässt sich so auf einfache Weise die Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite und der Anodenseite messen. Diese entsprechenden Messwerte werden der Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung bereitgestellt, welche im Bedarfsfall (Überschreiten des Schwellenwerts oder Schwellenwertbereichs) geeignete Maßnahmen ergreift.In this way, the pressure difference between the cathode side and the anode side can be measured in a simple manner. These corresponding measured values are made available to the pressure equalization control and/or regulation device, which takes suitable measures if necessary (the threshold value or threshold value range is exceeded).

Insbesondere ist mindestens eines der Folgenden vorgesehen:

  • - die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ist integriert in eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung für einen Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle;
  • - eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung für einen Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle steuert ein Eingangsventil der Eingangsventileinrichtung und/oder ein Ausgangsventil der Ausgangsventileinrichtung an;
  • - das Eingangsventil und/oder das Ausgangsventil ist druckfest;
  • - die mindestens eine Brennstoffzelle weist eine Polymer-Elektrolyt-Membran auf;
  • - wenn die mindestens eine Brennstoffzelle im Nicht-Stromerzeugungsbetrieb ist, sind das Eingangsventil und das Ausgangsventil mindestens außerhalb eines Druckausgleichvorgangs (gesteuert und/oder geregelt über die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung) geschlossen.
In particular, at least one of the following is provided:
  • - The pressure equalization control and/or regulation device is integrated in a control and/or regulation device for power generation operation of the at least one fuel cell;
  • - A control and/or regulating device for power generation operation of the at least one fuel cell controls an inlet valve of the inlet valve device and/or an outlet valve of the outlet valve device;
  • - the inlet valve and/or the outlet valve is pressure-resistant;
  • - The at least one fuel cell has a polymer electrolyte membrane;
  • - When the at least one fuel cell is in non-electricity generation mode, the inlet valve and the outlet valve are closed at least outside of a pressure equalization process (controlled and/or regulated via the pressure equalization control and/or regulation device).

Es ergibt sich so ein effektiver Betrieb und insbesondere lässt sich die Beschädigungsgefahr der mindestens einen Brennstoffzelle gering halten.This results in effective operation and in particular the risk of damage to the at least one fuel cell can be kept low.

Wenn die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung insbesondere eine aktive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ist, lässt sich diese auf vorteilhafte Weise in die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung für den Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle integrieren. Sie ist beispielsweise auf einem Controller innerhalb der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung realisiert.If the pressure equalization control and/or regulation device is in particular an active pressure equalization control and/or regulation device, this can advantageously be integrated into the control and/or regulation device for the power generation operation of the at least one fuel cell. It is implemented, for example, on a controller within the open-loop and/or closed-loop control device.

Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung als passive Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ausgebildet ist, welche mindestens ein Druckfolgeventil umfasst, wobei dem mindestens einen Druckfolgeventil ein Bypasspfad zugeordnet ist und druckabhängig der Bypasspfad gesperrt oder freigegeben ist. Bei einer passiven Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ist keine aktive Ansteuerung notwendig. Das System reagiert automatisch auf den Fall des Überschreitens des Schwellenwerts oder des Schwellenwertbereichs und regelt sich insbesondere selbstständig ein. Insbesondere lässt sich dadurch auch ein Druckausgleich durchführen, ohne dass eine elektrische Beaufschlagung notwendig ist.It is alternatively or additionally possible for the pressure equalization control and/or regulation device to be designed as a passive control and/or regulation device which comprises at least one pressure sequence valve, with a bypass path being assigned to the at least one pressure sequence valve and the bypass path being blocked or released depending on the pressure is. In the case of a passive open-loop and/or closed-loop control device, no active control is necessary. The system reacts automatically if the threshold value or the threshold range is exceeded and, in particular, regulates itself automatically. In particular, this also allows pressure equalization to be carried out without an electrical application being necessary.

Durch das Bereitstellen eines Bypasspfads lässt sich zum Druckausgleich je nach Bedarf ein Eingangsventil bzw. ein Ausgangsventil umgehen. In einem Stromerzeugungsbetrieb ist der entsprechende Bypasspfad gesperrt. Der Bypasspfad ist ferner gesperrt, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle abgeschaltet ist und die Druckdifferenz den Schwellenwert oder Schwellenwertbereich nicht überschreitet.By providing a bypass path, an inlet valve or an outlet valve can be bypassed for pressure equalization as required. In a power generation operation, the corresponding bypass path is blocked. The bypass path is also blocked when the at least one fuel cell is shut down and the pressure differential does not exceed the threshold or threshold range.

Insbesondere ist mindestens eines der Folgenden vorgesehen:

  • - es ist ein erstes Druckfolgeventil an der Zuführungseinrichtung für Brennstoff angeordnet;
  • - dem ersten Druckfolgeventil an der Zuführungseinrichtung für Brennstoff ist ein erster Bypasspfad zugeordnet, welcher ein Eingangsventil der Eingangsventileinrichtung umgeht;
  • - das erste Druckfolgeventil an der Zuführungseinrichtung für Brennstoff weist ein Druckerfassungselement auf, welches in druckwirksamer Verbindung mit der Anodenseite steht;
  • - die Eingangsventileinrichtung weist ein Eingangsventil auf und weist das erste Druckfolgeventil an der Zuführungseinrichtung auf;
  • - in einem Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle ist der erste Bypasspfad gesperrt.
In particular, at least one of the following is provided:
  • - A first pressure sequence valve is arranged on the fuel supply device;
  • - A first bypass path, which bypasses an input valve of the input valve device, is assigned to the first pressure sequence valve on the fuel supply device;
  • - The first pressure sequence valve on the supply device for fuel has a pressure detection element which is in pressure-effective communication with the anode side;
  • - the inlet valve device has an inlet valve and has the first pressure sequence valve on the supply device;
  • - The first bypass path is blocked in a power generation operation of the at least one fuel cell.

Durch das erste Druckfolgeventil der Zuführungseinrichtung lässt sich durch Brennstoffzuführung zu der Anodenseite im Bedarfsfall der Druck an der Anodenseite erhöhen. Über den ersten Bypasspfad lässt sich das Eingangsventil der Eingangsventileinrichtung umgehen. In das Druckfolgeventil ist ein Druckerfassungselement insbesondere in Form eines federbeaufschlagten Schiebers integriert, wobei die Stellung des Schiebers abhängig ist von dem Druck an der Anodenseite. Bei einer Ausführungsform ist das erste Druckfolgeventil in die Eingangsventileinrichtung integriert.The pressure on the anode side can be increased, if necessary, by the first pressure sequence valve of the supply device by supplying fuel to the anode side. The inlet valve of the inlet valve device can be bypassed via the first bypass path. A pressure detection element, in particular in the form of a spring-loaded slide, is integrated into the pressure sequence valve The position of the slider depends on the pressure on the anode side. In one embodiment, the first pressure sequence valve is integrated into the inlet valve device.

Es ist ferner günstig, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:

  • - es ist ein zweites Druckfolgeventil an der Abführungseinrichtung für Brennstoff angeordnet;
  • - dem zweiten Druckfolgeventil an der Abführungseinrichtung für Brennstoff ist ein zweiter Bypasspfad zugeordnet, welcher ein Ausgangsventil der Ausgangsventileinrichtung umgeht;
  • - der zweite Bypasspfad führt in eine Abführungseinrichtung für die Kathodenseite oder in die Umgebung;
  • - das zweite Druckfolgeventil an der Abführungseinrichtung für Brennstoff weist ein Druckerfassungselement auf, welches in druckwirksamer Verbindung mit der Abführungseinrichtung für die Kathodenseite steht oder in druckwirksamer Verbindung mit der Umgebung steht;
  • - die Ausgangsventileinrichtung weist ein Ausgangsventil und das zweite Druckfolgeventil an der Abführungseinrichtung für Brennstoff auf;
  • - der zweite Bypasspfad ist in einem Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle gesperrt.
It is also favorable if at least one of the following is provided:
  • - A second pressure sequence valve is arranged on the discharge device for fuel;
  • - A second bypass path, which bypasses an outlet valve of the outlet valve device, is assigned to the second pressure sequence valve on the discharge device for fuel;
  • - The second bypass path leads into a discharge device for the cathode side or into the environment;
  • the second pressure sequence valve on the fuel discharge means has a pressure sensing element which is in pressure communication with the discharge means for the cathode side or in pressure communication with the atmosphere;
  • - the outlet valve means comprises an outlet valve and the second pressure sequence valve at the fuel discharge means;
  • - The second bypass path is blocked in a power generation operation of the at least one fuel cell.

Durch das zweite Druckfolgeventil lässt sich Brennstoff von der Anodenseite ablassen, um den Druck an der Anodenseiten zu erniedrigen. Alternativ oder zusätzlich ist eine druckwirksame Verbindung zwischen der Anodenseite und der Umgebung möglich, um entsprechend eine Druckerniedrigung an der Anodenseite zu bewirken. Durch das zweite Druckfolgeventil lässt sich entsprechend eine Überdrucksituation an der Anodenseite automatisch erkennen und es werden automatisch die entsprechenden Maßnahmen eingeleitet. Es ist keine aktive Ansteuerung notwendig und insbesondere lässt sich diese Überdrucksituation erkennen und beheben, ohne dass ein elektrischer Stromfluss oder auch ein Signalfluss vorliegen muss.The second pressure sequence valve allows fuel to be drained from the anode side in order to reduce the pressure on the anode side. Alternatively or additionally, a pressure-effective connection between the anode side and the environment is possible in order to bring about a corresponding reduction in pressure on the anode side. An overpressure situation on the anode side can be automatically detected by the second pressure sequence valve and the corresponding measures are automatically initiated. Active control is not necessary and, in particular, this overpressure situation can be detected and rectified without there having to be an electrical current flow or a signal flow.

Günstig ist es, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:

  • - der Kathodenseite ist ein Gebläse (Lüfter) und/oder ein Kompressor zugeordnet;
  • - der Kathodenseite ist kein druckfestes Eingangsventil und/oder druckfestes Ausgangsventil zugeordnet;
  • - die mindestens eine Brennstoffzelle ist luftatmend;
  • - eine Oxidatorzuführung zu der mindestens einen Brennstoffzelle und/oder eine Oxidatorabführung von der mindestens einen Brennstoffzelle ist außerhalb einer Druckkabine angeordnet.
It is favorable if at least one of the following is provided:
  • - The cathode side is associated with a blower (fan) and/or a compressor;
  • - No pressure-resistant inlet valve and/or pressure-resistant outlet valve is assigned to the cathode side;
  • - the at least one fuel cell is air-breathing;
  • - An oxidator feed to the at least one fuel cell and/or an oxidator discharge from the at least one fuel cell is arranged outside of a pressurized cabin.

Bei einem luftatmenden System wird Oxidator als Luftsauerstoff aus der Umgebung des Luftfahrzeugs entnommen und der mindestens einen Brennstoffzelle zugeführt. Es muss insbesondere kein Oxidator mitgenommen werden. Eine Oxidatorzuführung kann außerhalb einer Druckkabine des Luftfahrzeugs angeordnet werden. Es lässt sich dadurch das Luftfahrzeug entsprechend gewichtssparend ausbilden und effizient betreiben.In an air-breathing system, oxidizer is removed from the environment of the aircraft as atmospheric oxygen and fed to the at least one fuel cell. In particular, there is no need to take an oxidizer with you. An oxidizer supply can be arranged outside of a pressurized cabin of the aircraft. As a result, the aircraft can be designed to be correspondingly weight-saving and operated efficiently.

Insbesondere ist mindestens ein Brennstoffzellenstack vorgesehen, welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen umfasst, wobei dem mindestens einen Brennstoffzellenstack die Eingangsventileinrichtung und die Ausgangsventileinrichtung zugeordnet sind.In particular, at least one fuel cell stack is provided, which comprises a plurality of fuel cells, with the at least one fuel cell stack being assigned the inlet valve device and the outlet valve device.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Brennstoffzellenverbund vorgesehen, welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks umfasst. Ein individueller Brennstoffzellenstack als Ganzes ist abschaltbar bzw. zuschaltbar. Insbesondere sind die Anodenseiten des Brennstoffzellenstacks miteinander verbunden und liegen mindestens näherungsweise auf dem gleichen Drucklevel. Ferner sind die Kathodenseiten des Brennstoffzellenstacks miteinander verbunden und liegen mindestens näherungsweise auf demselben Drucklevel.In one embodiment, a fuel cell assembly is provided which includes a plurality of fuel cell stacks. An individual fuel cell stack as a whole can be switched off or on. In particular, the anode sides of the fuel cell stack are connected to one another and are at least approximately at the same pressure level. Furthermore, the cathode sides of the fuel cell stack are connected to one another and are at least approximately at the same pressure level.

Erfindungsgemäß wird ein Luftfahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung umfasst. Die entsprechende Brennstoffzellenvorrichtung ist in dem Luftfahrzeug angeordnet. Insbesondere ist die Oxidatorzuführung außerhalb einer Druckkabine des Luftfahrzeugs angeordnet.According to the invention, an aircraft is provided which includes a fuel cell device according to the invention. The corresponding fuel cell device is arranged in the aircraft. In particular, the oxidizer feed is arranged outside of a pressurized cabin of the aircraft.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Druckausgleich an einer Brennstoffzelle, welche an einem Luftfahrzeug angeordnet ist, bereitgestellt, bei dem in einem nicht aktivierten Stromerzeugungsbetrieb der Brennstoffzelle eine Druckdifferenz zwischen einer Anodenseite und einer Kathodenseite erfasst wird und bei Überschreiten eines Schwellenwerts oder eines Schwellenwertbereichs für die Druckdifferenz mindestens eines der Folgenden durchgeführt wird:

  • - der Anodenseite wird zur Druckerhöhung auf der Anodenseite Brennstoff zugeführt;
  • - von der Anodenseite wird zur Druckerniedrigung an der Anodenseite Brennstoff abgeführt und/oder die Anodenseite wird auf Umgebungsdruck gebracht.
According to the invention, a method for pressure equalization in a fuel cell, which is arranged on an aircraft, is provided, in which a pressure difference between an anode side and a cathode side is detected when the fuel cell is in non-activated power generation mode and when a threshold value or a threshold value range for the pressure difference is exceeded at least one of the following is performed:
  • - the anode side is fed to increase the pressure on the anode side fuel;
  • - Fuel is discharged from the anode side to reduce the pressure on the anode side and/or the anode side is brought to ambient pressure.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung erläuterten Vorteile auf.The method according to the invention has the advantages explained in connection with the fuel cell device according to the invention.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung erläutert.Advantageous configurations of the method according to the invention have already been explained in connection with the fuel cell device according to the invention.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Steuerungs- und/oder Regelungsverfahren durchgeführt, welches auf die Anodenseite wirkt und dort zum Druckausgleich eine Druckerhöhung oder Druckerniedrigung bewirkt.In the method according to the invention, a control and/or regulation method is carried out which acts on the anode side and causes a pressure increase or pressure reduction there for pressure equalization.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die mindestens eine Brennstoffzelle bei dem Luftfahrzeug frei zuschalten und abschalten, ohne dass eine Beschädigungsgefahr der Brennstoffzelle trotz großer Druckschwankungen besteht.The method according to the invention allows the at least one fuel cell in the aircraft to be switched on and off without there being a risk of damage to the fuel cell despite large pressure fluctuations.

Insbesondere erfolgt die Druckerhöhung auf der Anodenseite (zur Erniedrigung der Druckdifferenz zwischen Anodenseite und Kathodenseite) durch aktive Steuerung bzw. Regelung eines Eingangsventils und/oder über passive Steuerung bzw. Regelung durch ein Druckfolgeventil, wobei mindestens einer der folgenden Drücke erfasst wird:

  • - ein Druck an der Anodenseite;
  • - ein Druck an der Kathodenseite;
  • - eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite.
In particular, the pressure is increased on the anode side (to reduce the pressure difference between the anode side and the cathode side) by active control or regulation of an inlet valve and/or passive control or regulation by a pressure sequence valve, with at least one of the following pressures being recorded:
  • - a pressure on the anode side;
  • - a pressure on the cathode side;
  • - a pressure difference between the anode side and the cathode side.

Die entsprechenden Drücke können direkt durch einen jeweiligen Drucksensor gemessen werden, oder sie können (nichtquantitativ) durch ein entsprechendes Druckerfassungselement des Druckfolgeventils erfasst werden.The corresponding pressures can be measured directly by a respective pressure sensor, or they can be detected (non-quantitatively) by a corresponding pressure sensing element of the pressure sequence valve.

Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Druckerniedrigung (zur Erniedrigung der Druckdifferenz zwischen Anodenseite und Kathodenseite) an der Anodenseite durch aktive Ansteuerung eines Ausgangsventils und/oder durch passive Steuerung bzw. Regelung durch ein Druckfolgeventil erfolgt, wobei mindestens einer der folgenden Drücke erfasst wird:

  • - ein Druck an der Anodenseite;
  • - ein Druck an der Kathodenseite;
  • - eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite;
  • - ein Umgebungsdruck.
For the same reason, it is favorable if the pressure reduction (to reduce the pressure difference between the anode side and the cathode side) on the anode side takes place through active activation of an outlet valve and/or through passive control or regulation by a pressure sequence valve, with at least one of the following pressures being recorded becomes:
  • - a pressure on the anode side;
  • - a pressure on the cathode side;
  • - a pressure difference between the anode side and the cathode side;
  • - an ambient pressure.

Es lässt sich dadurch eine Beschädigung der Brennstoffzelle verhindern.This can prevent damage to the fuel cell.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eines der Folgenden vorgesehen ist:

  • - eine Druckdifferenz oberhalb des Schwellenwerts oder des Schwellenwertbereichs ist durch Höhengewinnung des Luftfahrzeugs entstanden und es wird der Druck an der Anodenseite abgesenkt;
  • - eine Druckdifferenz oberhalb des Schwellenwerts oder des Schwellenwertbereichs ist durch Höhenverringerung des Luftfahrzeugs entstanden und es wird der Druck auf der Anodenseite erhöht.
It is particularly advantageous if at least one of the following is provided:
  • - a pressure difference above the threshold value or the threshold range has arisen due to the aircraft gaining altitude and the pressure on the anode side is reduced;
  • - a pressure difference above the threshold value or the threshold range has arisen due to a decrease in altitude of the aircraft and the pressure on the anode side is increased.

Es lässt sich dadurch eine Abschaltung bzw. eine Anschaltung der Brennstoffzellen unabhängig von der Höhenlage des Luftfahrzeugs durchführen, ohne dass eine Beschädigungsgefahr entsteht. Es ist dadurch in jeder Höhenlage des Flugzeugs eine Notabschaltung möglich. Weiterhin ergibt sich ein erweiterter Freiheitsgrad in der Betriebsführung durch Zuschaltung bzw. Abschaltung einer Brennstoffzelle, ohne dass auf die Höhenlage des Luftfahrzeugs Rücksicht genommen werden muss.As a result, the fuel cells can be switched off or switched on independently of the altitude of the aircraft, without the risk of damage arising. As a result, an emergency shutdown is possible at any altitude of the aircraft. Furthermore, there is an increased degree of freedom in operational management by switching a fuel cell on or off without having to take the altitude of the aircraft into account.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Luftfahrzeugs, welches mit einer Brennstoffzellenvorrichtung versehen ist;
  • 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung; und
  • 4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung.
The following description of preferred embodiments serves to explain the invention in more detail in conjunction with the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of an aircraft, which is provided with a fuel cell device;
  • 2 a schematic representation of a first exemplary embodiment of a fuel cell device according to the invention;
  • 3 a schematic representation of a second embodiment of a fuel cell device according to the invention; and
  • 4 a schematic representation of a third exemplary embodiment of a fuel cell device according to the invention.

Ein Ausführungsbeispiel eines Luftfahrzeugs 10, welches in 1 gezeigt ist, ist ein Flugzeug. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Luftfahrzeug 10 ein Nurflügler mit Flügeln 12, 14. Die Flügel 12, 14 sind an einem Körper 16 angeordnet. Der Körper 16 weist ein vorderes Ende 18 auf. Abgewandt zu dem vorderen Ende ist im Bereich eines hinteren Endes 20 ein Impeller 22 angeordnet. Der Impeller 22 weist einen Propeller auf, welcher in einem röhrenförmigen Gehäuse 24 angeordnet ist. Der Impeller 22 ist durch einen Elektromotor angetrieben.An embodiment of an aircraft 10, which in 1 shown is an airplane. In the embodiment shown, the aircraft 10 is a flying wing having wings 12,14. The body 16 has a front end 18 . Away from the front end, an impeller 22 is arranged in the area of a rear end 20 . The impeller 22 includes a propeller disposed within a tubular housing 24 . The impeller 22 is driven by an electric motor.

Der Elektromotor 26 wird durch eine als Ganzes mit 28 bezeichnete Brennstoffzellenvorrichtung mit elektrischer Energie versorgt.The electric motor 26 is supplied with electrical energy by a fuel cell device designated as a whole by 28 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst einen oder mehrere Brennstoffzellenstacks 30, wobei jeder Brennstoffzellenstack 30 eine Mehrzahl von Brennstoffzellen umfasst.The fuel cell device includes one or more fuel cell stacks 30, each fuel cell stack 30 including a plurality of fuel cells.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 28 umfasst (mindestens) einen Tank 32 für Brennstoff. Der Tank 32 ist insbesondere ein Drucktank. Der Brennstoff ist vorzugsweise Wasserstoff, welcher in dem Tank 32 aufgenommen ist und durch das Luftfahrzeug 10 mitgeführt ist.The fuel cell device 28 includes (at least) one tank 32 for fuel. The tank 32 is in particular a pressure tank. The fuel is preferably hydrogen, which is stored in the tank 32 and carried by the aircraft 10 .

Zur Versorgung mit Oxidator ist ein Kompressor oder ein Gebläse 34 vorgesehen, mittels welchem Luft durch den oder die Brennstoffzellenstacks 30 gefördert wird.A compressor or a blower 34 is provided for the supply of oxidizer, by means of which air is conveyed through the fuel cell stack or stacks 30 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 28 ist insbesondere in dem Körper 16 angeordnet.The fuel cell device 28 is arranged in the body 16 in particular.

Bei Luftfahrzeugen 10 können innerhalb kurzer Zeit starke Änderungen des Umgebungsdrucks auftreten. Die Druckdifferenz des Umgebungsdrucks zwischen einer Reiseflughöhe beispielsweise zwischen 3000 m und 10000 m und dem Umgebungsdruck beim Start bzw. beim Landen kann in der Größenordnung bis zu ca. 800 mbar liegen.In aircraft 10, strong changes in the ambient pressure can occur within a short period of time. The pressure difference of the ambient pressure between a cruising altitude, for example between 3000 m and 10000 m, and the ambient pressure at take-off or landing can be of the order of up to approx. 800 mbar.

Insbesondere wenn eine luftatmende Brennstoffzellenvorrichtung 28 eingesetzt wird, welche den Oxidator aus der Umgebung des Luftfahrzeugs 10 nimmt (wobei Luft der Brennstoffzellenvorrichtung über den Kompressor bzw. das Gebläse 34 zugeführt wird), kann es durch die genannten Druckänderungen zu grundsätzlichen Problemen an Brennstoffzellen kommen, wenn Brennstoffzellenstacks und damit Brennstoffzellen abgeschaltet werden.In particular, if an air-breathing fuel cell device 28 is used, which takes the oxidizer from the environment of the aircraft 10 (whereby air is supplied to the fuel cell device via the compressor or the blower 34), the pressure changes mentioned can lead to fundamental problems with fuel cells if Fuel cell stacks and thus fuel cells are switched off.

Ein solches Abschalten erfolgt beispielsweise aus Verfahrensgründen. In einem Verbundsystem mit mehreren Brennstoffzellenstacks kann es im Betrieb vorteilhaft sein, einzelne Brennstoffzellenstacks abzuschalten. Alternativ oder zusätzlich kann es notwendig sein, im Fehlerfall einzelne Brennstoffzellenstacks aus einem Verbund abzuschalten.Such a shutdown occurs, for example, for procedural reasons. In a compound system with several fuel cell stacks, it can be advantageous during operation to switch off individual fuel cell stacks. Alternatively or additionally, it may be necessary to switch off individual fuel cell stacks from a network in the event of a fault.

Beim Abschalten eines Brennstoffzellenstacks ist der Stromerzeugungsbetrieb des Brennstoffzellenstacks deaktiviert. Insbesondere ist die „permanente“ Brennstoffversorgung (siehe unten) des entsprechenden Brennstoffzellenstacks gesperrt.When a fuel cell stack is switched off, the power generation operation of the fuel cell stack is deactivated. In particular, the "permanent" fuel supply (see below) of the corresponding fuel cell stack is blocked.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, welche in 2 schematisch gezeigt und mit 36 bezeichnet ist, umfasst einen Brennstoffzellenverbund 38. Der Brennstoffzellenverbund 38 umfasst mindestens einen Brennstoffzellenstack 40 und insbesondere eine Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks 40. Ein Brennstoffzellenstack 40 wiederum umfasst mindestens eine Brennstoffzelle 42 und insbesondere eine Mehrzahl von Brennstoffzellen 42. In 2 ist aus darstellerischen Gründen nur eine Brennstoffzelle 42 gezeigt.A first exemplary embodiment of a fuel cell device according to the invention, which 2 shown schematically and denoted by 36, comprises a fuel cell assembly 38. The fuel cell assembly 38 comprises at least one fuel cell stack 40 and in particular a plurality of fuel cell stacks 40. A fuel cell stack 40 in turn comprises at least one fuel cell 42 and in particular a plurality of fuel cells 42. In 2 only one fuel cell 42 is shown for illustrative reasons.

Eine Brennstoffzelle 42 weist eine Anode 44 und eine Anodenseite 46 auf. Sie weist ferner eine Kathode 48 und eine Kathodenseite 50 auf.A fuel cell 42 has an anode 44 and an anode side 46 . It also has a cathode 48 and a cathode side 50 .

Es ist insbesondere vorgesehen, dass alle Anodenseiten 46 innerhalb eines Brennstoffzellenstacks 40 miteinander verbunden sind. Ferner sind alle Kathodenseiten 50 innerhalb eines Brennstoffzellenstacks 40 miteinander verbunden.In particular, it is provided that all anode sides 46 are connected to one another within a fuel cell stack 40 . Furthermore, all cathode sides 50 within a fuel cell stack 40 are connected to one another.

Dem Brennstoffzellenstack 40 ist eine Eingangsventileinrichtung 52 zugeordnet. Die Eingangsventileinrichtung 52 umfasst ein steuerbares Eingangsventil 54.An inlet valve device 52 is assigned to the fuel cell stack 40 . The inlet valve device 52 includes a controllable inlet valve 54.

Das Eingangsventil 54 ist beispielsweise ein Magnetventil.The input valve 54 is a solenoid valve, for example.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Eingangsventil 54 ein NC-Ventil ist, welches ohne Strombeaufschlagung geschlossen ist.In particular, it is provided that the inlet valve 54 is an NC valve, which is closed when no current is applied.

Der Brennstoffzellenstack 40 umfasst weiterhin eine Ausgangsventileinrichtung 56 mit einem Ausgangsventil 58.The fuel cell stack 40 also includes an outlet valve device 56 with an outlet valve 58.

Das Ausgangsventil 58 ist ein steuerbares Ventil. Es ist beispielsweise ein Magnetventil.The outlet valve 58 is a controllable valve. For example, it is a solenoid valve.

Das Ausgangsventil 58 ist ein Purge-Ventil.The outlet valve 58 is a purge valve.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Ausgangsventil 58 ein NC-Ventil ist, welches ohne Strombeaufschlagung geschlossen ist.In particular, it is provided that the outlet valve 58 is an NC valve, which is closed when no current is applied.

Für jeden Brennstoffzellenstack 40 im Brennstoffzellenverbund 38 ist eine eigene Eingangsventileinrichtung 52 und eine eigene Ausgangsventileinrichtung 56 vorgesehen, so dass jeder Brennstoffzellenstack 40 getrennt und unabhängig von den anderen Brennstoffzellenstacks 40 schaltbar ist.Each fuel cell stack 40 in the fuel cell assembly 38 has its own inlet valve device 52 and its own outlet valve device 56 , so that each fuel cell stack 40 can be switched separately and independently of the other fuel cell stacks 40 .

Die Eingangsventileinrichtung 52 ist mit einem Tank 60 und insbesondere Drucktank für Brennstoff und insbesondere Wasserstoff verbunden.The inlet valve device 52 is connected to a tank 60 and in particular a pressure tank for fuel and in particular hydrogen.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein einziger Tank 60 für den Brennstoffzellenverbund 38 vorgesehen.In one embodiment, a single tank 60 is provided for the fuel cell assembly 38 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 28 umfasst eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 62, welche die Eingangsventileinrichtung 52 und die Ausgangsventileinrichtung 56 ansteuert. Insbesondere ist mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 62 jeder Brennstoffzellenstack 40 individuell zuschaltbar bzw. abschaltbar.The fuel cell device 28 includes a control and/or regulation device 62, which controls the inlet valve device 52 and the outlet valve device 56. In particular, each fuel cell stack 40 can be switched on or off individually with the control and/or regulation device 62 .

Zwischen der Kathode 48 und der Anode 44 jeder Brennstoffzelle 42 ist eine Polymer-Elektrolyt-Membran 64 angeordnet. Insbesondere sind die Brennstoffzellen 42 PEM-Brennstoffzellen.A polymer electrolyte membrane 64 is arranged between the cathode 48 and the anode 44 of each fuel cell 42 . In particular, the fuel cells 42 are PEM fuel cells.

Das Eingangsventil 54 und das Ausgangsventil 58 ist jeweils druckfest.The inlet valve 54 and the outlet valve 58 are each pressure-resistant.

Einem Brennstoffzellenstack 40 ist zur Oxidatorzuführung ein Kompressor oder Gebläse 66 zugeordnet. Dieser fördert Luft aus der Umgebung des entsprechenden Luftfahrzeugs 10 und führt diese der Kathodenseite 50 zu, um für eine entsprechende Oxidatorbeaufschlagung der Kathode 48 zu sorgen.A compressor or blower 66 is assigned to a fuel cell stack 40 for supplying the oxidant. This conveys air from the surroundings of the corresponding aircraft 10 and feeds it to the cathode side 50 in order to ensure that the cathode 48 is charged with oxidant accordingly.

Der entsprechenden Kathodenseite 50 ist eine Abführungseinrichtung 68 für Oxidator zugeordnet.A removal device 68 for oxidizer is assigned to the corresponding cathode side 50 .

Bei einem Ausführungsbeispiel sitzt an der Abführungseinrichtung 68 ein Ventil 70. Dieses Ventil 70 ist optional und dient dazu, Oxidatoreintrag im Stand-by an die Brennstoffzelle 42 zu verhindern. Das Ventil 70 ist in der Regel nicht druckfest.In one exemplary embodiment, a valve 70 is seated on the discharge device 68. This valve 70 is optional and is used to prevent the oxidizer from entering the fuel cell 42 in stand-by mode. The valve 70 is usually not pressure-resistant.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass das optionale Ventil 70 einem Brennstoffzellenstack 40 zugeordnet ist und insbesondere dem gesamten Brennstoffzellenverbund 38 zugeordnet ist.Provision is made in particular for the optional valve 70 to be assigned to a fuel cell stack 40 and in particular to be assigned to the entire fuel cell assembly 38 .

Es kann jedem Brennstoffzellenstack 40 ein eigener Kompressor bzw. ein eigenes Gebläse 66 zugeordnet sein. Insbesondere ist es vorgesehen, dass für den gesamten Brennstoffzellenverbund 38 ein einziger Kompressor bzw. ein einziges Gebläse vorhanden ist.Each fuel cell stack 40 can have its own compressor or blower 66 assigned to it. In particular, it is provided that there is a single compressor or a single blower for the entire fuel cell assembly 38 .

Insbesondere ist der Brennstoffzellenverbund 38 luftatmend. Es wird Luft aus der Umgebung genommen, um den Kathoden 48 im Brennstoffzellenverbund 38 Oxidator bereitzustellen.In particular, the fuel cell assembly 38 is air-breathing. Air is taken from the environment to provide oxidant to the cathodes 48 in the fuel cell assembly 38 .

Die Kathodenseite 50 in einem Brennstoffzellenstack 40 sind miteinander verbunden.The cathode side 50 in a fuel cell stack 40 are connected to each other.

Die Ausgangsventileinrichtung 56 ist an einer Abführungseinrichtung 74 für Brennstoff des Brennstoffzellenstacks 40 angeordnet. Über die Zuführungseinrichtung 72 wird bei geöffnetem Eingangsventil 54 Brennstoff den Anodenseiten 46 des entsprechenden Brennstoffzellenstacks 40 abgeführt. Über die Abführungseinrichtung 74 lässt sich bei offenem Ausgangsventil 58 nicht verbrauchter Brennstoff von den Anodenseiten 46 abführen.The outlet valve device 56 is arranged on a discharge device 74 for fuel of the fuel cell stack 40 . When the inlet valve 54 is open, fuel is discharged via the feed device 72 to the anode sides 46 of the corresponding fuel cell stack 40 . When the outlet valve 58 is open, unused fuel can be discharged from the anode sides 46 via the discharge device 74 .

Es ist eine Druckerfassungseinrichtung 76 vorgesehen, welche direkt oder indirekt eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite 46 und der Kathodenseite 50 einer Brennstoffzelle 42 ermittelt und dabei die Druckdifferenz ermittelt, welche an der entsprechenden Polymer-Elektrolyt-Membran 64 ansteht.A pressure detection device 76 is provided, which directly or indirectly determines a pressure difference between the anode side 46 and the cathode side 50 of a fuel cell 42 and thereby determines the pressure difference which is present at the corresponding polymer electrolyte membrane 64 .

Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Druckerfassungseinrichtung 76 einen ersten Drucksensor 78 auf. Dieser erste Drucksensor 78 ist beispielsweise an der Zuführungseinrichtung 72 angeordnet. Der erste Drucksensor 78 misst den Druck an der Anodenseite 46.In one embodiment, the pressure sensing device 76 includes a first pressure sensor 78 . This first pressure sensor 78 is arranged on the feed device 72, for example. The first pressure sensor 78 measures the pressure on the anode side 46.

Insbesondere ist einem Brennstoffzellenstack 40 für dessen Anodenseiten 46 ein gemeinsamer erster Drucksensor 78 zugeordnet.In particular, a common first pressure sensor 78 is assigned to a fuel cell stack 40 for its anode sides 46 .

Weiterhin ist ein zweiter Drucksensor 80 vorgesehen, welcher an der Kathodenseite 50 der entsprechenden Brennstoffzelle 42 sitzt und beispielsweise dem Kompressor bzw. dem Gebläse nachgeordnet ist.Furthermore, a second pressure sensor 80 is provided, which sits on the cathode side 50 of the corresponding fuel cell 42 and is arranged downstream of the compressor or the fan, for example.

Insbesondere ist für die Kathodenseiten 50 des Brennstoffzellenstacks 40 ein gemeinsamer zweiter Drucksensor 80 vorgesehen.In particular, a common second pressure sensor 80 is provided for the cathode sides 50 of the fuel cell stack 40 .

Jedem Brennstoffzellenstack 40 ist ein eigener erster Drucksensor 78 vorgesehen. Es kann dabei jedem Brennstoffzellenstack 40 ein zweiter Drucksensor 80 zugeordnet sein, oder dem gesamten Brennstoffzellenverbund 38 kann ein einziger zweiter Drucksensor 80 zugeordnet sein, insbesondere wenn ein einziger Kompressor bzw. ein einiges Gebläse 66 für den Brennstoffzellenverbund 38 vorgesehen ist.Each fuel cell stack 40 has its own first pressure sensor 78 . A second pressure sensor 80 can be assigned to each fuel cell stack 40, or a single second pressure sensor 80 can be assigned to the entire fuel cell assembly 38, in particular if a single compressor or a number of blowers 66 are provided for the fuel cell assembly 38.

Es ist eine Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 vorgesehen. Der erste Drucksensor 78 und der zweite Drucksensor 80 (bzw. bei einer Mehrzahl von Drucksensoren die entsprechenden Drucksensoren) sind signalwirksam mit der Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 verbunden.A pressure compensation control and/or regulation device 82 is provided. The first pressure sensor 78 and the second pressure sensor 80 (or the corresponding pressure sensors in the case of a plurality of pressure sensors) are connected to the pressure equalization control and/or regulation device 82 in a signal-effective manner.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 in die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 62 integriert.In one embodiment, the pressure compensation control and/or regulation device 82 is integrated into the control and/or regulation device 62 .

Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 ist beispielsweise auf einem Controller realisiert.The pressure compensation control and/or regulation device 82 is implemented on a controller, for example.

Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 62 dient dazu, den „normalen“ Betrieb und dabei den Stromerzeugungsbetrieb des Brennstoffzellenverbunds 38 zu steuern bzw. zu regeln. Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 dient dazu, einen Druckausgleich zu steuern und/oder zu regeln, wenn ein Nicht-Stromerzeugungsbetrieb des entsprechenden Brennstoffzellenstacks 40 vorliegt.The control and/or regulating device 62 serves to control or regulate the “normal” operation and thereby the power generation operation of the fuel cell assembly 38 . The pressure equalization control and/or regulation device 82 serves to control and/or regulate a pressure equalization when the corresponding fuel cell stack 40 is not in power generation mode.

Bei einem Stromerzeugungsbetrieb eines Brennstoffzellenstacks 40 ist die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 nicht aktiviert. Sie ist bzw. wird für einen Druckausgleichsbetrieb aktiviert, wenn ein Brennstoffzellenstack 40 abgeschaltet wird.When a fuel cell stack 40 is in power generation mode, the pressure equalization open-loop and/or closed-loop control device 82 is not activated. It is activated for pressure equalization operation when a fuel cell stack 40 is shut down.

Ein Brennstoffzellenstack 40 im Brennstoffzellenverbund 38 wird abgeschaltet, wenn beispielsweise ein Fehlerfall vorliegt. Es kann beim Brennstoffzellenverbund 38 mit einer Mehrzahl von Brennstoffzellenstacks 40 auch aus Verfahrensgründen (wie beispielsweise im Hybridsystem) vorteilhaft sein, einzelne Brennstoffzellenstacks 40 im Brennstoffzellenverbund 38 gezielt abzuschalten.A fuel cell stack 40 in the fuel cell assembly 38 is switched off if, for example, there is a fault. In the case of the fuel cell assembly 38 with a plurality of fuel cell stacks 40 , it can also be advantageous for procedural reasons (such as in the hybrid system, for example) to switch off individual fuel cell stacks 40 in the fuel cell assembly 38 in a targeted manner.

Es entstehen dadurch bei einem Luftfahrzeug grundsätzlich besondere Probleme aufgrund der Druckdifferenz zwischen Boden und beispielsweise Reisehöhe. Beim Abschalten eines Brennstoffzellenstacks 40 werden das Eingangsventil 54 und das Ausgangsventil 58 geschlossen. Die Kathodenseite 50 bleibt offen. Wird beispielsweise ein Brennstoffzellenstack 40 in einer Höhe von 5500 m bei einem Umgebungsdruck von 500 mbar abgeschaltet, dann baut sich beim Sinken des Luftfahrzeugs 10 ein Differenzdruck zwischen der entsprechenden Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 auf. Bei einer Höhe von 400 m liegt dieser Differenzdruck bei ca. 950 mbar, wobei an der Kathodenseite 50 ein Überdruck im Vergleich zu der Anodenseite 46 vorliegt.As a result, special problems arise in an aircraft due to the pressure difference between the ground and, for example, the cruising altitude. When a fuel cell stack 40 is switched off, the inlet valve 54 and the outlet valve 58 are closed. The cathode side 50 remains open. If, for example, a fuel cell stack 40 is switched off at an altitude of 5500 m at an ambient pressure of 500 mbar, a differential pressure builds up between the corresponding cathode side 50 and the anode side 46 when the aircraft 10 descends. At an altitude of 400 m, this differential pressure is approximately 950 mbar, with the cathode side 50 having an overpressure in comparison to the anode side 46 .

Die entsprechenden Polymer-Elektrolyt-Membrane 64 zwischen den Kathodenseiten 50 und den Anodenseiten 46 im Brennstoffzellenstack 40 sind dieser Druckdifferenz ausgesetzt. Die Polymer-Elektrolyt-Membrane 64 sind in der Regel dünn und weisen eine relativ geringe Druckfestigkeit von wenigen 100 mbar auf. Die genannte Druckdifferenz von ca. 950 mbar kann eine Beschädigung der Polymer-Elektrolyt-Membran 64 und beispielsweise ein Reißen zur Folge haben.The corresponding polymer electrolyte membranes 64 between the cathode sides 50 and the anode sides 46 in the fuel cell stack 40 are exposed to this pressure difference. The polymer electrolyte membranes 64 are generally thin and have a relatively low pressure resistance of a few 100 mbar. The stated pressure difference of approximately 950 mbar can result in damage to the polymer electrolyte membrane 64 and tearing, for example.

Bei einem weiteren Fall ist ein Brennstoffzellenstack 40 beim Start des Luftfahrzeugs 10 abgeschaltet. Wenn dieses dann Höhe gewinnt, dann bleibt der Druck an der Anodenseite 46 relativ unverändert, wobei der Druck an der Kathodenseite 50 absinkt. Dadurch kann es zu einer Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 kommen, wobei an der Anodenseite 46 im Vergleich zur Kathodenseite 50 ein Überdruck vorliegt.In a further case, a fuel cell stack 40 is switched off when the aircraft 10 starts. Then, as this gains altitude, the pressure on the anode side 46 remains relatively unchanged, with the pressure on the cathode side 50 decreasing. This can result in a pressure difference between the cathode side 50 and the anode side 46 , with an overpressure being present on the anode side 46 compared to the cathode side 50 .

Auch dies kann zu einer Beschädigung der Polymer-Elektrolyt-Membrane 64 im abgeschalteten Brennstoffzellenstack 40 führen.This, too, can lead to damage to the polymer electrolyte membrane 64 in the switched-off fuel cell stack 40 .

Es ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem abgeschalteten Brennstoffzellenstack 40 die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 für den entsprechenden Brennstoffzellenstack 40 aktiviert ist. Diese Aktivierung erfolgt insbesondere über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 62.It is therefore provided according to the invention that when the fuel cell stack 40 is switched off, the pressure equalization control and/or regulation device 82 for the corresponding fuel cell stack 40 is activated. This activation takes place in particular via control and/or regulation device 62.

Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 ist eine aktive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, welche das Eingangsventil 54 und das Ausgangsventil 58 aktiv ansteuert, und dabei diese Ansteuerung durchführt, wenn der Brennstoffzellenstack 40 eigentlich abgeschaltet ist.The pressure equalization control and/or regulation device 82 is an active pressure equalization control and/or regulation device which actively activates the inlet valve 54 and the outlet valve 58 and carries out this activation when the fuel cell stack 40 is actually switched off.

Wie oben erwähnt sind im abgeschalteten Zustand das Eingangsventil 54 und das Ausgangsventil 58 geschlossen.As mentioned above, in the de-energized state, the input valve 54 and the output valve 58 are closed.

Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 erfasst über den ersten Drucksensor 78 und den zweiten Drucksensor 80 die Druckdifferenz zwischen der Anodenseite 46 und der Kathodenseite 50.Pressure compensation control and/or regulation device 82 uses first pressure sensor 78 and second pressure sensor 80 to detect the pressure difference between anode side 46 and cathode side 50.

Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 prüft, ob eine Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 oberhalb eines Schwellenwerts oder eines Schwellenwertbereichs liegt. Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 prüft dabei diese Druckdifferenz betragsmäßig. Wie oben erwähnt, kann je nach Situation ein Überdruck an der Kathodenseite 50 oder ein Überdruck an der Anodenseite 46 vorliegen.The pressure compensation control and/or regulation device 82 checks whether a pressure difference between the cathode side 50 and the anode side 46 is above a threshold value or a threshold value range. The pressure equalization control and/or regulation device 82 checks the amount of this pressure difference. As mentioned above, depending on the situation, there can be an overpressure on the cathode side 50 or an overpressure on the anode side 46 .

Wenn der Druck an der Anodenseite 46 größer als der Druck an der Kathodenseite 50 ist und entsprechend der Schwellenwert bzw. der Schwellenwertbereich für den Differenzdruck überschritten ist, dann steuert die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 das Ausgangsventil 58 an. Dadurch wird der Druck an der Anodenseite 46 abgesenkt und beispielsweise in einem Regelungsprozess abgesenkt. Durch Abführung von Brennstoff von der Anodenseite 46 bzw. durch Bringen der Anodenseite 46 auf den Umgebungsdruck (des Luftfahrzeugs 10) wird eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite 46 und der Kathodenseite 50 ausgeglichen.If the pressure on the anode side 46 is greater than the pressure on the cathode side 50 and the threshold value or the threshold value range for the differential pressure is correspondingly exceeded, then the pressure compensation control and/or regulation device 82 controls the outlet valve 58 . As a result, the pressure on the anode side 46 is lowered and, for example, lowered in a control process. A pressure difference between the anode side 46 and the cathode side 50 is equalized by removing fuel from the anode side 46 or by bringing the anode side 46 to the ambient pressure (of the aircraft 10).

Die genannte Situation entsteht insbesondere, wenn ein Brennstoffzellenstack 40 beim Start des Luftfahrzeugs 10 abgeschaltet war und das Luftfahrzeug 10 dann Höhe gewinnt mit entsprechendem Absinken des Umgebungsdrucks.The situation mentioned arises in particular if a fuel cell stack 40 was switched off when the aircraft 10 took off and the aircraft 10 then gains altitude with a corresponding drop in the ambient pressure.

Wenn die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 erkennt, dass eine Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 als Überdruck an der Kathodenseite 50 den Schwellenwert oder den Schwellenwertbereich übersteigt, dann steuert die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 das Eingangsventil 54 an. Das Ausgangsventil 58 bleibt geschlossen. Es wird dann aus dem Tank 60 und insbesondere Drucktank 60 Brennstoff der Anodenseite 46 zugeführt und dabei der Druck (insbesondere in einem Regelungsprozess) erhöht, bis die Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 unter den Schwellenwert bzw. den Schwellenwertbereich fällt. Die entsprechende vorher vorhandene Druckdifferenz wird dadurch gesenkt.If the pressure compensation control and/or regulation device 82 detects that a pressure difference between the cathode side 50 and the anode side 46 as an overpressure on the cathode side 50 exceeds the threshold value or the threshold range, then the pressure compensation control and/or regulation device 82 controls this Inlet valve 54 on. The outlet valve 58 remains closed. Fuel is then supplied from the tank 60 and in particular the pressure tank 60 to the anode side 46 and the pressure is increased (in particular in a control process) until the pressure difference between the cathode side 50 and the anode side 46 falls below the threshold value or threshold range. The corresponding pre-existing pressure difference is thereby reduced.

Der Schwellenwert oder der Schwellenwertbereich ist so gewählt, dass die Polymer-Elektrolyt-Membran 64 nicht beschädigt wird.The threshold or threshold range is chosen so that the polymer electrolyte membrane 64 is not damaged.

Wenn die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 aktiviert ist, und diese für einen Druckausgleich sorgt, ist dennoch der Stromerzeugungsbetrieb des entsprechenden abgeschalteten Brennstoffzellenstacks 40 nicht aktiviert. Er bleibt abgeschaltet.If the pressure equalization control and/or regulation device 82 is activated and this ensures pressure equalization, the power generation operation of the corresponding switched-off fuel cell stack 40 is not activated. He stays off.

Durch die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 lässt sich bei einem Luftfahrzeug 10 ein Brennstoffzellenstack 40 abschalten, auch wenn aufgrund von Höhenunterschieden beim Betrieb des Luftfahrzeugs 10 große Druckschwankungen vorliegen. Es lässt sich dadurch effektiv die Zerstörung von Polymer-Elektrolyt-Membranen 64 bei Brennstoffzellen 42 verhindern.The pressure compensation control and/or regulation device 82 allows a fuel cell stack 40 to be switched off in an aircraft 10 even if there are large pressure fluctuations due to differences in altitude during operation of the aircraft 10 . This effectively prevents the destruction of polymer electrolyte membranes 64 in fuel cells 42 .

Es lässt sich dadurch eine geplante Abschaltung eines Brennstoffzellenstacks 40 aus Betriebsverfahrensgründen durchführen, und es lässt sich auch eine Notabschaltung den entsprechenden Brennstoffzellenstacks 40 durchführen, ohne dass Zerstörungsgefahr besteht.As a result, a planned shutdown of a fuel cell stack 40 can be carried out for reasons of the operating process, and an emergency shutdown of the corresponding fuel cell stack 40 can also be carried out without the risk of destruction.

Es werden dadurch insbesondere auch zusätzliche Freiheitsgrade in der Betriebsführung des Brennstoffzellenverbunds 38 gewonnen. Ein Brennstoffzellenstack 40 kann trotz Druckschwankungen beim Betrieb des Luftfahrzeugs 10 ohne Beschädigung zugeschaltet werden und abgeschaltet werden. Ein solches Zuschalten bzw. Abschalten kann aus Effizienzgründen oder Sicherheitsgründen vorgenommen werden.In this way, in particular, additional degrees of freedom are also gained in the operational management of the fuel cell assembly 38 . Despite pressure fluctuations during operation of the aircraft 10, a fuel cell stack 40 can be switched on and off without damage. Such switching on or off can be carried out for reasons of efficiency or safety.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind bei einem Brennstoffzellenstack 40 ein erster Drucksensor 78 für die Anodenseite 46 und ein zweiter Drucksensor 80 für die Kathodenseite 50 vorgesehen.In the exemplary embodiment described, a first pressure sensor 78 for the anode side 46 and a second pressure sensor 80 for the cathode side 50 are provided in a fuel cell stack 40 .

Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass zur Ermittlung der Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 ein Drucksensor vorgesehen ist, welcher zwischen der Anodenseite 46 und der Kathodenseite 50 in dem Brennstoffzellenstack 40 angeordnet ist und direkt den Differenzdruck zwischen Anodenseite 46 und Kathodenseite 50 ermittelt.It is alternatively or additionally possible that a pressure sensor is provided to determine the pressure difference between the cathode side 50 and the anode side 46, which is arranged between the anode side 46 and the cathode side 50 in the fuel cell stack 40 and directly measures the differential pressure between the anode side 46 and the cathode side 50 determined.

Bei der aktiven Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 erfolgt zusätzlich (aber nicht gleichzeitig) zu der aktiven Ansteuerung des Eingangsventils 54 und des Ausgangsventils 58 durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 in einem aktivierten Stromerzeugungsbetrieb eine aktive Ansteuerung des Eingangsventils 54 und des Ausgangsventils 58 bei einem Nicht-Stromerzeugungsbetrieb, um einen Druckausgleich an dem Brennstoffzellenstack 40 zu erreichen.In the active pressure equalization control and/or regulation device 82, in addition to (but not at the same time as) the active activation of the inlet valve 54 and the outlet valve 58 by the control and/or regulation device 82 in an activated power generation mode, the inlet valve 54 and of the output valve 58 during a non-power generation operation in order to achieve pressure equalization at the fuel cell stack 40 .

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, welches in 3 gezeigt und mit 84 bezeichnet ist, und wobei gleiche Elemente wie bei der Brennstoffzellenvorrichtung 36 mit gleichen Bezugszeichen versehen werden, umfasst mindestens einen Brennstoffzellenstack 40 mit einer Anodenseite 46 und einer Kathodenseite 50. Es ist eine Eingangsventileinrichtung 86 vorgesehen, welche ein Eingangsventil 54 aufweist. Das Eingangsventil 54 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie oben beschrieben.A second exemplary embodiment of a fuel cell device according to the invention, which 3 is shown and denoted by 84, and the same elements as in the fuel cell device 36 are provided with the same reference numerals, comprises at least one fuel cell stack 40 with an anode side 46 and a cathode side 50. An inlet valve device 86 is provided, which has an inlet valve 54. The inlet valve 54 is basically designed in the same way as described above.

Ferner ist eine Ausgangsventileinrichtung 88 für Brennstoff vorgesehen, welche mit einem Ausgangsventil 58 versehen ist. Das Ausgangsventil 58 ist grundsätzlich gleich ausgebildet wie oben beschrieben.Furthermore, an outlet valve device 88 for fuel is provided, which is provided with an outlet valve 58 . The outlet valve 58 is basically the same design as described above.

Es ist eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 90 vorhanden, welche das Eingangsventil 54 und das Ausgangsventil 58 für einen normalen Betrieb des Brennstoffzellenstacks 40 ansteuert, um entsprechend die Brennstoffversorgung der Anodenseite 46 zu steuern und/oder zu regeln.A control and/or regulating device 90 is present, which controls the inlet valve 54 and the outlet valve 58 for normal operation of the fuel cell stack 40 in order to correspondingly control and/or regulate the fuel supply to the anode side 46 .

Wenn der Brennstoffzellenstack 40 abgeschaltet ist, dann ist entsprechend das Eingangsventil 54 der Eingangsventileinrichtung 86 geschlossen, und ist das Ausgangsventil 58 der Ausgangsventileinrichtung 88 geschlossen.When the fuel cell stack 40 is switched off, the inlet valve 54 of the inlet valve device 86 is correspondingly closed and the outlet valve 58 of the outlet valve device 88 is closed.

Die Eingangsventileinrichtung 86 umfasst einen Bypasspfad 92, welcher das Eingangsventil 54 umgeht. Über den Bypasspfad 92 lässt sich unter Umgehung des Eingangsventils 54 Brennstoff der Anodenseite 46 zuführen.The inlet valve device 86 includes a bypass path 92 which bypasses the inlet valve 54 . Fuel can be fed to the anode side 46 via the bypass path 92 , bypassing the inlet valve 54 .

An dem Bypasspfad 92 ist ein erstes Druckfolgeventil 94 angeordnet bzw. der Bypasspfad 92 ist in das erste Druckfolgeventil 94 integriert.A first pressure sequence valve 94 is arranged on the bypass path 92 or the bypass path 92 is integrated into the first pressure sequence valve 94 .

Das erste Druckfolgeventil 94 ist ein Drucksperrventil, welches den Druck an der Anodenseite 46 erfasst. Das erste Druckfolgeventil 94 weist dazu ein Druckerfassungselement 96 auf, welches Teil einer Druckerfassungseinrichtung ist. Das Druckerfassungselement 96 wirkt auf die Anodenseite 46. Je nach erfasstem Druck an der Anodenseite 46 gibt das erste Druckfolgeventil 94 den Bypasspfad 92 frei oder sperrt diesen.The first pressure sequence valve 94 is a pressure check valve that senses the pressure on the anode side 46 . For this purpose, the first pressure sequence valve 94 has a pressure detection element 96 which is part of a pressure detection device. The pressure detection element 96 acts on the anode side 46. Depending on the detected pressure on the anode side 46, the first pressure sequence valve 94 releases the bypass path 92 or blocks it.

In einem „Normalzustand“ ist der Bypasspfad 92 gesperrt. Insbesondere ist in einem Stromerzeugungsbetrieb des Brennstoffzellenstack 40 der Bypasspfad 92 durch das erste Druckfolgeventil 94 gesperrt.In a "normal state" the bypass path 92 is blocked. In particular, when the fuel cell stack 40 is in power generation mode, the bypass path 92 is blocked by the first pressure sequence valve 94 .

Wenn bei abgeschaltetem Brennstoffzellenstack 40 der Druck an der Anodenseite 46 zu stark absinkt, welches durch das Druckerfassungselement 96 des ersten Druckfolgeventils 94 detektiert wird, dann öffnet das erste Druckfolgeventil 94 den Bypasspfad 92, und Brennstoff kann aus dem Tank 60 zu der Anodenseite 46 strömen. Dadurch erfolgt eine Druckerhöhung, bis das erste Druckfolgeventil 94 den Bypasspfad 92 wieder schließt. Es erfolgt dadurch ein Druckausgleich an der jeweiligen Polymer-Elektrolyt-Membran 64.If the pressure on the anode side 46 drops too much when the fuel cell stack 40 is switched off, which is detected by the pressure detection element 96 of the first pressure sequence valve 94, the first pressure sequence valve 94 opens the bypass path 92 and fuel can flow from the tank 60 to the anode side 46. This results in an increase in pressure until the first pressure sequence valve 94 closes the bypass path 92 again. This results in a pressure equalization at the respective polymer electrolyte membrane 64.

Die entsprechende Druckerfassungssteuerung 76 ist in das erste Druckfolgeventil 94 integriert. Das Druckerfassungselement 96 ist insbesondere ein federbelasteter Schieber, welcher direkt ein Absinken des Drucks an der Anodenseite 46 erfasst. Das erste Druckfolgeventil 94 sorgt dann im Falle eines Überschreitens eines Schwellenwerts bzw. eines Schwellenwertbereichs, welcher durch die entsprechende Dimensionierung des ersten Druckfolgeventils 94 eingestellt ist, für eine Überströmung des Eingangsventils 54.The corresponding pressure detection control 76 is integrated into the first pressure sequence valve 94 . The pressure detection element 96 is in particular a spring-loaded slide which directly detects a drop in the pressure on the anode side 46 . If a threshold value or a threshold value range, which is set by the corresponding dimensioning of the first pressure sequence valve 94, is exceeded, the first pressure sequence valve 94 then ensures that the inlet valve 54 is overflowed.

Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung wirkt an der Eingangsventileinrichtung 86 mit dem ersten Druckfolgeventil 94 und ist auch (mit der Teilfunktion der Druckerhöhung auf der Anodenseite 46) an der Eingangsventileinrichtung 86 angeordnet.The pressure compensation control and/or regulation device acts on the inlet valve device 86 with the first pressure sequence valve 94 and is also arranged on the inlet valve device 86 (with the partial function of increasing the pressure on the anode side 46).

Es ist ferner ein zweites Druckfolgeventil 98 vorgesehen.A second pressure sequence valve 98 is also provided.

Dieses zweite Druckfolgeventil 98 kann der Ausgangsventileinrichtung 88 zugeordnet werden.This second pressure sequence valve 98 can be assigned to the outlet valve device 88 .

Das zweite Druckfolgeventil 98 ist zwischen der Anodenseite 46 und einer Abführungseinrichtung 100 für Oxidator von der Kathodenseite 50 angeordnet.The second pressure sequence valve 98 is arranged between the anode side 46 and a discharge device 100 for oxidizer from the cathode side 50 .

Es ist ein Bypasspfad 102 vorgesehen, welcher zwischen der Anodenseite 46 und dabei insbesondere der Abführungseinrichtung 74 für Brennstoff und der Abführungseinrichtung 100 für Oxidator sitzt. Der Bypasspfad 102 kann auch in das zweite Druckfolgeventil 98 integriert sein.A bypass path 102 is provided, which sits between the anode side 46 and in particular the removal device 74 for fuel and the removal device 100 for the oxidizer. The bypass path 102 can also be integrated into the second pressure sequence valve 98 .

Das zweite Druckfolgeventil 98 umfasst ein Druckerfassungselement 104, welches einen Druck an der Kathodenseite 50 bzw. an der Abführungseinrichtung 100 erfasst.The second pressure sequence valve 98 includes a pressure detection element 104 which detects a pressure on the cathode side 50 or on the discharge device 100 .

In einem Stromerzeugungsbetrieb des Brennstoffzellenstacks 40 ist der Bypasspfad 102 durch das zweite Druckfolgeventil 98 gesperrt.When the fuel cell stack 40 is in power generation mode, the bypass path 102 is blocked by the second pressure sequence valve 98 .

In einem Steuerungsbetrieb bzw. Regelungsbetrieb der entsprechenden Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung erfasst das Druckerfassungselement 104 den Druck an der Kathodenseite 50 (welche mit der Abführungseinrichtung 100 fluidwirksam verbunden ist).In open-loop or closed-loop control operation of the corresponding pressure compensation control and/or regulation device, pressure detection element 104 detects the pressure on cathode side 50 (which is fluidically connected to discharge device 100).

Wenn der Druck an der Anodenseite 46 zu groß ist, das heißt, wenn ein Überdruck zwischen der Anodenseite 46 und der Kathodenseite 50 über dem Schwellenwert oder dem Schwellenwertbereich liegt (ermittelt über das Druckerfassungselement 104), dann öffnet das zweite Druckfolgeventil 98 den Bypasspfad 102 und kann Brennstoff von der Anodenseite 46 abgelassen werden und über die Abführungseinrichtung 100 (die normalerweise eine Abführungseinrichtung für Oxidator ist) abgeführt werden.If the pressure on the anode side 46 is too high, i.e. if an overpressure between the anode side 46 and the cathode side 50 is above the threshold value or threshold range (determined via the pressure sensing element 104), then the second pressure sequence valve 98 opens the bypass path 102 and For example, fuel may be vented from anode side 46 and removed via purge device 100 (which is typically an oxidizer purge device).

In das zweite Druckfolgeventil 98 ist ein Teil einer Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung integriert, welche einen Überdruck an der Anodenseite 46 gegenüber der Kathodenseite 50 erfasst.A part of a pressure compensation control and/or regulation device is integrated into the second pressure sequence valve 98 and detects an overpressure on the anode side 46 compared to the cathode side 50 .

Durch das erste Druckfolgeventil 94 und das zweite Druckfolgeventil 98 ist eine passive (mechanische) Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 106 gebildet. Diese Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 106 funktioniert auch im stromlosen Zustand der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 90.A passive (mechanical) pressure compensation control and/or regulation device 106 is formed by the first pressure sequence valve 94 and the second pressure sequence valve 98 . This pressure compensation control and/or regulation device 106 also functions when the control and/or regulation device 90 is de-energized.

Wenn, wie oben beschrieben, das Eingangsventil 54 und das Ausgangsventil 58 als NC-Ventile ausgebildet sind, dann ist der Brennstoffzellenstack 40 im stromlosen Zustand des Eingangsventils 54 und des Ausgangsventils 58 abgeschaltet.If, as described above, the inlet valve 54 and the outlet valve 58 are designed as NC valves, then the fuel cell stack 40 switched off in the de-energized state of the input valve 54 and the output valve 58.

Durch das erste Druckfolgeventil 94 kann detektiert werden, wenn ein Überdruck zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 oberhalb des Schwellenwerts oder des Schwellenwertbereichs vorliegt.The first pressure sequence valve 94 can detect when there is an overpressure between the cathode side 50 and the anode side 46 above the threshold value or the threshold value range.

Das erste Druckfolgeventil 94 sorgt dann automatisch dafür, dass ein Druckausgleich erfolgt, indem über den Bypasspfad 92 Brennstoff der Anodenseite 46 zuströmt.The first pressure sequence valve 94 then automatically ensures that the pressure is equalized in that fuel flows to the anode side 46 via the bypass path 92 .

Das zweite Druckfolgeventil 98 erkennt, wenn ein Überdruck zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 oberhalb des Schwellenwerts oder des Schwellenwertbereichs vorliegt. Das zweite Druckfolgeventil 98 sorgt dann selbständig und automatisch dafür, dass durch Ablassen von Brennstoff von der Anodenseite 46 ein Druckausgleich erfolgt.The second pressure sequence valve 98 detects when there is a positive pressure between the cathode side 50 and the anode side 46 above the threshold or threshold range. The second pressure sequence valve 98 then independently and automatically ensures that pressure is equalized by releasing fuel from the anode side 46 .

Die Druckerfassungselemente 96 und 104 sind insbesondere über federbelastete Schieber gebildet, welche entsprechend druckwirksam mit der Anodenseite 46 bzw. der Kathodenseite 50 verbunden sind.The pressure detection elements 96 and 104 are formed in particular by means of spring-loaded slides which are correspondingly connected to the anode side 46 and the cathode side 50 in a pressure-effective manner.

Ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung, welches in 3 gezeigt und mit 108 bezeichnet ist, ist grundsätzlich ausgebildet wie die Brennstoffzellenvorrichtung 84, bis auf die Anordnung und Ausbildung eines zweiten Druckfolgeventils. Für gleiche Elemente wie bei der Brennstoffzellenvorrichtung 84 werden gleiche Bezugszeichen verwendet.A third exemplary embodiment of a fuel cell device according to the invention, which 3 shown and denoted by 108 is basically designed like the fuel cell device 84, except for the arrangement and design of a second pressure sequence valve. The same reference numerals are used for the same elements as in the fuel cell device 84 .

Die Brennstoffzellenvorrichtung 108 umfasst eine Ausgangsventileinrichtung 110 mit dem Ausgangsventil 56.The fuel cell device 108 comprises an outlet valve device 110 with the outlet valve 56.

Die Ausgangsventileinrichtung 110 weist ferner ein zweites Druckfolgeventil 112 auf, welches an der Abführungseinrichtung 74 für Brennstoff angeordnet ist. Es ist ein Bypasspfad 114 in die Umgebung vorgesehen. Dieser Bypasspfad 114 kann dabei in das zweite Druckfolgeventil 112 integriert sein.The outlet valve device 110 also has a second pressure sequence valve 112 which is arranged on the discharge device 74 for fuel. A bypass path 114 to the environment is provided. This bypass path 114 can be integrated into the second pressure sequence valve 112 .

Bei einem Stromerzeugungsbetrieb des Brennstoffzellenstacks 40 ist der Bypasspfad 114 durch das zweite Druckfolgeventil 112 gesperrt.When the fuel cell stack 40 is in power generation mode, the bypass path 114 is blocked by the second pressure sequence valve 112 .

Das zweite Druckfolgeventil 112 weist ein Druckerfassungselement 116 auf, welches an die Umgebung gekoppelt ist und dabei einen Umgebungsdruck erfasst.The second pressure sequence valve 112 has a pressure detection element 116 which is coupled to the environment and thereby detects an ambient pressure.

Durch das Druckerfassungselement 116 wird indirekt (über den Umgebungsdruck) der Druck an der Kathodenseite 50 ermittelt.The pressure on the cathode side 50 is determined indirectly (via the ambient pressure) by the pressure detection element 116 .

Wenn der Umgebungsdruck (um das Luftfahrzeug 10) unter einen Schwellenwert bzw. einen Schwellenwertbereich sinkt, dann bedeutet dies, dass ein Überdruck zwischen der Anodenseite 46 und der Kathodenseite 50 über einem Schwellenwert bzw. einem Schwellenwertbereich vorliegt.If the ambient pressure (around the aircraft 10) drops below a threshold or threshold range, then this means that there is overpressure between the anode side 46 and the cathode side 50 above a threshold or threshold range.

In diesem Falle öffnet das zweite Druckfolgeventil 112 den Bypasspfad 114, und Wasserstoff wird unter Umgehung des Ausgangsventils 56 in die Umgebung abgeblasen bzw. die Kathodenseite 50 wird auf Umgebungsdruck gebracht.In this case, the second pressure sequence valve 112 opens the bypass path 114, and hydrogen is blown off into the environment, bypassing the outlet valve 56, or the cathode side 50 is brought to ambient pressure.

Es lässt sich dadurch ein Druckausgleich zwischen der Kathodenseite 50 und der Anodenseite 46 erreichen und es wird die Beschädigungsgefahr der Polymer-Elektrolyt-Membrane 64 am Brennstoffzellenstack 40 vermieden.As a result, a pressure equalization can be achieved between the cathode side 50 and the anode side 46 and the risk of damage to the polymer electrolyte membrane 64 on the fuel cell stack 40 is avoided.

Ansonsten funktioniert die Brennstoffzellenvorrichtung 108 wie oben beschrieben.Otherwise, the fuel cell device 108 functions as described above.

Bei den Brennstoffzellenvorrichtungen 36, 84 und 108 ist ein Druckausgleich in beiden Richtungen (Überdruck an der Anodenseite 46 und Überdruck an der Kathodenseite 50) ermöglicht. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die entsprechende Brennstoffzellenvorrichtung so ausgebildet ist, dass ein Druckausgleich nur in einer Richtung (Überdruck an der Anodenseite 46 bzw. Überdruck an der Kathodenseite 50) realisiert ist, wobei ein universeller Einsatz ermöglicht ist, wenn ein Druckausgleich sowohl bei Überdruck an der Anodenseite 46 als auch bei Überdruck an der Kathodenseite 50 erreichbar ist.In the case of the fuel cell devices 36, 84 and 108, pressure equalization in both directions (overpressure on the anode side 46 and overpressure on the cathode side 50) is made possible. In principle, it can also be provided that the corresponding fuel cell device is designed in such a way that pressure equalization is realized in only one direction (overpressure on the anode side 46 or overpressure on the cathode side 50), with universal use being made possible if pressure equalization is both is achievable with overpressure on the anode side 46 and with overpressure on the cathode side 50.

Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 82 der Brennstoffzellenvorrichtung 36 ist eine aktive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung. Die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 106 der Brennstoffzellenvorrichtung 84 und eine Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 118 der Brennstoffzellenvorrichtung 108, welche über das erste Druckfolgeventil 94 und das zweite Druckfolgeventil 112 gebildet sind, sind passive Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtungen.The pressure compensation control and/or regulation device 82 of the fuel cell device 36 is an active pressure compensation control and/or regulation device. The pressure compensation control and/or regulation device 106 of the fuel cell device 84 and a pressure compensation control and/or regulation device 118 of the fuel cell device 108, which are formed via the first pressure sequence valve 94 and the second pressure sequence valve 112, are passive control and/or regulation devices .

Durch die erfindungsgemäßen Lösungen lässt sich bei dem Luftfahrzeug 10 ein Abschalten eines Brennstoffzellenstacks 40 trotz großer Druckschwankungen in der Umgebung des Luftfahrzeugs, welche durch Höhenänderungen des Luftfahrzeugs bedingt sind, ohne Zerstörung von Brennstoffzellen 42 (und insbesondere ohne Zerstörung von Polymer-Elektrolyt-Membranen 64) realisieren. Es lässt sich dadurch sowohl eine sichere Notabschaltung eines Brennstoffzellenstacks 40 als auch eine geplante Abschaltung eines Brennstoffzellenstacks 40 durchführen.The solutions according to the invention make it possible to switch off a fuel cell stack 40 in the aircraft 10 despite large pressure fluctuations in the area surrounding the aircraft, which are caused by changes in altitude of the aircraft, without destroying fuel cells 42 (and in particular without destroying poly mer electrolyte membranes 64). As a result, both a safe emergency shutdown of a fuel cell stack 40 and a planned shutdown of a fuel cell stack 40 can be carried out.

Dadurch werden wiederum zusätzliche Freiheitsgrade in der Betriebsführung der Brennstoffzellenvorrichtung gewonnen. Trotz großer Druckschwankungen wird auf sichere Weise eine Beschädigung von Brennstoffzellen 42 beim Zuschalten bzw. Abschalten verhindert.This in turn gives additional degrees of freedom in the operational management of the fuel cell device. Despite large pressure fluctuations, damage to the fuel cells 42 when they are switched on or off is reliably prevented.

Insbesondere ist es dadurch möglich, eine Brennstoffzellenvorrichtung bei einem Luftfahrzeug 10 außerhalb einer Druckkabine einzusetzen. Die Oxidatorzuführung zu Kathodenseiten 50 lässt sich luftatmend durchführen. Dadurch lässt sich wiederum die Brennstoffzellenvorrichtung effektiv und insbesondere gewichtsminimiert ausbilden.In particular, this makes it possible to use a fuel cell device in an aircraft 10 outside of a pressurized cabin. The oxidant feed to the cathode sides 50 can be carried out in an air-breathing manner. As a result, the fuel cell device can in turn be designed to be effective and, in particular, to have a minimized weight.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Luftfahrzeugaircraft
1212
Flügelwing
1414
Flügelwing
1616
KörperBody
1818
vorderes Endefront end
2020
hinteres Enderear end
2222
Impellerimpeller
2424
GehäuseHousing
2626
Elektromotorelectric motor
2828
Brennstoffzellenvorrichtungfuel cell device
3030
Brennstoffzellenstackfuel cell stack
3232
Tanktank
3434
Kompressor, Gebläsecompressor, blower
3636
Brennstoffzellenvorrichtung (1. Ausführungsbeispiel)Fuel cell device (1st embodiment)
3838
Brennstoffzellenverbundfuel cell network
4040
Brennstoffzellenstackfuel cell stack
4242
Brennstoffzellefuel cell
4444
Anodeanode
4646
Anodenseiteanode side
4848
Kathodecathode
5050
Kathodenseitecathode side
5252
Eingangsventileinrichtunginlet valve arrangement
5454
Eingangsventilinlet valve
5656
Ausgangsventileinrichtungexit valve assembly
5858
Ausgangsventiloutlet valve
6060
Tanktank
6262
Steuerungs- und/oder RegelungseinrichtungControl and/or regulation device
6464
Polymer-Elektrolyt-Membranpolymer electrolyte membrane
6666
Kompressor, Gebläsecompressor, blower
6868
Abführungseinrichtungdischarge device
7070
VentilValve
7272
Zuführungseinrichtungfeeder
7474
Abführungseinrichtungdischarge device
7676
Druckerfassungseinrichtungpressure detection device
7878
erster Drucksensorfirst pressure sensor
8080
zweiter Drucksensorsecond pressure sensor
8282
Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder RegelungseinrichtungPressure compensation control and/or regulation device
8484
Brennstoffzellenvorrichtung (2. Ausführungsbeispiel)Fuel cell device (2nd embodiment)
8686
Eingangsventileinrichtunginlet valve arrangement
8888
Ausgangsventileinrichtungexit valve assembly
9090
Steuerungs- und/oder RegelungseinrichtungControl and/or regulation device
9292
Bypasspfadbypass path
9494
erstes Druckfolgeventilfirst pressure sequence valve
9696
Druckerfassungselementpressure sensing element
9898
zweites Druckfolgeventilsecond pressure sequence valve
100100
Abführungseinrichtungdischarge device
102102
Bypasspfadbypass path
104104
Druckerfassungselementpressure sensing element
106106
Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder RegelungseinrichtungPressure compensation control and/or regulation device
108108
Brennstoffzellenvorrichtung (3. Ausführungsbeispiel)Fuel cell device (3rd embodiment)
110110
Ausgangsventileinrichtungexit valve assembly
112112
zweites Druckfolgeventilsecond pressure sequence valve
114114
Bypasspfadbypass path
116116
Druckerfassungselementpressure sensing element
118118
Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder RegelungseinrichtungPressure compensation control and/or regulation device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 1263069 B1 [0004]EP 1263069 B1 [0004]

Claims (20)

Brennstoffzellenvorrichtung für ein Luftfahrzeug (10), umfassend mindestens eine Brennstoffzelle (42) mit einer Anode (44) und einer Anodenseite (46), und mit einer Kathode (48) und mit einer Kathodenseite (50), eine Zuführungseinrichtung (72) für Brennstoff zu der Anodenseite (46), eine Eingangsventileinrichtung (52; 86), welche an der Zuführungseinrichtung (72) für Brennstoff angeordnet ist, eine Abführungseinrichtung (74) für Brennstoff von der Anodenseite (46), und eine Ausgangsventileinrichtung (56; 88; 110) für Brennstoff, welche an der Abführungseinrichtung (74) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118), welche dafür sorgt, dass eine Druckdifferenz zwischen der Kathodenseite (50) und der Anodenseite (46) unterhalb eines Schwellenwerts oder eines Schwellenwertbereiches liegt, mit mindestens einem der Folgenden: - die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) wirkt auf die Eingangsventileinrichtung (52) und/oder wirkt an der Eingangsventileinrichtung (86); - die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) wirkt auf die Ausgangsventileinrichtung (56) und/oder wirkt an der Ausgangsventileinrichtung (88; 110), und dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) aktiviert ist, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle (42) in einem Nicht-Stromerzeugungsbetrieb ist, und die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) nicht aktiviert ist, wenn die mindestens eine Brennstoffzelle (42) in einem Stromerzeugungsbetrieb ist.Fuel cell device for an aircraft (10), comprising at least one fuel cell (42) with an anode (44) and an anode side (46), and with a cathode (48) and with a cathode side (50), a supply device (72) for fuel to the anode side (46), an inlet valve device (52; 86) which is arranged on the feed device (72) for fuel, a discharge device (74) for fuel from the anode side (46), and an outlet valve device (56; 88; 110 ) for fuel, which is arranged on the discharge device (74), characterized by a pressure equalization control and/or regulation device (82; 106; 118) which ensures that a pressure difference between the cathode side (50) and the anode side ( 46) is below a threshold value or a threshold range, with at least one of the following: - the pressure compensation control and/or regulation device (82; 106; 118) acts on the input ngsventileinrichtung (52) and / or acts on the inlet valve means (86); - the pressure compensation control and/or regulation device (82; 106; 118) acts on the outlet valve device (56) and/or acts on the outlet valve device (88; 110), and characterized in that the pressure compensation control and/or control device (82; 106; 118) is activated when the at least one fuel cell (42) is in a non-electricity generation mode, and the pressure equalization control and/or regulation device (82; 106; 118) is not activated when the at least a fuel cell (42) is in a power generation mode. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) mindestens eines der Folgenden steuert und/oder regelt: - eine Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite (46); - eine Druckerhöhung an der Anodenseite (46) durch Brennstoffzuführung zu der Anodenseite (46); eine Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite (46) aus einem Tank (60) und insbesondere Drucktank (60) für Brennstoff; - eine Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite (46) bei einem geschlossenen Ausgangsventil (58) der Ausgangsventileinrichtung (56).Fuel cell device according to claim 1 , characterized in that the pressure compensation control and/or regulation device (82; 106; 118) controls and/or regulates at least one of the following: - a supply of fuel to the anode side (46); - An increase in pressure on the anode side (46) by supplying fuel to the anode side (46); a supply of fuel to the anode side (46) from a tank (60) and in particular pressure tank (60) for fuel; - A supply of fuel to the anode side (46) with a closed outlet valve (58) of the outlet valve device (56). Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) mindestens eines der Folgenden steuert und/oder regelt: - eine Abführung von Brennstoff von der Anodenseite (46); - eine Druckerniedrigung an der Anodenseite (46) durch Abführung von Brennstoff von der Anodenseite (46); - eine Abführung von Brennstoff von der Anodenseite (46) in die Umgebung und/oder eine Abführung von Brennstoff von der Anodenseite (46) in eine Abführungseinrichtung (100) für Oxidator von der Kathodenseite (50); - eine Abführung von Brennstoff bei geschlossenem Eingangsventil (54) der Eingangsventileinrichtung (52; 86); - ein Bringen der Anodenseite (46) auf Umgebungsdruck.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure equalization control and/or regulation device (82; 106; 118) controls and/or regulates at least one of the following: - a discharge of fuel from the anode side (46); - A pressure reduction on the anode side (46) by discharging fuel from the anode side (46); - A discharge of fuel from the anode side (46) into the environment and/or a discharge of fuel from the anode side (46) into a discharge device (100) for oxidizer from the cathode side (50); - A discharge of fuel when the inlet valve (54) of the inlet valve device (52; 86) is closed; - Bringing the anode side (46) to ambient pressure. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) eine Druckerfassungseinrichtung (96; 104; 116) umfasst und/oder an eine Druckerfassungseinrichtung (76) gekoppelt ist.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure compensation control and/or regulation device (82; 106; 118) comprises a pressure detection device (96; 104; 116) and/or is coupled to a pressure detection device (76). Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerfassungseinrichtung (76; 96; 104; 116) mindestens einen der folgenden Druckwerte erfasst: - einen Druck an der Anodenseite (46); - einen Druck an der Kathodenseite (50); - eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite (46) und der Kathodenseite (50); - einen Umgebungsdruck.Fuel cell device according to claim 4 , characterized in that the pressure detection device (76; 96; 104; 116) detects at least one of the following pressure values: - a pressure on the anode side (46); - a pressure on the cathode side (50); - a pressure difference between the anode side (46) and the cathode side (50); - an ambient pressure. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - die Druckerfassungseinrichtung (76) umfasst mindestens einen Drucksensor (78; 80), welcher Druckwerte misst und der Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) bereitstellt; - die Druckerfassungseinrichtung (96; 104; 116) umfasst mindestens ein Druckfolgeventil (94; 98; 112), welches druckabhängig einen Bypasspfad (92; 102; 114) sperrt oder freigibt.Fuel cell device according to claim 5 , characterized by at least one of the following: - the pressure detection device (76) comprises at least one pressure sensor (78; 80) which measures pressure values and provides the pressure compensation control and/or regulation device (82; 106; 118); - The pressure detection device (96; 104; 116) comprises at least one pressure sequence valve (94; 98; 112) which blocks or releases a bypass path (92; 102; 114) as a function of the pressure. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - es ist ein Druckfolgeventil (94) mit einer Druckerfassung an der Anodenseite (46) vorgesehen; - es ist ein Druckfolgeventil (98) mit einer Druckerfassung an der Kathodenseite (50) oder an einer Abführungseinrichtung (100) für die Kathodenseite (50) vorgesehen; - es ist ein Druckfolgeventil (112) mit einer Druckerfassung für die Umgebung vorgesehen.Fuel cell device according to claim 6 , characterized by at least one of the following: - a pressure sequence valve (94) with a pressure detection on the anode side (46) is provided; - A pressure sequence valve (98) with a pressure detection on the cathode side (50) or on a discharge device (100) for the cathode side (50) is provided; - A pressure sequence valve (112) with a pressure detection for the environment is provided. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) eine aktive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) ist oder umfasst, welcher Druckmesswerte einer Druckerfassungseinrichtung (76) bereitgestellt sind und welche mindestens eines der Folgenden ansteuert: - ein Eingangsventil (54) der Eingangsventileinrichtung (52) zur Zuführung von Brennstoff zu der Anodenseite (46); - ein Ausgangsventil (58) der Ausgangsventileinrichtung (56) zur Abführung von Brennstoff von der Anodenseite (46).Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that net that the pressure compensation control and/or regulation device (82) is or comprises an active pressure compensation control and/or regulation device (82), which pressure measurement values are provided to a pressure detection device (76) and which controls at least one of the following: - an inlet valve (54) of the inlet valve means (52) for supplying fuel to the anode side (46); - An outlet valve (58) of the outlet valve device (56) for discharging fuel from the anode side (46). Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - einen Drucksensor (78), welcher Druckmesswerte an der Anodenseite (46) ermittelt; - einen Drucksensor (80), welcher Druckmesswerte an der Kathodenseite (50) ermittelt; - einen Drucksensor, welcher eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite (46) und der Kathodenseite (50) ermittelt.Fuel cell device according to claim 8 , characterized by at least one of the following: - a pressure sensor (78) which determines measured pressure values on the anode side (46); - a pressure sensor (80) which determines measured pressure values on the cathode side (50); - A pressure sensor which determines a pressure difference between the anode side (46) and the cathode side (50). Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82) ist integriert in eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (62) für einen Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle (42); - eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (62; 90) für einen Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle (42) steuert ein Eingangsventil (54) der Eingangsventileinrichtung (52) und/oder ein Ausgangsventil (58) der Ausgangsventileinrichtung (56) an; - das Eingangsventil (54) und/oder das Ausgangsventil (58) ist druckfest; - die mindestens eine Brennstoffzelle (42) weist eine Polymer-Elektrolyt-Membran (64) auf; - wenn die mindestens eine Brennstoffzelle (42) im Nicht-Stromerzeugungsbetrieb ist, sind das Eingangsventil (54) und das Ausgangsventil (58) mindestens außerhalb eines Druckausgleichvorgangs geschlossen.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one of the following: - the pressure equalization control and/or regulation device (82) is integrated in a control and/or regulation device (62) for power generation operation of the at least one fuel cell (42) ; - a control and/or regulating device (62; 90) for power generation operation of the at least one fuel cell (42) controls an input valve (54) of the input valve device (52) and/or an output valve (58) of the output valve device (56); - The inlet valve (54) and/or the outlet valve (58) is pressure-resistant; - The at least one fuel cell (42) has a polymer electrolyte membrane (64); - When the at least one fuel cell (42) is in non-power generation mode, the inlet valve (54) and the outlet valve (58) are closed at least outside of a pressure equalization process. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (106; 118) als passive Druckausgleichs-Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (82; 106; 118) Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (106; 118) ausgebildet ist, welche mindestens ein Druckfolgeventil (94; 98; 112) umfasst, wobei dem mindestens einen Druckfolgeventil (94; 98; 112) ein Bypasspfad (92; 102; 114) zugeordnet ist und druckabhängig der Bypasspfad (92; 102; 114) gesperrt oder freigegeben ist.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure compensation control and/or regulation device (106; 118) as a passive pressure compensation control and/or regulation device (82; 106; 118) control and/or regulation device (106 ; 118) which comprises at least one pressure sequence valve (94; 98; 112), wherein a bypass path (92; 102; 114) is assigned to the at least one pressure sequence valve (94; 98; 112) and the bypass path (92; 102 ; 114) is locked or unlocked. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - es ist ein erstes Druckfolgeventil (94) an der Zuführungseinrichtung (72) für Brennstoff angeordnet; - dem ersten Druckfolgeventil (94) an der Zuführungseinrichtung (72) für Brennstoff ist ein erster Bypasspfad (92) zugeordnet, welcher ein Eingangsventil (54) der Eingangsventileinrichtung (52) umgeht; - das erste Druckfolgeventil (94) an der Zuführungseinrichtung (72) für Brennstoff weist ein Druckerfassungselement (96) auf, welches in druckwirksamer Verbindung mit der Anodenseite (46) steht; - die Eingangsventileinrichtung (86) weist ein Eingangsventil (54) auf und weist das erste Druckfolgeventil (94) an der Zuführungseinrichtung (72) auf; - in einem Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle (42) ist der erste Bypasspfad (92) gesperrt.Fuel cell device according to claim 11 , characterized by at least one of the following: - a first pressure sequence valve (94) is arranged on the supply device (72) for fuel; - The first pressure sequence valve (94) on the supply device (72) for fuel is assigned a first bypass path (92) which bypasses an input valve (54) of the input valve device (52); - The first pressure sequence valve (94) on the supply device (72) for fuel has a pressure detection element (96) which is in pressure-effective communication with the anode side (46); - The input valve device (86) has an input valve (54) and has the first pressure sequence valve (94) on the supply device (72); - When the at least one fuel cell (42) is generating electricity, the first bypass path (92) is blocked. Brennstoffzellenvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - es ist ein zweites Druckfolgeventil (98; 112) an der Abführungseinrichtung (74) für Brennstoff angeordnet; - dem zweiten Druckfolgeventil (98; 112) an der Abführungseinrichtung für Brennstoff ist ein zweiter Bypasspfad (102; 114) zugeordnet, welcher ein Ausgangsventil (58) der Ausgangsventileinrichtung (56) umgeht; - der zweite Bypasspfad (102; 114) führt in eine Abführungseinrichtung (100) für die Kathodenseite (50) oder in die Umgebung; - das zweite Druckfolgeventil (98; 112) an der Abführungseinrichtung (100) für Brennstoff weist ein Druckerfassungselement (104; 116) auf, welches in druckwirksamer Verbindung mit der Abführungseinrichtung (100) für die Kathodenseite (50) steht oder in druckwirksamer Verbindung mit der Umgebung steht; - die Ausgangsventileinrichtung (88; 110) weist ein Ausgangsventil (58) und das zweite Druckfolgeventil (98; 112) an der Abführungseinrichtung (74) für Brennstoff auf; - der zweite Bypasspfad (102; 114) ist in einem Stromerzeugungsbetrieb der mindestens einen Brennstoffzelle (42) gesperrt.Fuel cell device according to claim 11 or 12 , characterized by at least one of the following: - a second pressure sequence valve (98; 112) is arranged on the discharge device (74) for fuel; - The second pressure sequence valve (98; 112) on the discharge device for fuel is assigned a second bypass path (102; 114) which bypasses an outlet valve (58) of the outlet valve device (56); - The second bypass path (102; 114) leads into a discharge device (100) for the cathode side (50) or into the environment; - The second pressure sequence valve (98; 112) on the fuel discharge device (100) has a pressure detection element (104; 116) which is in pressure-effective connection with the discharge device (100) for the cathode side (50) or in pressure-effective connection with the environment stands; - the outlet valve device (88; 110) has an outlet valve (58) and the second pressure sequence valve (98; 112) on the discharge device (74) for fuel; - The second bypass path (102; 114) is blocked in a power generation operation of the at least one fuel cell (42). Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - der Kathodenseite (50) ist ein Gebläse (34) und/oder ein Kompressor (34) zugeordnet; - der Kathodenseite (50) ist kein druckfestes Eingangsventil und/oder kein druckfestes Ausgangsventil zugeordnet; - die mindestens eine Brennstoffzelle (42) ist luftatmend; - eine Oxidatorzuführung zu der Kathodenseite (50) und/oder eine Oxidatorabführung von der Kathodenseite (50) ist außerhalb einer Druckkabine angeordnet.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one of the following: - the cathode side (50) is assigned a blower (34) and/or a compressor (34); - The cathode side (50) is not a pressure-resistant inlet valve and/or no pressure-resistant outlet valve assigned; - The at least one fuel cell (42) is air-breathing; - An oxidant supply to the cathode side (50) and/or an oxidant discharge from the cathode side (50) is arranged outside of a pressurized cabin. Brennstoffzellenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Brennstoffzellenstack (40), welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen (42) umfasst, wobei dem mindestens einen Brennstoffzellenstack (40) die Eingangsventileinrichtung (52; 86) und die Ausgangsventileinrichtung (56; 88; 110) zugeordnet sind.Fuel cell device according to one of the preceding claims, characterized by at least one fuel cell stack (40) which comprises a plurality of fuel cells (42), the at least one fuel cell stack (40) having the inlet valve device (52; 86) and the outlet valve device (56; 88; 110 ) assigned. Luftfahrzeug, umfassend eine Brennstoffzellenvorrichtung (36; 84; 108) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.Aircraft comprising a fuel cell device (36; 84; 108) according to any one of the preceding claims. Verfahren zum Druckausgleich an einer Brennstoffzelle (42), welche an einem Luftfahrzeug (10) angeordnet ist, bei dem in einem nicht aktivierten Stromerzeugungsbetrieb der Brennstoffzelle (42) eine Druckdifferenz zwischen einer Anodenseite (46) und einer Kathodenseite (50) erfasst wird und bei Überschreiten eines Schwellenwerts oder eines Schwellenwertbereichs für die Druckdifferenz mindestens eines der Folgenden durchgeführt wird: - der Anodenseite (46) wird zur Druckerhöhung auf der Anodenseite (46) Brennstoff zugeführt; - von der Anodenseite (46) wird zur Druckerniedrigung an der Anodenseite (46) Brennstoff abgeführt und/oder die Anodenseite (46) wird auf Umgebungsdruck gebracht.Method for pressure equalization in a fuel cell (42), which is arranged on an aircraft (10), in which a pressure difference between an anode side (46) and a cathode side (50) is detected when the fuel cell (42) is in non-activated power generation mode and at exceeding a threshold value or a threshold range for the pressure difference, at least one of the following is carried out: - Fuel is supplied to the anode side (46) to increase the pressure on the anode side (46); - Fuel is removed from the anode side (46) to reduce the pressure on the anode side (46) and/or the anode side (46) is brought to ambient pressure. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerhöhung auf der Anodenseite (46) durch aktive Steuerung und/oder Regelung eines Eingangsventils (54) und/oder über passive Steuerung und/oder Regelung durch ein Druckfolgeventil (94) erfolgt, wobei mindestens einer der folgenden Drücke erfasst wird: - ein Druck an der Anodenseite (46); - ein Druck an der Kathodenseite (50); - eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite (46) und der Kathodenseite (50).procedure after Claim 17 , characterized in that the pressure increase on the anode side (46) takes place by active control and/or regulation of an inlet valve (54) and/or by passive control and/or regulation by a pressure sequence valve (94), with at least one of the following pressures being recorded becomes: - a pressure on the anode side (46); - a pressure on the cathode side (50); - A pressure difference between the anode side (46) and the cathode side (50). Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerniedrigung an der Anodenseite (46) durch aktive Ansteuerung eines Ausgangsventils (58) und/oder durch passive Steuerung und/oder Regelung durch ein Druckfolgeventil (98; 112) erfolgt, wobei mindestens einer der folgenden Drücke erfasst wird: - ein Druck an der Anodenseite (46); - ein Druck an der Kathodenseite (50); - eine Druckdifferenz zwischen der Anodenseite (46) und der Kathodenseite (50); - ein Umgebungsdruck.procedure after Claim 17 or 18 , characterized in that the pressure is reduced on the anode side (46) by actively activating an outlet valve (58) and/or by passive control and/or regulation by a pressure sequence valve (98; 112), with at least one of the following pressures being detected: - a pressure on the anode side (46); - a pressure on the cathode side (50); - a pressure difference between the anode side (46) and the cathode side (50); - an ambient pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeichnet durch mindestens eines der Folgenden: - eine Druckdifferenz oberhalb des Schwellenwerts oder des Schwellenwertbereichs ist durch Höhengewinnung des Luftfahrzeugs (10) entstanden und es wird der Druck an der Anodenseite (46) abgesenkt; - eine Druckdifferenz oberhalb des Schwellenwerts oder des Schwellenwertbereichs ist durch Höhenverringerung des Luftfahrzeugs (10) entstanden und es wird der Druck auf der Anodenseite (46) erhöht.Procedure according to one of claims 17 until 19 , characterized by at least one of the following: - a pressure difference above the threshold value or the threshold range has arisen as a result of the aircraft (10) gaining altitude and the pressure on the anode side (46) is reduced; - A pressure difference above the threshold value or the threshold range has arisen due to the decrease in altitude of the aircraft (10) and the pressure on the anode side (46) is increased.
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