DE102022123318A1 - Fuel cell system and method for operating a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Ein Brennstoffzellensystem hat wenigstens eine Brennstoffzelle, die einen Anodenraum und einen Kathodenraum aufweist, sowie eine Rezirkulationsleitung für Anodengas, die von einem Gasauslass des Anodenraums zu einem Gaseinlass des Anodenraums führt und in der eine Saugstrahlpumpe (32) angeordnet ist. Die Saugstrahlpumpe (32) weist eine erste Düse (46) und wenigstens eine zweite Düse (52) aufweist, die als koaxial um die erste Düse (46) angeordnete Ringdüse ausgebildet ist. Jeweils ein Brennstoffgasventil ist einer Düse (46, 52) zugeordnet und steuert eine Zufuhr von unter Druck stehendem Brennstoffgas zu einem Primärgaseingang (28, 30) der jeweiligen Düse (46, 52). In einem Niederlastbereich nur wahlweise die erste oder nur die wenigstens eine zweite Düse (46, 52) der Saugstrahlpumpe (32) mit Primärgas versorgt, während in einem Hochlastbereich beide Düsen (46, 52) gleichzeitig mit Primärgas versorgt werden.

Figure DE102022123318A1_0000
A fuel cell system has at least one fuel cell, which has an anode compartment and a cathode compartment, and a recirculation line for anode gas, which leads from a gas outlet of the anode compartment to a gas inlet of the anode compartment and in which a suction jet pump (32) is arranged. The suction jet pump (32) has a first nozzle (46) and at least one second nozzle (52), which is designed as an annular nozzle arranged coaxially around the first nozzle (46). A fuel gas valve is assigned to a nozzle (46, 52) and controls a supply of pressurized fuel gas to a primary gas inlet (28, 30) of the respective nozzle (46, 52). In a low-load range, only the first or only the at least one second nozzle (46, 52) of the suction jet pump (32) is supplied with primary gas, while in a high-load range, both nozzles (46, 52) are supplied with primary gas at the same time.
Figure DE102022123318A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system, in particular in a drive system of a motor vehicle, and to a method for operating a fuel cell system.

Mit Hilfe von Brennstoffzellen kann elektrischer Strom erzeugt werden, indem typischerweise ein dem Anodenraum der Brennstoffzelle zugeführtes Brennstoffgas (z. B. Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch) mit einem dem Kathodenraum der Brennstoffzelle zugeführten sauerstoffhaltigen Gasgemisch (z. B. Umgebungsluft) unter Bildung eines Reaktionsprodukts (z. B. Wasser) chemisch reagiert. Der Anodenraum ist dabei bei einer bekannten Form der Brennstoffzelle durch eine Elektrolytmembran vom Kathodenraum getrennt.With the help of fuel cells, electrical current can be generated by typically combining a fuel gas (e.g. hydrogen or a hydrogen-containing gas mixture) supplied to the anode compartment of the fuel cell with an oxygen-containing gas mixture (e.g. ambient air) supplied to the cathode compartment of the fuel cell to form a reaction product (e.g. water) reacts chemically. In a known form of fuel cell, the anode compartment is separated from the cathode compartment by an electrolyte membrane.

Um eine ausreichende Versorgung der Anode mit Brennstoffgas zu gewährleisten, wird dieses üblicherweise überstöchiometrisch zugeführt. Um ferner den nicht umgesetzten Brennstoff wiederzuverwenden, ist es bekannt, das Anodengas zu rezirkulieren, also dem Anodenraum in einem Kreislauf erneut zuzuführen. Hierzu wird das Anodengas über einen Gasauslass des Anodenraums abgesaugt und anschließend über einen Gaseinlass des Anodenraums dem Anodenraum wieder zugeführt. Zur Rezirkulation des Anodengases werden bisher sowohl elektrisch angetriebene Umwälzgebläse als auch durch das unter Druck stehende Brennstoffgas selbst angetriebene Saugstrahlpumpen eingesetzt.In order to ensure a sufficient supply of fuel gas to the anode, this is usually supplied in a super-stoichiometric manner. In order to further reuse the unreacted fuel, it is known to recirculate the anode gas, i.e. to supply it again to the anode space in a circuit. For this purpose, the anode gas is sucked out via a gas outlet of the anode space and then fed back to the anode space via a gas inlet of the anode space. To recirculate the anode gas, both electrically driven circulation fans and suction jet pumps driven by the pressurized fuel gas have been used.

Gegenüber einem Umwälzgebläse muss eine Saugstrahlpumpe nicht unter Aufwendung von elektrischer Energie angetrieben werden, was der Energieeffizienz des Brennstoffzellensystems zugutekommt. Zudem zeichnen sich Saugstrahlpumpen durch eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit aus, da sie keine störungsanfälligen bewegten Teile aufweisen.Compared to a circulation fan, a suction jet pump does not have to be driven using electrical energy, which benefits the energy efficiency of the fuel cell system. In addition, suction jet pumps are characterized by a long service life and high reliability, as they have no moving parts that are prone to failure.

Bei der Verwendung einer Saugstrahlpumpe dient das unter Druck stehende Brennstoffgas als antreibendes Primärgas. Dieses wird in einer Treibdüse beschleunigt und tritt unter Ausbildung eines Treibstrahls in eine Mischkammer der Saugstrahlpumpe ein. Das über einen Sauganschluss zugeführte Anodengas wird vom Treibstrahl mitgerissen, wobei ein Impulsübertrag vom Treibstrahl auf das zugeführte Anodengas erfolgt und dieses beschleunigt. Daher wird das Anodengas angesaugt und in der Rezirkulationsleitung zurück zum Anodenraum gefördert.When using a suction jet pump, the pressurized fuel gas serves as the driving primary gas. This is accelerated in a driving nozzle and enters a mixing chamber of the suction jet pump to form a driving jet. The anode gas supplied via a suction connection is entrained by the propellant jet, with a pulse transfer from the propellant jet to the supplied anode gas and accelerates it. Therefore, the anode gas is sucked in and conveyed back to the anode space in the recirculation line.

Das Verhältnis der Volumenströme von rezirkuliertem Anodengas zu hierzu aufgewendetem Primärgas wird als Rezirkulationsrate bezeichnet.The ratio of the volume flows of recirculated anode gas to the primary gas used for this purpose is referred to as the recirculation rate.

Die Fördermenge einer Saugstrahlpumpe ist abhängig vom Durchfluss des zugeführten Primärgases. Daher variiert die Rezirkulationsrate abhängig vom Lastbereich des Brennstoffzellensystems. Üblicherweise nimmt die Rezirkulationsrate ab je weiter der Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems in Richtung niedrigerer Last abgesenkt wird, also je geringer die zugeführte Menge an Primärgas wird.The delivery rate of a suction jet pump depends on the flow of the primary gas supplied. Therefore, the recirculation rate varies depending on the load range of the fuel cell system. The recirculation rate usually decreases the further the operating point of the fuel cell system is lowered towards a lower load, i.e. the smaller the amount of primary gas supplied becomes.

Außerdem ist die rezirkulierte Gasmenge aufgrund der Geometrie der Saugstrahlpumpe fest von der über das Primärgas zugeführten Wasserstoffmenge abhängig. Der rezirkulierte Anteil kann daher nicht getrennt eingestellt werden, so wie es bei aktiver Rezirkulation mittels eines Gebläses der Fall ist.In addition, due to the geometry of the suction jet pump, the amount of gas recirculated is firmly dependent on the amount of hydrogen supplied via the primary gas. The recirculated portion cannot therefore be adjusted separately, as is the case with active recirculation using a fan.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rezirkulation von Anodengas in einem Brennstoffzellensystem unter Verwendung von Saugstrahlpumpen zu verbessern.The object of the invention is to improve recirculation of anode gas in a fuel cell system using suction jet pumps.

Diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle gelöst, die einen Anodenraum und einen Kathodenraum aufweist, sowie mit einer Rezirkulationsleitung für Anodengas, die von einem Gasauslass des Anodenraums zu einem Gaseinlass des Anodenraums führt und in der eine Saugstrahlpumpe angeordnet ist, wobei die Saugstrahlpumpe eine erste Düse und wenigstens eine zweite Düse aufweist, die als koaxial um die erste Düse angeordnete Ringdüse ausgebildet ist, und mit wenigstens zwei Brennstoffgasventilen, wobei jedes Brennstoffgasventil einer Düse zugeordnet ist und eine Zufuhr von unter Druck stehendem Brennstoffgas zu einem Primärgaseingang der jeweiligen Düse der Saugstrahlpumpe steuert.This object is achieved by a fuel cell system with at least one fuel cell which has an anode compartment and a cathode compartment, as well as with a recirculation line for anode gas, which leads from a gas outlet of the anode compartment to a gas inlet of the anode compartment and in which a suction jet pump is arranged, the suction jet pump a first nozzle and at least one second nozzle, which is designed as an annular nozzle arranged coaxially around the first nozzle, and with at least two fuel gas valves, each fuel gas valve being assigned to a nozzle and a supply of pressurized fuel gas to a primary gas inlet of the respective nozzle Suction jet pump controls.

Durch die beiden Brennstoffgasventile ist die Zuflussmenge zu den beiden Düsen individuell steuerbar. Auf diese Weise ist durch die Vorgabe des Primärgasdurchflusses der jeweiligen Düse der Saugstrahlpumpe eine einstellbare Pumpleistung für die Rezirkulationsleitung und somit eine Variation der Rezirkulationsrate möglich.The inflow quantity to the two nozzles can be individually controlled using the two fuel gas valves. In this way, by specifying the primary gas flow of the respective nozzle of the suction jet pump, an adjustable pump power for the recirculation line and thus a variation of the recirculation rate is possible.

Vorzugsweise lassen sich die aktuellen Primärdurchflüsse der einzelnen Düsen mit unterschiedlichen Flussraten einstellen.The current primary flow rates of the individual nozzles can preferably be set with different flow rates.

Beispielsweise ist die Saugstrahlpumpe so ausgelegt, dass ein maximaler Primärgasdurchfluss durch die erste Düse kleiner ist als durch die zweite Düse. Der Minimaldurchmesser der konventionellen ersten Düse kann einfach so klein ausgelegt werden, dass die erste Düse bei kleinen aktuellen Primärgasdurchflüssen eine hohe Saugleistung entfaltet. Die als Ringdüse gestaltete zweite Düse ist hingegen gut für höhere Primärgasdurchflüsse geeignet.For example, the suction jet pump is designed such that a maximum primary gas flow through the first nozzle is smaller than through the second nozzle. The minimum diameter of the conventional first nozzle can simply be designed so small that the first nozzle develops a high suction power with small current primary gas flows. The second nozzle, designed as a ring nozzle, is well suited for higher primary gas flows.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Saugstrahlpumpe genau eine zweite Düse auf. Varianten mit mehreren konzentrischen, als Ringdüse gestalteten zweiten Düsen wären aber auch denkbar.In a preferred embodiment, the suction jet pump has exactly one second nozzle. However, variants with several concentric second nozzles designed as a ring nozzle would also be conceivable.

Die Saugstrahlpumpe entfaltet dann ihre höchste Saugleistung, wenn ein maximaler Primärgasdurchfluss sowohl durch die erste Düse als auch durch die zweite Düse strömt. Dieser Lastpunkt fällt normalerweise mit einem komplett geöffneten Zustand beider Brennstoffgasventile zusammen.The suction jet pump then develops its highest suction power when a maximum primary gas flow flows through both the first nozzle and the second nozzle. This load point normally coincides with both fuel gas valves being fully open.

Der Primärgaseingang der zweiten Düse mündet vorzugsweise in den Ringraum der zweiten Düse, sodass das Primärgas ohne weitere Strömungsverluste der Saugstrahlpumpe zugeführt wird. Außerdem lässt sich so eine sehr kompakte Bauweise erreichen. Falls mehrere Ringdüsen vorhanden sind, die alle koaxial miteinander ausgebildet sind, münden vorzugsweise die Primärgasanschlüsse aller Ringdüsen in den jeweiligen Ringraum.The primary gas inlet of the second nozzle preferably opens into the annular space of the second nozzle, so that the primary gas is supplied to the suction jet pump without further flow losses. In addition, a very compact design can be achieved. If there are several ring nozzles, all of which are coaxial with one another, the primary gas connections of all ring nozzles preferably open into the respective annular space.

Um den Bauraumbedarf des Brennstoffzellensystems zu verringern, können die beiden Brennstoffgasventile in die Saugstrahlpumpe integriert sein. Beispielsweise können die Brennstoffgasventile in einem Winkel zwischen 10° und 140°, insbesondere 90°, zueinander angeordnet sein. Dies erleichtert auch die Führung der Primärgaszuleitungen zu den einzelnen Brennstoffgasventilen.In order to reduce the installation space required by the fuel cell system, the two fuel gas valves can be integrated into the suction jet pump. For example, the fuel gas valves can be arranged at an angle between 10° and 140°, in particular 90°, to one another. This also makes it easier to route the primary gas supply lines to the individual fuel gas valves.

Um die Gasströmung durch die beiden Düsen zu optimieren, münden vorzugsweise die beiden Düsen axial in einen im Vergleich zum Außendurchmesser der zweiten Düse vergrößerten Saugraum, in den seitlich die Rezirkulationsleitung vom Gasauslass des Anodenraums mündet. An den Saugraum schließen sich beispielsweise axial in Strömungsrichtung eine Mischkammer sowie ein Diffusor an.In order to optimize the gas flow through the two nozzles, the two nozzles preferably open axially into a suction space that is larger than the outer diameter of the second nozzle, into which the recirculation line from the gas outlet of the anode space opens laterally. For example, a mixing chamber and a diffuser adjoin the suction chamber axially in the direction of flow.

Dabei münden vorzugsweise alle Düsen an ihrer minimalen Querschnittsfläche in den Saugraum.All nozzles preferably open into the suction chamber at their minimum cross-sectional area.

Um eine möglichst variable Einstellung der Rezirkulationsrate erreichen zu können, sollte zumindest ein Brennstoffgasventil ein Proportionalventil und/oder ein getaktet betriebenes Ventil sein, mit dem ein variabler Brennstoffgasdurchfluss durch das jeweilige Brennstoffgasventil einstellbar ist. In diesem Fall ist der Primärgasdurchfluss durch das jeweilige Brennstoffgasventil bis zu einem vorgegebenen maximalen Gasdurchlass stufenlos steuerbar.In order to be able to achieve the most variable setting possible for the recirculation rate, at least one fuel gas valve should be a proportional valve and/or a clocked valve with which a variable fuel gas flow through the respective fuel gas valve can be set. In this case, the primary gas flow through the respective fuel gas valve can be continuously controlled up to a predetermined maximum gas passage.

Hierzu sind spezifisch ausgebildete Magnetventile einsetzbar, mit denen es möglich ist, durch die Frequenz der Taktung beide Betriebsarten zu realisieren. Es ist beispielsweise möglich, den durch die Treibdüse erzeugten Treibstrahl mittels einer pulsweitenmodulierten Beaufschlagung des Brennstoffgasventils zu regeln. Dabei wird der Primärgasdurchfluss in Abständen unterbrochen und der Treibstrahl nicht kontinuierlich, sondern derart diskontinuierlich gesteuert, dass sich Absperrintervalle ohne Primärgasdurchfluss, in denen das jeweilige Brennstoffgasventil geschlossen ist, mit Durchlassintervallen mit hohem Primärgasdurchfluss, in denen das Brennstoffgasventil geöffnet ist, abwechseln. Mittels der Anpassung der Längen der Absperrintervalle und der Durchlassintervalle („Pulsweiten“) kann über einen längeren Zeitraum gemittelt der Primärgasdurchfluss über den Lastbereich nach Wunsch eingestellt werden. Der entsprechend der Abfolge der Absperr- und Durchlassintervalle pulsierende Treibstrahl erzeugt dabei durch die getaktete Pumpwirkung der Saugstrahlpumpe einen entsprechend pulsierenden, in den Anodenraum eintretenden Mischgasstrom aus rezirkuliertem Anodengas und (frischem) Brennstoffgas sowie einen entsprechend pulsierenden aus dem Anodenraum durch den Sauganschluss abgesaugten Anodengasstrom. In einem Proportionalbetrieb kann das Brennstoffgasventil mit einer ausreichend hohen Taktfrequenz betrieben werden, um dessen Ventilelement aufgrund seiner Massenträgheit quasistationär in einem gewünschten teilgeöffneten Zustand zu halten. Der aktuelle Primärgasdurchfluss ist in beiden Betriebsarten über die Taktrate und die Länge der Absperrintervalle und der Durchlassintervalle einstellbar.For this purpose, specifically designed solenoid valves can be used, with which it is possible to implement both operating modes through the frequency of the clocking. It is possible, for example, to regulate the propellant jet generated by the propellant nozzle by means of pulse width modulated loading of the fuel gas valve. The primary gas flow is interrupted at intervals and the propellant jet is not controlled continuously, but rather discontinuously in such a way that shut-off intervals without primary gas flow, in which the respective fuel gas valve is closed, alternate with passage intervals with a high primary gas flow, in which the fuel gas valve is open. By adjusting the lengths of the shut-off intervals and the passage intervals (“pulse widths”), the primary gas flow can be adjusted as desired over the load range, averaged over a longer period of time. The driving jet, which pulsates in accordance with the sequence of shut-off and passage intervals, generates a correspondingly pulsating mixed gas stream of recirculated anode gas and (fresh) fuel gas entering the anode space through the clocked pumping action of the suction jet pump, as well as a correspondingly pulsating anode gas stream sucked out of the anode space through the suction connection. In a proportional operation, the fuel gas valve can be operated with a sufficiently high clock frequency in order to keep its valve element in a quasi-stationary manner in a desired partially open state due to its mass inertia. The current primary gas flow can be adjusted in both operating modes via the clock rate and the length of the shut-off intervals and the pass intervals.

Um eine möglichst große Variabilität in der Rezirkulationsrate zu erhalten, sollte die Saugstrahlpumpe so ausgelegt sein, dass sie wahlweise mit nur einer Düse oder gleichzeitig mit zwei oder gegebenenfalls mehr Düsen betreibbar ist.In order to obtain the greatest possible variability in the recirculation rate, the suction jet pump should be designed in such a way that it can be operated either with just one nozzle or simultaneously with two or, if necessary, more nozzles.

Normalerweise weist das Brennstoffzellensystem ein Absperrventil zwischen der Brennstoffgasquelle und den Brennstoffgasventilen auf, um Leckströmungen sicher zu verhindern. Das Absperrventil kann beispielsweise entweder beiden Brennstoffgasventilen vorgeschaltet oder durch das erste Brennstoffgasventil gebildet sein.Normally, the fuel cell system has a shut-off valve between the fuel gas source and the fuel gas valves to safely prevent leakage flows. The shut-off valve can, for example, either be connected upstream of both fuel gas valves or be formed by the first fuel gas valve.

Gemäß einer ersten Variante des Brennstoffzellensystems sind sämtliche Brennstoffgasventile parallel geschaltet, sodass jeder Düse der Saugstrahlpumpe unabhängig voneinander Primärgas zugeführt werden kann. Jedes Brennstoffgasventil sollte dabei auf gleiche Weise mit einer unter Druck stehenden Brennstoffgasquelle verbunden sein.According to a first variant of the fuel cell system, all fuel gas valves are connected in parallel, so that each nozzle of the suction jet pump can be supplied with primary gas independently of one another. Each fuel gas valve should be connected to a pressurized fuel gas source in the same way.

Das Absperrventil ist in diesem Fall zusätzlich zu den Brennstoffgasventilen vorgesehen und in der Strömungsverbindung zwischen der Brennstoffgasquelle und den Brennstoffgasventilen angeordnet.In this case, the shut-off valve is provided in addition to the fuel gas valves and is arranged in the flow connection between the fuel gas source and the fuel gas valves.

Der maximale Primärgasdurchfluss durch jede Düse der Saugstrahlpumpe; der jeweils einen Anteil eines maximalen Gesamt-Primargasdurchflusses durch die Saugstrahlpumpe bildet, kann entweder durch einen konstruktionsbedingten maximalen Durchfluss der jeweiligen Düse oder durch das jeweilige zugeordnete Brennstoffgasventil vorgegeben sein.The maximum primary gas flow through each nozzle of the ejector pump; which forms a portion of a maximum total primary gas flow through the suction jet pump, can be predetermined either by a design-related maximum flow of the respective nozzle or by the respective assigned fuel gas valve.

Vorzugsweise sind bei dieser Variante sämtliche Brennstoffgasventile Proportionalventile bzw. getaktet betriebene Ventile, deren Durchflussrate stufenlos veränderbar ist. Jedes der Brennstoffgasventile kann dann für sich von einem vollständig geschlossenen bis zu einem vollständig geöffneten Zustand stufenlos eingestellt werden. Durch Anpassung der Durchflussraten durch die einzelnen Brennstoffgasventile und somit die einzelnen Düsen der Saugstrahlpumpe lässt sich die Rezirkulationsrate in einem weiten Bereich individuell einstellen.In this variant, all fuel gas valves are preferably proportional valves or clocked valves whose flow rate can be continuously changed. Each of the fuel gas valves can then be adjusted continuously from a completely closed to a completely open state. By adjusting the flow rates through the individual fuel gas valves and thus the individual nozzles of the suction jet pump, the recirculation rate can be individually adjusted within a wide range.

Beispielsweise ist das erste Brennstoffgasventil auf einen vorgegebenen maximalen Primärgasdurchfluss von bis zu 30 %, insbesondere bis zu 20 %, 15 % oder 10 % des maximalen Gesamt-Primärgasdurchflusses eingestellt. Anders ausgedrückt lässt das erste Brennstoffgasventil vollständig geöffnet den Maximalanteil des Gesamt-Primärgasdurchflusses des Brennstoffzellensystems durch, auf den es eingestellt ist.For example, the first fuel gas valve is set to a predetermined maximum primary gas flow of up to 30%, in particular up to 20%, 15% or 10% of the maximum total primary gas flow. In other words, when fully opened, the first fuel gas valve allows the maximum portion of the total primary gas flow of the fuel cell system to which it is set to pass.

Der aktuelle Gesamt-Primärgasdurchfluss ergibt sich aus der Summe der aktuellen Primärgasdurchflüsse aller Brennstoffgasventile. Dies entspricht der Gesamtmenge an aus dem Vorratstank stammenden Brennstoffgas, der aktuell in den Anodenraum geleitet wird.The current total primary gas flow is the sum of the current primary gas flows of all fuel gas valves. This corresponds to the total amount of fuel gas from the storage tank that is currently being fed into the anode space.

Das zweite Brennstoffgasventil (bzw. die Summe aller restlichen Brennstoffgasventile) ist dementsprechend für die größere Restmenge ausgelegt. Beispielsweise beträgt der maximale Priärgasdurchfluss 70 % bis 90 % des maximalen Gesamt-Primärgasdurchflusses.The second fuel gas valve (or the sum of all remaining fuel gas valves) is designed accordingly for the larger remaining quantity. For example, the maximum primary gas flow is 70% to 90% of the maximum total primary gas flow.

Die Gasdurchflüsse beschreiben hier grundsätzlich jeweils eine pro Zeiteinheit durchströmende Gasmenge, werden hier also im Sinn einer Durchflussrate verwendet.The gas flow rates here basically describe the amount of gas flowing through per unit of time and are therefore used here in the sense of a flow rate.

Gemäß einer zweiten Variante des Brennstoffzellensystems ist das erste Brennstoffgasventil allen weiteren Brennstoffgasventilen, also dem zweiten Brennstoffgasventil sowie gegebenenfalls weiteren Brennstoffgasventilen, vorgeschaltet, und eine Bypassleitung verläuft vom Ausgang des ersten Brennstoffgasventils parallel zu allen weiteren Brennstoffgasventilen zur Saugstrahlpumpe.According to a second variant of the fuel cell system, the first fuel gas valve is connected upstream of all other fuel gas valves, i.e. the second fuel gas valve and possibly further fuel gas valves, and a bypass line runs from the outlet of the first fuel gas valve parallel to all other fuel gas valves to the suction jet pump.

In diesem Fall muss das erste Brennstoffgasventil stets zumindest teilweise geöffnet sein, um die Saugstrahlpumpe betreiben zu können, da das Primärgas durch das erste Brennstoffgasventil zum zweiten und gegebenenfalls allen weiteren Brennstoffgasventilen fließt. In dieser Variante ist vorteilhaft das erste Brennstoffgasventil als Absperrventil ausgebildet, insbesondere als auf/zu-Ventil, das lediglich die Zustände „vollständig geschlossen“ und „vollständig geöffnet“ annehmen kann. So kann auf ein zusätzliches Absperrventil verzichtet werden, was Bauraum und Kosten eingespart.In this case, the first fuel gas valve must always be at least partially open in order to be able to operate the suction jet pump, since the primary gas flows through the first fuel gas valve to the second and possibly all further fuel gas valves. In this variant, the first fuel gas valve is advantageously designed as a shut-off valve, in particular as an open/closed valve, which can only assume the states “fully closed” and “fully open”. This means there is no need for an additional shut-off valve, which saves installation space and costs.

Vorzugsweise ist das erste Brennstoffgasventil so ausgelegt, dass sein maximaler Gasdurchfluss größer ist als der maximale Gasdurchfluss der ersten Düse. Der maximale Primärgasdurchfluss durch die erste Düse ist dann durch die Konstruktion der ersten Düse begrenzt.Preferably, the first fuel gas valve is designed such that its maximum gas flow is greater than the maximum gas flow of the first nozzle. The maximum primary gas flow through the first nozzle is then limited by the design of the first nozzle.

Das zweite Brennstoffgasventil ist vorzugsweise stufenlos einstellbar ausgebildet. Dies gilt auch für gegebenenfalls vorhandene weitere Brennstoffgasventile.The second fuel gas valve is preferably designed to be infinitely adjustable. This also applies to any additional fuel gas valves that may be present.

Wird die erste Düse alleine betrieben, kann in diesem Fall nur ein einziger Lastpunkt des Brennstoffzellensystems realisiert werden. Dieser liegt vorzugsweise zwischen 5 % und 30 %, insbesondere bei 8 %.If the first nozzle is operated alone, in this case only a single load point of the fuel cell system can be realized. This is preferably between 5% and 30%, in particular 8%.

Ab diesem durch die erste Düse vorgegebenen Lastpunkt des Brennstoffzellensystems ist der Primärgasdurchfluss durch die Einstellung des zweiten Brennstoffgasventils für höhere Durchflussraten variabel einstellbar.From this load point of the fuel cell system specified by the first nozzle, the primary gas flow can be variably adjusted for higher flow rates by adjusting the second fuel gas valve.

Meist umfasst das Brennstoffzellensystem mehrere Brennstoffzellen, die zu einem Stapel (Stack) zusammengefasst sind. Die Rezirkulationsleitung teilt sich dann z. B. dementsprechend parallel mit identischen Gasströmen auf die einzelnen Anodengaseinlässe auf und wird von den einzelnen Anodengasauslässen wieder zu einer einzigen Leitung zusammengefasst.The fuel cell system usually includes several fuel cells that are combined to form a stack. The recirculation line then divides z. B. accordingly in parallel with identical gas flows to the individual anode gas inlets and is combined again into a single line by the individual anode gas outlets.

In der Regel weist das Brennstoffzellensystem einen Brennstoffgasdrucktank und einen Druckminderer auf, der zwischen den Brennstoffgasdrucktank und das Absperrventil geschaltet ist. Beispielsweise beträgt der Druck nach dem Druckminderer etwa 10 bar bis 16 bar (10.000 hPa bis 16.000 hPa). In der Rezirkulationsleitung herrscht normalerweise ein Überdruck gegenüber der Umgebung, z. B. ein Absolutdruck von etwa 3 bar (3.000 hPa).As a rule, the fuel cell system has a fuel gas pressure tank and a pressure reducer which is connected between the fuel gas pressure tank and the shut-off valve. For example, the pressure after the pressure reducer is approximately 10 bar to 16 bar (10,000 hPa to 16,000 hPa). In the recirculation line there is normally an excess pressure compared to the environment, e.g. B. an absolute pressure of around 3 bar (3,000 hPa).

Bevorzugt ist Brennstoffgas unter Druck stehender Wasserstoff. Das Primärgas kann reiner Wasserstoff sein. Das in der Rezirkulationsleitung vom Anodenraum zurückströmende Gas enthält neben Wasserstoff auch Wasserdampf, Stickstoff sowie andere Verunreinigungen.Preferred fuel gas is pressurized hydrogen. The primary gas can be pure hydrogen. That in the recirculation line Gas flowing back from the anode space contains hydrogen, water vapor, nitrogen and other impurities.

Das während der chemischen Reaktion entstehende Reaktionsprodukt fällt größtenteils im Kathodenraum an. Bedingt durch Undichtigkeiten innerhalb der Brennstoffzelle sowie unerwünschte Nebenreaktionen können sich allerdings auch im Anodenraum Kondensatwasser und Fremdgase (insbesondere Stickstoff) ansammeln, die die Funktion der Brennstoffzelle beeinträchtigen.Most of the reaction product formed during the chemical reaction occurs in the cathode compartment. However, due to leaks within the fuel cell and undesirable side reactions, condensate water and foreign gases (especially nitrogen) can also accumulate in the anode space, which impair the function of the fuel cell.

Das Brennstoffzellensystem weist daher vorzugsweise wie herkömmlich bekannt wenigstens einen Wasserabscheider sowie wenigstens ein Spülventil in der Rezirkulationsleitung auf, um auf bekannte Weise kondensiertes Wasser sowie Fremdgase und Verunreinigungen entfernen zu können. Dies geschieht insbesondere durch separate Spülzyklen, die aber für die Erfindung nicht von Belang sind.The fuel cell system therefore preferably has, as is conventionally known, at least one water separator and at least one flushing valve in the recirculation line in order to be able to remove condensed water as well as foreign gases and impurities in a known manner. This is done in particular by separate rinsing cycles, which are not relevant to the invention.

Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems gelöst, wie es oben beschrieben wurde. In einem Niederlastbereich wird nur die erste oder nur die wenigstens eine zweite Düse der Saugstrahlpumpe mit Primärgas versorgt, und in einem Hochlastbereich werden beide Düsen gleichzeitig mit Primärgas versorgt.The above-mentioned task is also achieved with a method for operating a fuel cell system, as described above. In a low-load range, only the first or at least one second nozzle of the suction jet pump is supplied with primary gas, and in a high-load range, both nozzles are supplied with primary gas at the same time.

Die erste Düse ist vorzugsweise auf einen kleineren maximalen Primärgasdurchfluss als die zweite Düse ausgelegt und bedient insbesondere den Niederlastbereich. Die zweite Düse ist vorzugsweise für einen höheren Lastbereich als die erste Düse konzipiert. Sind mehrere zweite Düsen, also mehrere Ringdüsen, vorhanden, so können deren Querschnittsflächen entsprechend angepasst sein, um höhere Lastbereiche abzudecken. Im Hochlastbereich werden vorzugsweise mehrere oder alle Düsen gleichzeitig betrieben.The first nozzle is preferably designed for a smaller maximum primary gas flow than the second nozzle and serves in particular the low-load range. The second nozzle is preferably designed for a higher load range than the first nozzle. If there are several second nozzles, i.e. several ring nozzles, their cross-sectional areas can be adapted accordingly in order to cover higher load ranges. In the high-load range, several or all nozzles are preferably operated at the same time.

Beispielsweise wird im Niederlastbereich nur die erste oder nur die zweite Düse der Saugstrahlpumpe betrieben, während im Hochlastbereich beide Düsen gleichzeitig betrieben werden.For example, in the low load range only the first or only the second nozzle of the suction jet pump is operated, while in the high load range both nozzles are operated at the same time.

Im Niederlastbereich, also bei geringen aktuellen Primärgasdurchflüssen, kann es dabei vorteilhaft sein, nur die erste Düse zu betreiben, da diese bei kleineren Primärgasdurchflüssen eine höhere Saugleistung bewirkt als die zweite Düse.In the low-load range, i.e. with low current primary gas flows, it can be advantageous to only operate the first nozzle, since this produces a higher suction power than the second nozzle at smaller primary gas flows.

Optional ist einem Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Variante im Niederlastbereich situationsabhängig wählbar, welche der beiden Düsen der Saugstrahlpumpe alleinig betrieben werden soll.Optionally, in a fuel cell system according to the first variant in the low load range, it is possible to select, depending on the situation, which of the two nozzles of the suction jet pump should be operated alone.

Die Zufuhr von Brennstoffgas zum jeweiligen Primärgaseingang der einzelnen Düsen ist vorteilhaft im Rahmen eines Kennfeld frei steuerbar, wobei das Kennfeld durch vorgegebene maximale Primärgasdurchflüsse der den jeweiligen Düsen zugeordneten Brennstoffgasventile bestimmt ist. Hieraus ergibt sich auch ein Kennfeld für die einzustellende Rezirkulationsrate. Um bestimmte Punkte des Kennfelds anzufahren, werden die aktuellen Primärgasdurchflüsse durch die einzelnen Düsen der Saugstrahlpumpe entsprechend über den Öffnungsgrad der einzelnen Brennstoffgasventile eingestellt.The supply of fuel gas to the respective primary gas inlet of the individual nozzles can advantageously be freely controlled within the framework of a map, the map being determined by predetermined maximum primary gas flows of the fuel gas valves assigned to the respective nozzles. This also results in a map for the recirculation rate to be set. In order to approach certain points in the map, the current primary gas flows through the individual nozzles of the suction jet pump are adjusted accordingly via the degree of opening of the individual fuel gas valves.

Die beiden Brennstoffgasventile können dabei jeweils vom vollständig geschlossenen Zustand bis zu ihrem maximal vorgegebenen Öffnungsgrad stufenlos geöffnet werden, um den aktuellen Primärgasdurchfluss stufenlos einzustellen. Auf diese Weise kann auch der aktuelle Gesamt-Primärgasdurchfluss von Null bis zum vorgegebenen maximalen Gesamt-Primärgasdurchfluss stufenlos eingestellt werden.The two fuel gas valves can each be opened continuously from the completely closed state up to their maximum predetermined degree of opening in order to continuously adjust the current primary gas flow. In this way, the current total primary gas flow can also be adjusted continuously from zero to the specified maximum total primary gas flow.

Beispielsweise kann die erste Düse im Niederlastbereich bis zu dem vorgegebenen Maximalanteil des maximalen Gesamt-Primärgasdurchflusses betrieben werden. Ab diesem Punkt wird vorzugsweise die zweite Düse zugeschaltet, sodass im Hochlastbereich beide Düsen der Saugstrahlpumpe betrieben werden.For example, the first nozzle can be operated in the low-load range up to the predetermined maximum proportion of the maximum total primary gas flow. From this point onwards, the second nozzle is preferably switched on, so that both nozzles of the suction jet pump are operated in the high-load range.

In einem anderen Modus wird zunächst nur die zweite Düse betrieben, und wenn bei ansteigender Last deren maximaler Primärgasdurchfluss erreicht ist, die erste Düse zugeschaltet, um den Hochlastbereich bis hin zum maximalen Gesamt-Primärgasdurchfluss abzudecken.In another mode, only the second nozzle is initially operated, and when its maximum primary gas flow is reached as the load increases, the first nozzle is switched on to cover the high load range up to the maximum total primary gas flow.

Es wäre auch denkbar, beim Durchfahren des Lastbereichs und startend bei Null bzw. beim minimal möglichen Lastpunkt zunächst nur die erste Düse zu betreiben, dann nur die zweite Düse zu betreiben und schließlich im Hochlastbereich beide Düsen zusammen zu betreiben.It would also be conceivable to initially operate only the first nozzle when driving through the load range and starting at zero or at the minimum possible load point, then to operate only the second nozzle and finally to operate both nozzles together in the high load range.

Andere Punkte des Kennfelds lassen sich z. B. durch einen gemeinsamen Betrieb aller Düsen der Saugstrahlpumpe mit frei gewählten aktuellen PrimärGasdurchflüssen durch die einzelnen Düsen anfahren.Other points of the map can be, for example, B. by operating all nozzles of the suction jet pump together with freely selected current primary gas flows through the individual nozzles.

Abhängig von der Aufteilung des aktuellen Gesamt-Primärgasdurchflusses auf die einzelnen Brennstoffgasventile lässt sich so die aktuelle Rezirkulationsrate gemäß dem Kennfeld verändern.Depending on the distribution of the current total primary gas flow among the individual fuel gas valves, the current recirculation rate can be changed according to the characteristic map.

In einem Brennstoffzellensystem gemäß der oben beschriebenen zweiten Variante ist das Kennfeld auf eine einzige Kurve reduziert, die beim (einzigen) Lastpunkt, der sich durch das Öffnen der ersten Brennstoffgasventils und den alleinigen Betrieb der ersten Düse einstellt, beginnt und durch stufenloses Öffnen des zweiten Brennstoffgasventils bis zu dessen maximalen Öffnungsgrad bis zum Maximum durchlaufen wird.In a fuel cell system according to the second variant described above, the map is reduced to a single curve, which is at the (single) load point that results from opening the first th fuel gas valve and the sole operation of the first nozzle, begins and is run through to the maximum by continuously opening the second fuel gas valve up to its maximum degree of opening.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:

  • - 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Variante;
  • - 2 eine schematische Darstellung der Brennstoffgasventile sowie der Saugstrahlpumpe des Brennstoffzellensystems aus 1;
  • - 3 eine schematische Ansicht einer Saugstrahlpumpe zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem;
  • - 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Variante;
  • - 5 eine schematische Darstellung der Brennstoffgasventile sowie der Saugstrahlpumpe des Brennstoffzellensystems aus 4; und
  • - 6 ein Kennfeld, das durch die Rezirkulationsrate eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems erzeugt ist.
The invention is described in more detail below using several exemplary embodiments with reference to the attached figures. Show in the figures:
  • - 1 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a first variant;
  • - 2 a schematic representation of the fuel gas valves and the suction jet pump of the fuel cell system 1 ;
  • - 3 a schematic view of a suction jet pump for use in a fuel cell system according to the invention;
  • - 4 a schematic representation of a fuel cell system according to the invention according to a second variant;
  • - 5 a schematic representation of the fuel gas valves and the suction jet pump of the fuel cell system 4 ; and
  • - 6 a map generated by the recirculation rate of a fuel cell system according to the invention.

1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 10 gemäß einer ersten Variante, mit wenigstens einer Brennstoffzelle 12 sowie einer Brennstoffgaszufuhr 14. In 1 ist nur eine einzige Brennstoffzelle 12 dargestellt. In der Regel werden mehrere gleichartige Brennstoffzellen 12 zu einem Stapel zusammengefasst. Dies ist aber für die Beschreibung der Erfindung nicht relevant. 1 shows a fuel cell system 10 according to a first variant, with at least one fuel cell 12 and a fuel gas supply 14. In 1 only a single fuel cell 12 is shown. As a rule, several similar fuel cells 12 are combined into a stack. However, this is not relevant for the description of the invention.

Das Brennstoffzellensystem 10 stellt beispielsweise Antriebsenergie in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs bereit. Es kann aber auch für andere Anwendungszwecke ausgelegt sein.The fuel cell system 10, for example, provides drive energy in a drive system of a motor vehicle. But it can also be designed for other purposes.

Die Brennstoffzelle 12 weist einen Anodenraum 16 und einen Kathodenraum 18 auf, die durch eine Membran 20, hier eine Elektrolytmembran, voneinander getrennt sind.The fuel cell 12 has an anode space 16 and a cathode space 18, which are separated from one another by a membrane 20, here an electrolyte membrane.

Im hier betrachteten Beispiel ist der verwendete Brennstoff Wasserstoff. Dieser wird gasförmig dem Anodenraum 16 zugeleitet. Im Kathodenraum 18 wird gasförmiger Sauerstoff bereitgestellt, beispielsweise, indem Umgebungsluft durch den Kathodenraum 18 geleitet wird.In the example considered here, the fuel used is hydrogen. This is fed to the anode space 16 in gaseous form. Gaseous oxygen is provided in the cathode space 18, for example by passing ambient air through the cathode space 18.

Die Erfindung ist aber auch mit anderen Brennstoffen umsetzbar.However, the invention can also be implemented with other fuels.

Die Brennstoffgaszufuhr 14 umfasst einen Vorratsdrucktank für das Brennstoffgas sowie einen damit in Strömungsverbindung stehenden Druckminderer, der einen Ausgangsdruck für die Zuleitung des Brennstoffs zur Brennstoffzelle 12 vorgibt (nicht dargestellt). Bei der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff liegt der Ausgangsdruck beispielsweise etwa zwischen 10 und 16 bar (10.000 bis 16.000 hPa).The fuel gas supply 14 includes a storage pressure tank for the fuel gas and a pressure reducer in flow connection therewith, which specifies an initial pressure for supplying the fuel to the fuel cell 12 (not shown). When using hydrogen as fuel, the initial pressure is, for example, between 10 and 16 bar (10,000 to 16,000 hPa).

Der Druckminderer steht in Strömungsverbindung mit einem ersten und einem zweiten Brennstoffgasventil 22, 24, die parallel geschaltet sind. Über die beiden Brennstoffgasventile 22, 24 wird aus dem Vorratsdrucktank Brennstoffgas zur Brennstoffzelle 12 geführt. An beiden Brennstoffgasventilen 22, 24 liegt eingangsseitig stets der gleiche Druck an.The pressure reducer is in fluid communication with a first and a second fuel gas valve 22, 24, which are connected in parallel. Fuel gas is fed from the storage pressure tank to the fuel cell 12 via the two fuel gas valves 22, 24. The same pressure is always present on the input side of both fuel gas valves 22, 24.

Beiden Brennstoffgasventilen 22, 24 vorgeschaltet ist ein Absperrventil 26, das strömungsmäßig zwischen den Druckminderer und die beiden Brennstoffgasventile 22, 24 geschaltet ist.Upstream of both fuel gas valves 22, 24 is a shut-off valve 26, which is connected in terms of flow between the pressure reducer and the two fuel gas valves 22, 24.

Das Absperrventil 26 ist ein auf/zu-Ventil und kann nur die Schaltzustände „vollständig geschlossen“ und „vollständig geöffnet“ annehmen. Es muss gegenüber dem Druckminderer keine weitere druckbegrenzende Funktion ausüben, sodass der vom Druckminderer gelieferte Druck bei geöffnetem Absperrventil 26 komplett an den beiden Brennstoffgasventilen 22, 24 ansteht.The shut-off valve 26 is an on/off valve and can only assume the switching states “fully closed” and “fully open”. It does not have to perform any further pressure-limiting function compared to the pressure reducer, so that the pressure supplied by the pressure reducer is completely present at the two fuel gas valves 22, 24 when the shut-off valve 26 is open.

Jedes der beiden Brennstoffgasventile 22, 24 ist mit jeweils einem Primärgaseingang 28, 30 einer (einzigen) Saugstrahlpumpe 32 verbunden. Das durch den jeweiligen Primärgaseingang 28, 30 in die Saugstrahlpumpe 32 einströmende Brennstoffgas dient zur Erzeugung einer Saugleistung der Saugstrahlpumpe 32 an einem einzigen Saugeingang 34 (siehe auch 2 und 3).Each of the two fuel gas valves 22, 24 is connected to a primary gas inlet 28, 30 of a (single) suction jet pump 32. The fuel gas flowing into the suction jet pump 32 through the respective primary gas inlet 28, 30 serves to generate a suction power of the suction jet pump 32 at a single suction inlet 34 (see also 2 and 3 ).

Über den Saugeingang 34 ist die Saugstrahlpumpe 32 mit einer Rezirkulationsleitung 36 verbunden, die von einem Gasauslass 38 des Anodenraums 16 über die Saugstrahlpumpe 32 zurück zu einem Gaseinlass 40 des Anodenraums 16 führt. Vom Gasauslass 38 wird das Anodengas zunächst zum Saugeingang 34 der Saugstrahlpumpe 32 geführt. Eine Mischung aus rezirkulierten Anodengas sowie frisch eingespeistem reinen Brennstoffgas wird über einen Abschnitt 42 der Rezirkulationsleitung 36 von einem Ausgang 44 der Saugstrahlpumpe 32 zum Gaseinlass 40 des Anodenraums 16 geführt.Via the suction inlet 34, the suction jet pump 32 is connected to a recirculation line 36, which leads from a gas outlet 38 of the anode space 16 via the suction jet pump 32 back to a gas inlet 40 of the anode space 16. From the gas outlet 38, the anode gas is first led to the suction inlet 34 of the suction jet pump 32. A mixture of recirculated anode gas and freshly fed-in pure fuel gas is led via a section 42 of the recirculation line 36 from an outlet 44 of the suction jet pump 32 to the gas inlet 40 of the anode space 16.

3 zeigt die Saugstrahlpumpe 32, die als Ejektor konfiguriert ist, in größerem Detail. 3 shows the suction jet pump 32, which is configured as an ejector, in greater detail.

Der Primärgaseingang 28 endet in einer als konventionellen Düse gestalteten ersten Düse 46, deren minimale Querschnittsfläche 48 eine Strömungsgeschwindigkeit eines dort austretenden Treibstrahls mitbestimmt. Sofern der Druck vor der Düse 46 ausreichend hoch ist, erreicht die Strömungsgeschwindigkeit in der minimalen Querschnittsfläche 48 die Schallgeschwindigkeit.The primary gas inlet 28 ends in a first nozzle 46 designed as a conventional nozzle, the minimum cross-sectional area 48 of which determines a flow velocity of a propellant jet emerging there. If the pressure in front of the nozzle 46 is sufficiently high, the flow velocity in the minimum cross-sectional area 48 reaches the speed of sound.

Der Treibstrahl erreicht seine höchste Strömungsgeschwindigkeit kurz nach der Düse 46. Diese Strömungsgeschwindigkeit ist über das Design der Saugstrahlpumpe 32 einstellbar und kann bis zur mehrfachen Schallgeschwindigkeit betragen.The driving jet reaches its highest flow speed shortly after the nozzle 46. This flow speed is adjustable via the design of the suction jet pump 32 and can be up to several times the speed of sound.

Nach der minimalen Querschnittsfläche 48 erweitert sich der Strömungsweg radial zu einem Saugraum 50 der Saugstrahlpumpe 32. Der Saugeingang 34 mündet radial in den Saugraum 50 unmittelbar hinter der engsten Stelle der ersten Düse 46.After the minimum cross-sectional area 48, the flow path expands radially to a suction chamber 50 of the suction jet pump 32. The suction inlet 34 opens radially into the suction chamber 50 immediately behind the narrowest point of the first nozzle 46.

Der Primärgaseinlass 30 führt zu einer zweiten Düse 52 der Saugstrahlpumpe 32. Die zweite Düse 52 ist als Ringdüse gestaltet und weist einen Ringraum 54 auf, der die erste Düse 46 koaxial umgibt (siehe 3). Der Primärgaseingang 30 mündet in die zweite Düse 52.The primary gas inlet 30 leads to a second nozzle 52 of the suction jet pump 32. The second nozzle 52 is designed as an annular nozzle and has an annular space 54 which coaxially surrounds the first nozzle 46 (see 3 ). The primary gas inlet 30 opens into the second nozzle 52.

Auch die zweite Düse 52 mündet anschließend an ihrer minimalen Querschnittsfläche 56 in den Saugraum 50.The second nozzle 52 then also opens into the suction chamber 50 at its minimum cross-sectional area 56.

Der Saugraum 50 geht axial in eine Mischkammer 58 mit gegenüber dem Saugraum 50 reduziertem Querschnitt über. Das durch die Düsen 46, 52 strömende Primärgas gelangt also über den Saugraum 50 in die Mischkammer 58. In der Mischkammer 58 vermischt sich das über die Düsen 46, 52 zugeführte Primärgas mit dem rückgeführten Gas aus dem Anodenraum 16.The suction chamber 50 merges axially into a mixing chamber 58 with a reduced cross section compared to the suction chamber 50. The primary gas flowing through the nozzles 46, 52 therefore reaches the mixing chamber 58 via the suction chamber 50. In the mixing chamber 58, the primary gas supplied via the nozzles 46, 52 mixes with the recirculated gas from the anode chamber 16.

In Strömungsrichtung schließt sich an die Mischkammer 58 hier ein Diffusor 60 an, in dem die Gasströmung aufgeweitet und an den Druck in dem anschließenden Abschnitt 42 der Rezirkulationsleitung 36 angeglichen wird.In the direction of flow, the mixing chamber 58 is adjoined by a diffuser 60, in which the gas flow is expanded and adjusted to the pressure in the adjoining section 42 of the recirculation line 36.

Das erste Brennstoffgasventil 22 steht exklusiv in Strömungsverbindung mit der ersten Düse 46 der Saugstrahlpumpe 32, während das zweite Brennstoffgasventil 24 exklusiv in Strömungsverbindung mit der zweiten Düse 52 der Saugstrahlpumpe 32 steht.The first fuel gas valve 22 is exclusively in fluid communication with the first nozzle 46 of the suction jet pump 32, while the second fuel gas valve 24 is exclusively in fluid communication with the second nozzle 52 of the suction jet pump 32.

Der gesamte Gasstrom, der sich aus dem aktuellen Primärgasdurchfluss m1 durch die erste Düse 46, dem aktuellen Primärgasdurchfluss m2 durch die zweite Düse 52 sowie dem aktuell durch die Rezirkulationsleitung 36 rückgeführten Gas mr aus dem Anodenraum 16 zusammensetzt, tritt aus dem Ausgang 44 der Saugstrahlpumpe 32 in den Abschnitt 42 der Rezirkulationsleitung 36 ein, der zum Gaseinlass 40 des Anodenraums 16 führt.The entire gas flow, which is composed of the current primary gas flow m 1 through the first nozzle 46, the current primary gas flow m 2 through the second nozzle 52 and the gas m r from the anode space 16 currently returned through the recirculation line 36, exits the outlet 44 the suction jet pump 32 into the section 42 of the recirculation line 36, which leads to the gas inlet 40 of the anode space 16.

Die minimale Querschnittsfläche 56 der zweiten Düse 52 ist größer als die minimale Querschnittsfläche 48 der ersten Düse 46, sodass ein maximal möglicher Gasstrom durch die zweite Düse 52 grundsätzlich größer ist als ein maximal möglicher Gasstrom durch die erste Düse 46.The minimum cross-sectional area 56 of the second nozzle 52 is larger than the minimum cross-sectional area 48 of the first nozzle 46, so that a maximum possible gas flow through the second nozzle 52 is fundamentally larger than a maximum possible gas flow through the first nozzle 46.

In dieser Variante sind beide Brennstoffgasventile 22, 24 Proportionalventile und/oder getaktete Ventile. Dies führt dazu, dass ihr aktueller Primärgasdurchfluss stufenlos zwischen Null und einem vorgegebenen maximalen Primärgasdurchfluss m1,max, m2,max einstellbar ist. Die maximalen Primärgasdurchflüsse bilden Anteile eines maximalen Gesamt-Primärgasdurchflusses m1,max + m2,max.In this variant, both fuel gas valves 22, 24 are proportional valves and/or clocked valves. This means that your current primary gas flow is continuously adjustable between zero and a predetermined maximum primary gas flow m 1,max , m 2,max . The maximum primary gas flows form parts of a maximum total primary gas flow m 1,max + m 2,max .

In diesem Beispiel sind die beiden Brennstoffgasventile 22, 24 jeweils in die Saugstrahlpumpe 32 integriert, wobei die beiden Brennstoffgasventile 22, 24 in einem Winkel von hier etwa 90° zueinander angeordnet sind.In this example, the two fuel gas valves 22, 24 are each integrated into the suction jet pump 32, with the two fuel gas valves 22, 24 being arranged at an angle of approximately 90° to one another.

Die Brennstoffgasventile 22, 24 sind hier als getaktete Magnetventile ausgelegt, die in Absperrintervallen geschlossen und in Durchlassintervallen geöffnet sind. Daher können sie einen gepulsten Treibgasstrom bereitstellen.The fuel gas valves 22, 24 are designed here as clocked solenoid valves that are closed in shut-off intervals and opened in pass-through intervals. Therefore, they can provide a pulsed propellant gas flow.

Optional können beide Brennstoffgasventile 22, 24 auch in einem Proportionalmodus betrieben werden, in dem die Taktfrequenz so hoch gewählt ist, dass ein Ventilelement des jeweiligen Brennstoffgasventils 22, 24 eine quasistationäre Position einnimmt, die einem vorgegebenen Öffnungsgrad des Ventils entspricht. Auf diese Weise ist eine im Wesentlichen stufenlose Einstellung des Primärgasdurchflusses durch das jeweilige Brennstoffgasventil 22, 24 von Null bis zu dessen jeweiligen vorgegebenen maximalen Primärgasdurchfluss m1,max, m2,max möglich.Optionally, both fuel gas valves 22, 24 can also be operated in a proportional mode in which the clock frequency is selected so high that a valve element of the respective fuel gas valve 22, 24 assumes a quasi-stationary position which corresponds to a predetermined degree of opening of the valve. In this way, a substantially continuous adjustment of the primary gas flow through the respective fuel gas valve 22, 24 from zero to its respective predetermined maximum primary gas flow m 1,max , m 2,max is possible.

Der Druck im Anodenraum 16 und in der Rezirkulationsleitung 36 ist beispielsweise gegenüber dem Umgebungsdruck erhöht eingestellt und kann z. B. etwa 3 bar (3.000 hPa) absolut betragen.The pressure in the anode space 16 and in the recirculation line 36 is set to be increased, for example, compared to the ambient pressure and can z. B. be about 3 bar (3,000 hPa) absolute.

Wie herkömmlich bekannt umfasst die Rezirkulationsleitung 36 auch einen oder mehrere Wasserabscheider 62, um flüssiges Wasser abzuführen, sowie ein oder mehrere Spülventile 64, um Gas aus der Rezirkulationsleitung 36 auszuleiten.As is conventionally known, the recirculation line 36 also includes one or more water separators 62 to remove liquid water and one or more purge valves 64 to expel gas from the recirculation line 36.

Eine Rezirkulationsrate mr/mp ist durch das Verhältnis des aktuellen Durchflusses mr an rezirkulierten Anodengas aus der Rezirkulationsleitung 36 durch den Saugeingang 34 zum aktuellen Primärgasdurchfluss mp, also der Summe der aktuellen Primärgasdurchflüsse m1 + m2 von durch die Primärgaseingänge 28, 30 der Saugstrahlpumpe 32 strömendem Primärgas, definiert.A recirculation rate m r /m p is determined by the ratio of the current flow m r of recirculated anode gas from the recirculation line 36 through the suction inlet 34 to the current primary gas flow m p , i.e. the sum of the current primary gas flows m 1 + m 2 from through the primary gas inlets 28, 30 of the suction jet pump 32 flowing primary gas, defined.

Die Rezirkulationsrate ist direkt abhängig von der Menge an Primärgas, die aktuell durch die jeweilige Düse 46, 52 der Saugstrahlpumpe 32 strömt und damit eine aktuelle Pumpleistung der Saugstrahlpumpe 32 festlegt.The recirculation rate is directly dependent on the amount of primary gas that is currently flowing through the respective nozzle 46, 52 of the suction jet pump 32 and thus determines a current pumping performance of the suction jet pump 32.

Durch eine Variation des Primärgasdurchflusses m1, m2 durch das erste und das zweite Brennstoffgasventil 22, 24 und damit durch die erste Düse 46 und die zweite Düse 52 lässt sich die Rezirkulationsrate im Rahmen des in 6 dargestellten Kennfeldes variieren.By varying the primary gas flow m 1 , m 2 through the first and second fuel gas valves 22, 24 and thus through the first nozzle 46 and the second nozzle 52, the recirculation rate can be adjusted within the scope of the in 6 The map shown may vary.

Zum Betrieb der Saugstrahlpumpe 32 werden das nur das erste Brennstoffgasventil 22, nur das zweite Brennstoffgasventil 24 oder gleichzeitig beide Brennstoffgasventile 22, 24 geöffnet. Jedes der Brennstoffgasventile 22, 24 wird dabei individuell mit einem vorgegebenen Öffnungsgrad bzw. einer vorgegebenen Taktung geöffnet, um einen gewünschten aktuellen Primärgasdurchfluss m1, m2 durch die beiden Düsen 46, 52 einzustellen.To operate the suction jet pump 32, only the first fuel gas valve 22, only the second fuel gas valve 24 or both fuel gas valves 22, 24 are opened at the same time. Each of the fuel gas valves 22, 24 is opened individually with a predetermined degree of opening or a predetermined timing in order to set a desired current primary gas flow m 1 , m 2 through the two nozzles 46, 52.

Auf diese Weise lässt sich für die Rezirkulationsrate mr/mp ein Kennfeld aufstellen, wie es in 6 angedeutet ist.In this way, a map can be drawn up for the recirculation rate m r /m p , as shown in 6 is indicated.

Durch die Verwendung von zwei Düsen 46, 52 ergeben sich insbesondere zwei vorteilhafte Betriebsmodi hinsichtlich des rezirkulierbaren Massenstroms.The use of two nozzles 46, 52 results in two advantageous operating modes in particular with regard to the recirculated mass flow.

In einem ersten Betriebsmodus wird mit steigender Last das Primärgas zunächst ausschließlich mit der ersten und dann zusätzlich mit der zweiten Düse 46, 52 eingebracht.In a first operating mode, as the load increases, the primary gas is initially introduced exclusively with the first and then additionally with the second nozzle 46, 52.

Der maximale Primärgasdurchfluss m1,max der ersten Düse 46 beträgt beispielsweise 10 % bis 30 %, insbesondere 15 %, des maximalen Gesamt-Primärgasdurchflusses m1,max + m2,max.The maximum primary gas flow m 1,max of the first nozzle 46 is, for example, 10% to 30%, in particular 15%, of the maximum total primary gas flow m 1,max + m 2,max .

Ist der maximale Primärgasdurchfluss m1,max der ersten Düse 46 erreicht, wird die zweite Düse 52 durch Öffnen des zweiten Brennstoffgasventil 24 zugeschaltet (Kurve m1 + m2), wobei im Hochlastbereich der Primärgasdurchfluss m2 durch die zweite Düse 52 bis zu deren maximalen Primärgasdurchfluss m2,max erhöht werden kann. Bei diesen Primärgasdurchflüssen ist die maximale Last von 100 % beim maximalen Gesamt-Primärgasdurchfluss m1,max + m2,max erreicht.If the maximum primary gas flow m 1,max of the first nozzle 46 is reached, the second nozzle 52 is switched on by opening the second fuel gas valve 24 (curve m 1 + m 2 ), whereby in the high-load range the primary gas flow m 2 through the second nozzle 52 up to maximum primary gas flow m 2,max can be increased. With these primary gas flows, the maximum load of 100% is reached at the maximum total primary gas flow m 1,max + m 2,max .

Aufgrund ihrer kleineren minimalen Querschnittsfläche 48 erzeugt ein Betrieb nur der ersten Düse 46 im Niederlastbereich eine höhere Rezirkulationsrate mr/mp als ein Betrieb nur der zweiten Düse 52 (siehe Kurven m1 und m2 in 6).Due to its smaller minimum cross-sectional area 48, operation of only the first nozzle 46 in the low-load range produces a higher recirculation rate m r /m p than operation of only the second nozzle 52 (see curves m 1 and m 2 in 6 ).

Auch im Bereich bis zum maximalen Primärgasanteil m2,max des zweiten Brennstoffgasventils 24 ergibt sich eine erhöhte Rezirkulationsrate (Kurven m1, m1 + m2 in 6) gegenüber einem alleinigen Betrieb der zweiten Düse 52 (Kurve m2 in 6).Even in the area up to the maximum primary gas proportion m 2,max of the second fuel gas valve 24, there is an increased recirculation rate (curves m 1 , m 1 + m 2 in 6 ) compared to sole operation of the second nozzle 52 (curve m 2 in 6 ).

Dies bringt Vorteile in einem Normalbetrieb des Brennstoffzellensystems 10.This brings advantages in normal operation of the fuel cell system 10.

In einem zweiten Betriebsmodus wird zunächst nur die zweite Düse 52 betrieben.In a second operating mode, only the second nozzle 52 is initially operated.

Dabei entsteht eine geringere Rezirkulationsrate (siehe Kurve m2 in 6). Ab Erreichen des maximalen Primärgasdurchflusses m2,max wird für den oberen Hochlastbereich die erste Düse 46 zugeschaltet (Kurve m2 + m1 in 6). Dies erfolgt hier in einem Lastbereich von etwa 70 % bis 90 %, insbesondere bei 85 %.This results in a lower recirculation rate (see curve m 2 in 6 ). Once the maximum primary gas flow m 2,max is reached, the first nozzle 46 is switched on for the upper high-load range (curve m 2 + m 1 in 6 ). This takes place here in a load range of around 70% to 90%, especially at 85%.

Dies ist z. B. vorteilhaft bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems 10.This is e.g. B. advantageous during a cold start of the fuel cell system 10.

In höheren Lastbereichen, in diesem Beispiel oberhalb von 70 % bis 90 % des maximalen Gesamt-Primärgasdurchflusses m1,max + m2,max, werden stets beide Düsen 46, 52 der Saugstrahlpumpe 32 gemeinsam betrieben.In higher load ranges, in this example above 70% to 90% of the maximum total primary gas flow m 1,max + m 2,max , both nozzles 46, 52 of the suction jet pump 32 are always operated together.

Indem der aktuelle Primärgasdurchfluss m1, m2 am jeweiligen Brennstoffgasventil 22, 24 individuell eingestellt wird, lässt sich prinzipiell das gesamte in 6 gezeigte Kennfeld durchfahren. Beispielsweise können gewünschte Lastpunkte in dem von den beschriebenen Kurven umschlossenen Gebiet angefahren werden, indem beide Düsen 46, 52 mit einem aktuellen Primärgasdurchfluss m1, m2 bis zu ihrem oder unterhalb ihres maximalen Primärgasdurchflusses m1,max, m2,max betrieben werden.By individually adjusting the current primary gas flow m 1 , m 2 at the respective fuel gas valve 22, 24, the entire in 6 Drive through the map shown. For example, desired load points in the area enclosed by the curves described can be approached by operating both nozzles 46, 52 with a current primary gas flow m 1 , m 2 up to or below their maximum primary gas flow m 1,max , m 2,max .

Optional sind die maximalen Primärgasdurchflüsse m1,max, m2,max der beiden Brennstoffgasventile 22, 24 und/oder der Düsen 46, 52 bauartbedingt fest vorgegeben. In einer anderen Variante werden sie durch Einstellungen der Brennstoffgasventile 22, 24 über eine (nicht dargestellte) Steuereinheit des Brennstoffzellensystems 10 festgelegt. Generell überwacht und steuert diese Steuereinheit im Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 den Öffnungsgrad der Brennstoffgasventile 22, 24 und somit auch den aktuellen Primärgasdurchfluss durch diese Ventile.Optionally, the maximum primary gas flows m 1,max , m 2,max of the two fuel gas valves 22, 24 and/or the nozzles 46, 52 are fixed depending on the design. In another variant, they are determined by adjusting the fuel gas valves 22, 24 via a control unit (not shown) of the fuel cell system 10. In general, this control unit monitors and controls the degree of opening of the fuel gas valves 22, 24 and thus during operation of the fuel cell system 10 also the current primary gas flow through these valves.

Die 4 und 5 zeigen eine zweite Variante des Brennstoffzellensystems 100.The 4 and 5 show a second variant of the fuel cell system 100.

Der einzige Unterschied gegenüber dem oben beschriebenen Brennstoffzellensystem 10 liegt in der Anordnung der Brennstoffgasventile 22, 24. The only difference compared to the fuel cell system 10 described above lies in the arrangement of the fuel gas valves 22, 24.

Insbesondere die Saugstrahlpumpe 32 ist hier identisch zu der Saugstrahlpumpe 32 der ersten Variante.In particular, the suction jet pump 32 is identical to the suction jet pump 32 of the first variant.

In dieser Variante ist das erste Brennstoffgasventil 22 als Absperrventil analog zum oben beschriebenen Absperrventil 26 ausgebildet. Das Absperrventil 26 entfällt dementsprechend.In this variant, the first fuel gas valve 22 is designed as a shut-off valve analogous to the shut-off valve 26 described above. The shut-off valve 26 is accordingly omitted.

Von einem Ausgang 66 des ersten Brennstoffgasventils 22 führt eine Bypassleitung 68 unter Umgehung des zweiten Brennstoffgasventils 24 zum mit der ersten Düse 46 verbundenen Primärgaseingang 28 der Saugstrahlpumpe 32.A bypass line 68 leads from an outlet 66 of the first fuel gas valve 22, bypassing the second fuel gas valve 24, to the primary gas inlet 28 of the suction jet pump 32, which is connected to the first nozzle 46.

Das zweite Brennstoffgasventil 24 steht direkt mit dem Primärgaseingang 30 der Saugstrahlpumpe 32 in Strömungsverbindung. Wie in der ersten Variante ist das zweite Brennstoffgasventil 24 als stufenlos einstellbares Proportionalventil und/oder getaktetes Ventil ausgebildet.The second fuel gas valve 24 is in direct flow connection with the primary gas inlet 30 of the suction jet pump 32. As in the first variant, the second fuel gas valve 24 is designed as a continuously adjustable proportional valve and/or clocked valve.

Zum Betrieb der Saugstrahlpumpe 32 ist hier grundsätzlich das erste Brennstoffgasventil 22 geöffnet, wobei stets der maximale Primärgasanteil m1,max durch die erste Düse 46 strömt. Der maximale Primärgasanteil m1,max ist hier durch die minimale Querschnittsfläche 48 der ersten Düse 46 festgelegt.To operate the suction jet pump 32, the first fuel gas valve 22 is basically opened here, with the maximum primary gas proportion m 1,max always flowing through the first nozzle 46. The maximum primary gas proportion m 1,max is determined here by the minimum cross-sectional area 48 of the first nozzle 46.

Wird nur die erste Düse 46 betrieben, ist die Rezirkulationsrate unveränderlich auf die beim Lastpunkt beim maximalen Primärgasanteil m1,max der ersten Düse 46 auftretende Rezirkulationsrate mr1 festgelegt (siehe 6).If only the first nozzle 46 is operated, the recirculation rate is fixed invariably to the recirculation rate m r1 occurring at the load point at the maximum primary gas content m 1,max of the first nozzle 46 (see 6 ).

Wenn zusätzlich die zweite Düse 52 betrieben wird, kann im Kennfeld der 6 die Kurve m1 + m2 durch Variation des Primärgasdurchflusses m2 durch die zweite Düse 52 durchfahren werden.If the second nozzle 52 is also operated, the map can show the 6 the curve m 1 + m 2 can be traversed by varying the primary gas flow m 2 through the second nozzle 52.

In den hier gezeigten Beispielen weist die Saugstrahlpumpe exakt eine erste Düse 46 und eine einzige zweite Düse 52 auf. Es könnten aber auch mehrere zweite Düsen vorhanden sein, die dann jeweils koaxial zueinander als Ringdüsen ausgebildet sind. Jede dieser weiteren zweiten Düsen ist dann mit einem eigenen Brennstoffgasventil verbunden, dass jeweils analog zum zweiten Brennstoffgasventil 24 ausgelegt und parallel zu diesem geschaltet ist.In the examples shown here, the suction jet pump has exactly one first nozzle 46 and a single second nozzle 52. However, there could also be several second nozzles, which are then each designed coaxially with one another as ring nozzles. Each of these further second nozzles is then connected to its own fuel gas valve, which is designed analogously to the second fuel gas valve 24 and is connected in parallel to it.

Sämtliche Merkmale der einzelnen Ausführungsformen und Varianten lassen sich im Ermessen des Fachmanns frei gegeneinander austauschen oder miteinander kombinieren.All features of the individual embodiments and variants can be freely exchanged or combined with one another at the discretion of the person skilled in the art.

Gleiche Bezugszeichen (sowie um 100 erhöhte Nummern) benennen in unterschiedlichen Ausführungsformen identische oder im Wesentlichen identische oder gleichwirkende Komponenten und Bauteile.The same reference numbers (as well as numbers increased by 100) designate identical or essentially identical or equivalent components and components in different embodiments.

Claims (11)

Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle (12), die einen Anodenraum (16) und einen Kathodenraum (18) aufweist, sowie mit einer Rezirkulationsleitung (36) für Anodengas, die von einem Gasauslass (38) des Anodenraums (16) zu einem Gaseinlass (40) des Anodenraums (16) führt und in der eine Saugstrahlpumpe (32) angeordnet ist, wobei die Saugstrahlpumpe (32) eine erste Düse (46) und wenigstens eine zweite Düse (52) aufweist, die als koaxial um die erste Düse (46) angeordnete Ringdüse ausgebildet ist, und mit wenigstens zwei Brennstoffgasventilen (22, 24), wobei jedes Brennstoffgasventil (22, 24) einer Düse (46, 52) zugeordnet ist und eine Zufuhr von unter Druck stehendem Brennstoffgas zu einem Primärgaseingang (28, 30) der jeweiligen Düse (46, 52) der Saugstrahlpumpe (32) steuert.Fuel cell system with at least one fuel cell (12), which has an anode space (16) and a cathode space (18), and with a recirculation line (36) for anode gas, which runs from a gas outlet (38) of the anode space (16) to a gas inlet (40 ) of the anode space (16) and in which a suction jet pump (32) is arranged, the suction jet pump (32) having a first nozzle (46) and at least one second nozzle (52), which is coaxial around the first nozzle (46). arranged ring nozzle is formed, and with at least two fuel gas valves (22, 24), each fuel gas valve (22, 24) being assigned to a nozzle (46, 52) and a supply of pressurized fuel gas to a primary gas inlet (28, 30). controls the respective nozzle (46, 52) of the suction jet pump (32). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Primärgaseingang (30) der zweiten Düse (52) in einen Ringraum (54) der zweiten Düse (52) mündet.fuel cell system Claim 1 , wherein the primary gas inlet (30) of the second nozzle (52) opens into an annular space (54) of the second nozzle (52). Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Düsen (46, 52) axial in einen im Vergleich zum Außendurchmesser der zweiten Düse (52) vergrößerten Saugraum (50) münden, in den seitlich die Rezirkulationsleitung (36) mündet.Fuel cell system according to one of the preceding claims, wherein all nozzles (46, 52) open axially into a suction chamber (50) which is enlarged compared to the outer diameter of the second nozzle (52), into which the recirculation line (36) opens laterally. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, wobei alle Düsen (46, 52) an ihrer minimalen Querschnittsfläche (48, 56) in den Saugraum (50) münden.fuel cell system Claim 3 , with all nozzles (46, 52) opening into the suction chamber (50) at their minimum cross-sectional area (48, 56). Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Brennstoffgasventil (22, 24) ein Proportionalventil und/oder ein getaktet betriebenes Ventil ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, wherein at least one fuel gas valve (22, 24) is a proportional valve and/or a clocked valve. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Saugstrahlpumpe (32) so ausgelegt ist, dass sie wahlweise mit nur einer Düse (46, 52) oder gleichzeitig mit mehreren Düsen (46, 52) betreibbar ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, wherein the suction jet pump (32) is designed to selectively can be operated with just one nozzle (46, 52) or simultaneously with several nozzles (46, 52). Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Absperrventil (26; 22) vorhanden ist, das entweder beiden Brennstoffgasventilen (22, 24) vorgeschaltet ist oder durch das erste Brennstoffgasventil (22) gebildet ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, wherein a shut-off valve (26; 22) is present, which is either connected upstream of both fuel gas valves (22, 24) or is formed by the first fuel gas valve (22). Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche Brennstoffgasventile (22, 24) parallel geschaltet sind.Fuel cell system according to one of the preceding claims, wherein all fuel gas valves (22, 24) are connected in parallel. Brennstoffzellensystem nach einem Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Brennstoffgasventil (22) allen weiteren Brennstoffgasventilen (24) vorgeschaltet ist und eine Bypassleitung (68) vom Ausgang (66) des ersten Brennstoffgasventils (22) parallel zu allen weiteren Brennstoffgasventilen (24) zur Saugstrahlpumpe (32) verläuft.Fuel cell system according to one Claims 1 until 7 , wherein the first fuel gas valve (22) is connected upstream of all other fuel gas valves (24) and a bypass line (68) from the outlet (66) of the first fuel gas valve (22) runs parallel to all other fuel gas valves (24) to the suction jet pump (32). Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems (10; 100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Niederlastbereich wahlweise nur die erste oder nur die wenigstens eine zweite Düse (46, 52) der Saugstrahlpumpe (32) mit Primärgas versorgt wird und in einem Hochlastbereich beide Düsen (46, 52) gleichzeitig mit Primärgas versorgt werden.Method for operating a fuel cell system (10; 100) according to one of the preceding claims, wherein in a low load range either only the first or only the at least one second nozzle (46, 52) of the suction jet pump (32) is supplied with primary gas and in a high load range both Nozzles (46, 52) are simultaneously supplied with primary gas. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Zufuhr von Brennstoffgas zum jeweiligen Primärgaseingang (28, 30) der einzelnen Düsen (46, 52) im Rahmen eines Kennfelds frei steuerbar ist, wobei das Kennfeld durch vorgegebene maximale Primärgasdurchflüsse (m1,max, m2,max) der den jeweiligen Düsen (46, 52) zugeordneten Brennstoffgasventile (22, 24) bestimmt ist.Procedure according to Claim 10 , wherein the supply of fuel gas to the respective primary gas inlet (28, 30) of the individual nozzles (46, 52) can be freely controlled within the framework of a map, the map being determined by predetermined maximum primary gas flows (m 1, max , m 2, max ) of the fuel gas valves (22, 24) assigned to respective nozzles (46, 52).
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