DE19953690B4

DE19953690B4 - Brennstoffzellensystem mit Spiralkompressor und Spiralregenerator

Info

Publication number: DE19953690B4
Application number: DE19953690A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Ban; Hirohisa Kariya Katoh; Masahiko Kariya Kimbara; Hidehito Kariya Kubo
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: US6361890B1; JP3544309B2; DE19953690A1; JP2000149972A

Abstract

Brennstoffzellensystem mit
– einer Brennstoffzelle (1), die eine Lufteinspeisleitung (2) und eine Gasauslaßleitung (3) aufweist;
– einem in der Lufteinspeisleitung angeordneten Kompressor (C);
– einem in der Gasauslaßleitung angeordneten Regenerator (E);
– einem Motor (M), dessen Ausgangswelle (Mc) einander gegenüberliegende Enden aufweist;
dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor als Spiralkompressor (C) ausgestaltet ist, der eine stationäre Spirale (30) und eine bewegliche Spirale (20) einschließt, und daß der Regenerator als Spiralregenerator (E) ausgestaltet ist, der eine stationäre Spirale (50) und eine bewegliche Spirale (40) einschließt, wobei die bewegliche Spirale (20) des Kompressors (C) an das eine Ende und die bewegliche Spirale (40) des Regenerators (E) an das andere Ende der Motorausgangswelle (Mc) symmetrisch zueinander angekoppelt sind;
und wobei das Druckverhältnis des Regenerators (E) um einen Betrag, der dem Druckverlust des Gases in der Brennstoffzelle (1) entspricht, kleiner als dasjenige des Kompressors (C) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, in dem Druckenergie eines Abgases durch Expansion des Abgases in einem Regenerator, nachdem Sauerstoff in einer Brennstoffzelle verbraucht wurde, zurückgewonnen werden kann, wobei die zurückgewonnene Energie dazu benutzt wird, die einen Kompressor antreibende Kraft zu erhöhen.

Aus der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 7-14599 sowie der US 5 645 950 A ist ein Brennstoffzellensystem bekannt. 6 der beiliegenden Zeichnung zeigt einen derartigen Stand der Technik, bei dem durch eine Lufteinspeisleitung 60 angesaugte Luft einer Brennstoffzelle 63 zugeführt wird, nachdem sie von einem Kompressor 62, der durch einen Elektromotor 61 angetrieben ist, unter einen bestimmten Druck gesetzt ist. In der Brennstoffzelle wird aus der eingespeisten Luft Sauerstoff verbraucht, und es wird aus dem System ein Abgas zur Atmosphäre hin abgegeben, nachdem es in einem an den Kompressor 62 und den Motor 61 mittels einer gemeinsamen Welle 64 angekoppelten Expander 65 expandiert oder entspannt wurde.

Das produzierte, im Abgas enthaltene Wasser wird von Flüssigkeitsabscheidern 67 und 68, die in der Luftauslaßleitung 66 vorgesehen sind, abgetrennt, und in einem offenen Reservoir 69 gesammelt. Von diesem Reservoir wird das gespeicherte Wasser von einer Pumpe 70 einer Strahldüse 71 zugeführt und in die Lufteinspeisleitung 60 injiziert, um die Betriebs- oder Prozeßluft anzufeuchten.

Dem Expander 65 ist eine Luftklappe vorgelagert, die bei Vorliegen eines Unterdruckes in der Luftauslaßleitung 66 vor dem Expander 65 Luft aus der Umgebung ansaugt.

Es ist sehr wirksam, das in der Brennstoffzelle 63 erzeugte, im Abgas enthaltene Wasser abzutrennen und zu sammeln, um hierdurch die Prozeßluft anzufeuchten. Dieses Wasser ist jedoch nicht nur für die Aufrechterhaltung der Protonenleitfähigkeit einer Kationenaustauschermembran in der Brennstoffzelle 63 brauchbar, sondern auch für das Kühlen und Schmieren des Kompressors 62. In dieser Hinsicht kann ein Spiralkompressor besonders von der Ausnutzung dieses Wassers profitieren, und es gibt bereits zahlreiche Vorschläge zur Verbesserung von Spiralkompressoren und Spiralexpandern.

Wenn jedoch die restliche (Druck-)Energie, die im Abgas aus der Brennstoffzelle verbleibt, durch den auch Regenerator genannten Expander in mechanische Energie umgewandelt und über eine gemeinsame Welle in den Kompressor eingespeist wird, ergibt sich eine Differenz zwischen dem Druck der aus dem Kompressor ausgestoßenen Luft und dem Druck des in den Regenerator eingeführten Abgases, und zwar aufgrund eines Druckverlusts in der Brennstoffzelle, so daß das Abgas manchmal dazu gebracht wird, sich im Regenerator auf einen unterat mosphärischen Druck zu entspannen, was zu einem unerwünschten Energieverbrauch führt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben angesprochenen Probleme des Standes der Technik zu lösen, wobei jedoch die Vorteile eines Spiralkompressors und eines Spiralgenerators beibehalten werden sollen und die Restenergie aus dem Abgas einer Brennstoffzelle zurückgewonnen wird, um so eine effiziente Leistungsunterstützung des Kompressors ohne unnötigen Leistungsverbrauch zu erzielen.

Ein Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung zur Lösung der obigen Probleme umfaßt: eine Brennstoffzelle, die eine Lufteinspeisleitung und eine Gasauslaßleitung aufweist; einen in der Lufteinspeisleitung angeordneten Spiralkompressor, der eine stationäre Spirale und eine bewegliche Spirale einschließt; einen in der Gasauslaßleitung angeordneten Spiralgenerator, der eine stationäre Spirale und eine bewegliche Spirale einschließt; und einen Motor, dessen Ausgangswelle einander gegenüberliegende Enden aufweist; wobei die bewegliche Spirale des Kompressors an das eine und die bewegliche Spirale des Regenerators an das andere Ende der Motorausgangswelle symmetrisch zueinander angekoppelt sind; und wobei das Druckverhältnis des Regenerators um einen Betrag, der dem Druckverlust des Gases in der Brennstoffzelle entspricht, kleiner als dasjenige des Kompressors ist.

Da der Kompressor und der Regenerator, die beide vom Spiral- oder Scrolltyp sind, an die einander gegenüberliegenden Enden der Motorausgangswelle angekoppelt sind, ist es möglich, einen extrem einfachen Lufteinspeismechanismus zu realisieren, der insbesondere für ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem geeignet ist. Da ferner das Druckverhältnis des Regenerators bei einem Wert ausgewählt ist, bei dem in ausreichender Weise eine Kompensierung des Druckverlusts der eingespeisten Luft, wie er in der Brennstoffzelle auftritt, möglich ist, kann man ein Phänomen verhindern, das darin besteht, daß Abgas, welches in den Regenerator eingeführt wurde, sich übermäßig bis zu einem subatmosphärischen Druck ausdehnt; mit anderen Wort, die Übertragung eines negativen Drehmoments, das auf die Rotation des Regene rators auf der Motorausgangswelle zurückgeht, kann vollständig vermieden werden, um so eine wirksame Leistungsunterstützung des Kompressors zu erleichtern.

Wenn das Brennstoffzellensystem so eingerichtet ist, daß das vom Abgas abgetrennte Wasser in die Wassereinführrichtung des Spiralkompressors gepumpt wird, ist es nicht nur möglich, die eingespeiste Luft anzufeuchten, sondern auch den Kompressor selbst in geeigneter Weise zu kühlen und zu schmieren. Auch wenn der Kompressor und der Regenerator so angeordnet werden, daß der Scheitelpunkt der Drehmomentänderung des Kompressors im wesentlichen in der Phase mit dem Scheitelpunkt der Drehmomentänderung des Regenerators zusammenfällt, wird die Leistungs- oder Kraftübertragung zwischen Kompressor und Regenerator weiterhin verbessert. Wenn darüber hinaus die Zahl der Spiralwände, die an den beweglichen Spiralkörpern des Kompressors und des Regenerators ausgebildet sind, einstellbar ist, ist es möglich, ein geeignetes relatives Druckverhältnis zwischen dem Kompressor und dem Regenerator in Abhängigkeit vom dem Druckverlust in der Brennstoffzelle in einfacher Weise einzustellen.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
1: eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems entsprechend einer Ausfüh rungsform der Erfindung;
2: eine Schnittansicht eines Kompressors und eines Regenerators, wie sie bei dem Brennstoffzellensystem gemäß 1 verwendet werden;
3: eine Ansicht mit der Darstellung einer Arbeitskammer, wie sie durch die stationären und beweglichen Spiralen des Kompressors bestimmt ist, und zwar zu einem Zeitpunkt, bei dem die Einlaßluft gerade in der Arbeitskammer eingeschlossen ist;
4: eine Ansicht mit der Darstellung der Arbeitskammer zu dem Zeitpunkt, nachdem die Einlaßluft eingeschlossen und komprimiert ist, gerade bevor die Kammer in Kommunikation mit der Auslaßöffnung ist;
5: eine Ansicht mit der Darstellung einer Arbeitskammer, welche durch die stationären und beweglichen Spiralen des Regenerators bestimmt ist, zu einem Zeitpunkt gerade bevor die Kammer in Kommunikation mit der Auslaßöffnung ist, nachdem aufgrund der Ausdehnung des Abgases eine Entspannung in der Kammer stattgefunden hat und
6: eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Brennstoffzellensystems nach dem Stand der Technik.
Im Zusammenhang mit 1 wird das dort schematisch dargestellte Brennstoffzellensystem kurz beschrieben. Eine an sich bekannte Brennstoffzelle 1 wird von einer Schicht aus Elektrolyt, beispielsweise eine flache Platte sowie Anoden- und Kathodenschichten gebildet, die zu beiden Seiten des Elektrolyts angeordnet sind. Aus einem Kompressor C wird Prozeßluft über eine Lufteinspeisleitung 2 der Brennstoffzelle 1 zugeführt, passiert den (nicht dargestellten) Anodenraum in der Brennstoffzelle 1 und wird dann über eine Luftauslaßleitung 3 aus der Brennstoffzelle 1 ausgestoßen. Gas, welches reich an Sauerstoff oder mit Sauerstoff modifiziert ist, wird dem (nicht dargestellten) Kathodenraum in der Brennstoffzelle 1 über eine Brennstoffeinspeisleitung zugeführt. Wenn der Wasserstoff in der Brenn stoffzelle 1 mit dem in der Prozeßluft enthaltenen Sauerstoff reagiert, werden Wasser, Reaktionswärme sowie elektrische Energie produziert, und es wird ein Abgas, welches in reichem Maße Wasserdampf enthält, aus der Brennstoffzelle 1 ausgestoßen.
Das Abgas wird in einen Expander oder Regenerator E eingeleitet, nachdem Feuchtigkeit in einem Wasserabtrenntank 4 entfernt wurde, der in der Luftauslaßleitung 3 vorgesehen ist, so daß restliche, im Abgas verbleibende Druckenergie wieder gewonnen wird. Der Regenerator E ist betriebsmäßig an eine Ausgangswelle Mc eines Motors M zusammen mit dem oben erwähnten Kompressor C angekoppelt, wobei sowohl der Kompressor C als auch der Regenerator E erfindungsgemäß Apparate des "Spiraltyps" sind.
Die Beschreibung wird mit Bezug auf 2 fortgesetzt, in welcher der Kompressor C und der Regenerator (Expander) E zueinander in symmetrischer Beziehung aufgebaut sind, mit Ausnahme eines teilweisen Unterschieds, so daß in erster Linie nur der Kompressor C beschrieben wird und eine ins einzelne gehende Beschreibung des Regenerators E, der im wesentlichen die gleiche Konstruktion wie der Kompressor besitzt, zur Vermeidung von Wiederholungen unterbleibt.
In 2 umfaßt der Motor M ein Gehäuse 10, einen Rotor Ma, einen Stator Mb und eine Ausgangswelle Mc, die in ihren Endabschnitten im Gehäuse 10 durch Lager 11 abgestützt ist. Mit jedem äußeren Ende der Ausgangswelle Mc ist eine Kurbelwelle 12 verbunden. Die Kurbel welle 12 ist jeweils einstückig mit einem Auswuchtmittel ausgebildet und mit vorbestimmter Exzentrizität parallel zur Motorausgangswelle Mc angeordnet. Drehbar auf der Kurbelwelle 12 ist über ein Lager 13 eine bewegliche Spirale 20 angeordnet. Die bewegliche Spirale 20 umfaßt eine Basisplatte 20a und eine bewegliche Spiralwand (Scroll-Zahn) 20b, die von einer Seite der Basisplatte der beweglichen Spirale 20 absteht. Die bewegliche Spirale 20 unterliegt einer Orbitalbewegung entlang einer kreisförmigen Bahn, die ihre Mitte auf der Achse der Ausgangswelle Mc und einen Radius hat, der gleich der Exzenterdistanz ist, wenn die Ausgangswelle Mc des Motors M umläuft. Die bewegliche Spirale 20 ist an einer Rotation um ihre eigene Achse durch einen später noch zu beschreibenden, eine solche Selbstrotation hemmenden Mechanismus gehindert, so daß lediglich eine orbitale Rotation um die Mittelachse der Motorausgangswelle Mc möglich ist.
Eine stationäre Spirale 30 umfaßt eine Basisplatte 30a und eine äußere Schale 30c, die einstückig mit der Basisplatte 30a ausgebildet und am Gehäuse 10 befestigt ist. Eine stationäre Spiralwand 30b steht von einer Seite der Basisplatte 30a ab, wobei die bewegliche Spiralwand 20b, die der Orbitalbewegung unterliegt, in Eingriff ist mit der stationären Spiralwand 30b, um so zwischen den beiden Spiralwänden 20b und 30b eine Arbeitskammer 31 zu definieren oder abzugrenzen. An der äußeren Schale 30c der stationären Spirale 30 ist eine Einlaßöffnung 32 vorgesehen; eine Auslaßöffnung 33 befindet sich an der Basisplatte 30a der stationären Spi rale 30, so daß die Einlaßöffnung 32 und die Auslaßöffnung 33 zu jeweils vorbestimmten Phasen in Verbindung mit der Umgebung bzw. dem zentralen Bereich der Arbeitskammer 31 sind.
Als nächstes wird der eine Selbstrotation verhindernde Mechanismus beschrieben. Mehrere Hilfskurbelwellen 15 sind um die Motorausgangswelle Mc herum angeordnet, wobei jede Kurbelwelle einen Hilfskurbelabschnitt 15a aufweist, der die nämliche Exzentrizität wie die Kurbelwelle 12 hat und drehbar von einem im Gehäuse befestigten Lager 14 abgestützt ist, wobei der jeweilige Hilfskurbelabschnitt 15a die bewegliche Spirale 20 über ein Lager 16 abstützt. In dieser Hinsicht sollte festgehalten werden, daß der eine Selbstrotation verhütende Mechanismus, wie er für den Spiralkompressor C und den Spiralregenerator E entsprechend dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird, nicht auf die oben erläuterte spezielle Anordnung beschränkt ist.
Der am meisten charakteristische Aufbau der Erfindung wird mit Bezug auf 3 bis 5 beschrieben. 3 zeigt die Arbeitskammer 31, wie sie zwischen der beweglichen Spiralwand 20b und der stationären Spiralwand 30b definiert ist, wobei diese beiden Spiralwände miteinander in Eingriff sind, und zwar aufgrund der orbitalen Bewegung der beweglichen Spiralwand 20b innerhalb des Kompressors C zu einem Zeitpunkt, wenn Einlaß luft gerade darin eingeschlossen ist; d.h. die Arbeitskammer 31 befindet sich im Zustand mit dem am weitesten außen gelegenen Kammervolumen. 4 zeigt die Arbeitskammer 31 im Zustand mit dem am meisten innen gelegenen Kammervolumen, welches allmählich reduziert wurde und einen Punkt erreichte, direkt bevor die Arbeitskammer 31 in Verbindung mit der Auslaßöffnung 33 ist. 5 zeigt die bewegliche Spirale 40 und die stationäre Spirale 50, welche die Arbeitskammer 51 des Regenerators E bilden, wobei sowohl die bewegliche Spiralwand 40b als auch die stationäre Spiralwand 50b eine Anzahl von Windungen haben, die kleiner ist als diejenige im Kompressor C, und zwar hier um 1/4 Windungen, so daß ein Druckverhältnis (Expansionsverhältnis) des Regenerators E relativ zum Kompressor C angemessen minimalisiert ist, um den Druckverlust in der Brennstoffzelle 1 zu kompensieren. Insbesondere zeigt 5 die Arbeitskammer 51 in dem Stadium direkt bevor das Abgas durch die Auslaßöffnung 53 abgelassen wird, während ihr Volumen allmählich wächst, und zwar aufgrund der Expansion oder Entspannung des eingeführten Abgases. Der Unterschied zwischen dem am weitesten außen liegenden Kammervolumen des Kompressors C und dem am weitesten außen liegenden Kammervolumen des Regenerators E ist aus einem Vergleich der 3 mit 5 ganz offensichtlich. Ein solches Druckverhältnis des Regenerators E relativ zum Kompressor C wird nicht nur durch die Einstellung der Anzahl der Windungen an den Spiralwänden 40b und 50b gesteuert, sondern auch durch die Veränderung einer Position oder Dimension der Einlaßöffnung 52 oder einer Variation der Form eines zentralen Teils der Spiralwände 40b und 50b. Auch fällt, wie aus 4 ersichtlich, das Stadium, in welchem das Volumen der Arbeitskammer 31 minimal ist gerade bevor der Luftausstoß, d.h. der Zeitverlauf, zu welchem die Drehmomentänderung des Kompressors C einen Scheitelwert erreicht, im wesentlichen phasenmäßig mit dem Stadium zusammen, in welchem das eingeführte Abgas in der Arbeitskammer 51 mit dem am weitesten innen gelegenen Kammervolumen eingeschlossen ist, d.h. dem Zeitpunkt, zu welchem die Drehmomentänderung des Regenerators E einen Scheitelpunkt erreicht, so daß die Kraft- oder Leistungsübertragung zwischen dem Regenerator und dem Kompressor C weiterhin erleichtert ist.
Dementsprechend wird die Prozeßluft, die durch die Wirkung des vom Motor M angetriebenen Kompressors C unter einen vorgegebenen Druck gesetzt ist, dem Anodenraum der Brennstoffzelle 1 über die Lufteinspeisleitung 2 zugeführt, und Sauerstoff, der in der Prozeßluft enthalten ist, reagiert mit dem Wasserstoff, der dem Kathodenraum in ähnlicher Weise zugeführt wird, so daß durch die ablaufende Reaktion Wärme sowie elektrische Energie erzeugt werden. Dann wird das Abgas, das reich an Wasserdampf ist, der seinerseits aus der Reaktion resultiert, aus der Brennstoffzelle 1 ausgestoßen. Nachdem die Feuchtigkeit aus dem Abgas am Wasserabtrenntank 4 entfernt ist, der in der Luftauslaßleitung 3 vorgesehen ist, wird das Abgas in den Regenerator E zum Zwecke einer Wiedergewinnung der im Abgas verbliebenen Druckenergie eingeführt, während das abgetrennte und abgespeicherte Wasser zu einem Wasserinjektor 34 des Kompressors C geleitet wird, und zwar über eine Wasserzuführleitung 5, um auf diese Weise sowohl die Prozeßluft anzufeuchten als auch den Kompressor C zu kühlen und zu schmieren.
Der Kompressor C und der Regenerator E, die beide als Spiralmaschinen ausgebildet sind, sind in einfacher Weise mit den einander gegenüberliegenden Enden der Motorausgangswelle Mc verbunden, und zwar jeweils symmetrisch zueinander. Eine solche Anordnung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil der Kompressor C in hohem Maße dafür geeignet ist, mit Wasser gekühlt und geschmiert zu werden. Ein Druckverlust der Prozeßluft, wie er in der Brennstoffzelle 1 auftritt, ist hingegen nie vernachlässigbar, wenn die Leistungsunterstützung für den Kompressor C unter Benutzung des Regenerators E, der seinerseits auf der gleichen Welle angeordnet ist, ausgeführt wird. Dies bedeutet, daß dann, wenn ein solcher Druckverlust nicht in Rechnung gestellt wird, falls ein Druckverhältnis im Kompressor C und im Regenerator E ausgewählt wird, das in den Regenerator E eingeführte Abgas sich übermäßig auf einen unteratmosphärischen Druck ausdehnen kann und zusätzliche Leistung verbraucht. Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß, wie sich aus einem Vergleich der 3 und 5 ergibt, das Druckverhältnis (Expansionsverhältnis) des Regenerators E so bestimmt, daß es um einen Betrag, der dem Druckverlust der Brennstoffzelle 1 entspricht, kleiner ist als dasjenige des Kompressors C. Infolgedessen ist es möglich, eine exzessive Ausdehnung des Abgases auf unteratmosphärischen Druck vollständig zu vermeiden, mit anderen Worten: Der Nachteil, der darin besteht, daß die Rotation des Regenerators E auf die Motorausgangswelle Mc ein negatives Drehmoment überträgt, entfällt. Ferner sind, wie aus 4 ersichtlich, die beweglichen Spiralen des Kompressors C und des Regenerators E in Phase derart angeordnet, daß ein Zeitpunkt gerade bevor der Luftausstoß aus der Arbeitskammer 31 und die Drehmomentänderung des Kompressors C einen Scheitelpunkt erreichen, im wesentlichen zusammenfällt mit einem Zeitpunkt, zu welchem das eingeführte Abgas in der Arbeitskammer 51 abgedichtet ist und auch die Drehmomentänderung des Regenerators E einen Scheitelpunkt erreicht, so daß die Kraft- oder Leistungsübertragung zwischen Kompressor und Regenerator weiterhin erleichtert ist.
Wie im einzelnen oben beschrieben, sind erfindungsgemäß der Kompressor und der Regenerator, bei denen es sich in beiden Fällen um Spiralapparate handelt, an einander gegenüberliegende Enden der Motorausgangswelle symmetrisch zueinander angekoppelt, was den Aufbau der Anordnung erheblich vereinfacht und in vernünftiger Weise Axialbelastungen versetzt, die an die beiden beweglichen Spiralen angelegt werden. Da das Druckverhältnis des Regenerators so gewählt ist, daß es den Druckverlust der Prozeßluft innerhalb der Brennstoffzelle kompensiert, ist es möglich, das negative Drehmoment daran zu hindern, vom Regenerator auf die Motorausgangswelle übertragen zu werden, so daß der Motorantriebsstrom in günstiger Weise reduziert werden kann. Wenn ferner das vom Abgas abgetrennte, gespeicherte Wasser direkt dem Wasserinjektor des Kompressors zugeführt wird, dient es nicht nur zur Befeuchtung der Prozeßluft sondern auch zur Kühlung und Schmierung des Kompressors. Wenn die beweglichen Spiralen von Kompressor und Regenerator in Phase angeordnet sind, so daß die Drehmomentänderung des Kompressors generell mit derjenigen des Regenerators zusammenfällt, ist es möglich, eine Leistungsunterstützung des Kompressors mit hohem Wirkungsgrad zu erzielen.

Claims

Brennstoffzellensystem mit – einer Brennstoffzelle (1), die eine Lufteinspeisleitung (2) und eine Gasauslaßleitung (3) aufweist; – einem in der Lufteinspeisleitung angeordneten Kompressor (C); – einem in der Gasauslaßleitung angeordneten Regenerator (E); – einem Motor (M), dessen Ausgangswelle (Mc) einander gegenüberliegende Enden aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor als Spiralkompressor (C) ausgestaltet ist, der eine stationäre Spirale (30) und eine bewegliche Spirale (20) einschließt, und daß der Regenerator als Spiralregenerator (E) ausgestaltet ist, der eine stationäre Spirale (50) und eine bewegliche Spirale (40) einschließt, wobei die bewegliche Spirale (20) des Kompressors (C) an das eine Ende und die bewegliche Spirale (40) des Regenerators (E) an das andere Ende der Motorausgangswelle (Mc) symmetrisch zueinander angekoppelt sind; und wobei das Druckverhältnis des Regenerators (E) um einen Betrag, der dem Druckverlust des Gases in der Brennstoffzelle (1) entspricht, kleiner als dasjenige des Kompressors (C) ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaseinlaßleitung (3) ein Wasserabtrenntank (4) mit einem Wasserspeicherteil und im Kompressor (C) eine Wassereinspritzeinrichtung (34) vorgesehen sind, wobei eine Wasserspeiseleitung (5) den Wasserspeicherteil mit der Wassereinspritzeinrichtung verbindet.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Spirale (20) des Kompressors (C) und die bewegliche Spirale (40) des Regenerators (E) derart angeordnet sind, daß der zeitliche Verlauf des Scheitelwerts der Drehmomentänderung des Kompressors im wesentlichen in Phase mit dem zeitlichen Verlauf des Scheitelwerts der Drehmomentänderung des Regenerators ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das relative Druckverhältnis des Kompressors (C) zum Regenerator (E) durch die Anzahl der Windungen der beweglichen Spiralwände (20b, 40b) von Kompressor und Regenerator bestimmt oder gesteuert ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (M) ein Gehäuse (10), einen Stator (Mb) und einen mit der Ausgangswelle (Mc) verbundenen Rotor (Ma) umfaßt und die stationäre Spirale (30) des Kompressors (C) und die stationäre Spirale (50) des Regenerators (E) am Gehäuse (10) befestigt sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Spirale des Kompressors (C) an das eine Ende und die bewegliche Spirale (40) des Regenerators (E) an das andere Ende der Motorausgangswelle (Mc) über exzentrische Wellenglieder (12) mit Lagern (13) angekoppelt sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mechanismus (14, 15, 15a, 16), der eine Selbstrotation der beweglichen Spiralen (20, 40) von Kompressor (C) und Regenerator (E) verhindert.