KR20180129895A - 연료 전지 시스템, 및 공기-독립적 시스템에서 연료 전지 시스템을 동작시키기 위한 방법 - Google Patents

연료 전지 시스템, 및 공기-독립적 시스템에서 연료 전지 시스템을 동작시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

배출 밸브들(14, 15)을 통한 잔류 가스 분출의 조절을, 반응물질들인 수소(H2) 및 산소(O2)가 별개로 조절되는 가스 서킷들(8, 9)에서 순환하는 연료 전지 시스템에서의 폐쇄된 공기-독립적 시스템 내의 경계 조건들에 적응시키기 위하여, 공기-독립적 시스템(2) 내의 2개의 반응물질들(H2, O2)의 농도들(cH2, cO2)을 측정하기 위한 센서들(17, 18)이 조절 디바이스(16)에 연결된다. 조절 디바이스(16)는, 공기-독립적 시스템(2) 내의 2개의 반응물질들 중 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 농도(cH2)가 미리 정의된 상한치(OG-cH2)를 초과하면 이 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 분출량을 감소시키기 위하여, 또는 공기-독립적 시스템(2) 내의 2개의 반응물질들(H2, O2)의 농도들(cH2, cO2)이 미리 정의된 상한치들(OG-cH2, OG-cO2)을 초과하면, 이 2개의 반응물질들(H2, O2)의 분출량들을 감소시키기 위해, 센서들(17, 18)의 측정 값들에 종속적인 방식으로, 배출 밸브들(14, 15)에 대한 제어 동작들을 수정하도록 구성된다.

Description

연료 전지 시스템, 및 공기-독립적 시스템에서 연료 전지 시스템을 동작시키기 위한 방법
본 발명은, 공기-독립적(air-independent) 설비에서의 동작을 위한 연료 전지 시스템(system)에 관한 것이며, 이 연료 전지 시스템은, 반응물질들인 수소 및 산소의 공급을 위해, 2개의 반응물질들의 2개의 별개의 가스 서킷(gas circuit)들에 연결되는 다수의 연료 전지들 ― 이 반응물질들은, 각각의 경우, 공급 밸브(valve)를 통해 관련 가스 서킷에 유입되고, 이 관련 가스 서킷으로부터 방출 밸브를 통해 공기-독립적 설비로 방출될 수 있음 ―, 및 가스 서킷들 내의 반응물질들의 측정 가스 농도들의 함수로써, 반응물질들의 유입 및 방출 그리고 또한 가스 서킷들 내의 이 반응물질들의 순환을 조절하기 위한 조절 디바이스(device)를 갖는다.
본 발명은 추가로, 공기-독립적 설비에서의 연료 전지 시스템의 동작을 위한 대응하는 방법에 관한 것이다.
이 유형의 시스템은 WO2015024785 (A1)로부터 알려져 있다.
연료 전지들은 전기 에너지(energy)의 무-배출 및 저-잡음 생성을 가능하게 하며, 이러한 이유로, 연료 전지들은, 부유식 또는 잠수식 디바이스들에서 요구되는 전기 에너지를 생성하기 위하여, 이러한 부유식 또는 잠수식 디바이스들에서 점점 더 사용되고 있다. 이 종류의 부유식 또는 잠수식 디바이스들의 예들은 수상함들, 수중함(subsurface vessel)들(잠수함들) 또는 근해 플랫폼(platform)들이다. 따라서, 예컨대, 많은 최신 잠수함들은 공기-독립적 구동부(drive)를 가지며, 여기서, 연료 전지들은, 배터리(battery)와 함께, 잠수함의 전기 추진 구동부를 공급할 뿐만 아니라 잠수 이동 동안 전기 에너지를 모든 추가의 전기 컨슈머(consumer)들에 공급한다. 다른 한편으로, 스노클(snorkel) 이동 또는 수면으로 올라오는 상태(surfaced state)일 동안, 에너지 공급은 디젤(diesel) 발전기를 통해 이루어진다.
이 상황에서, 연료 전지들은 대개, 반응물질들로서 기술적으로 순수한 수소와 산소를 이용하여 동작되며, 이 수소와 산소가 연료 전지들에서 반응하여 물이란 생성물질(product)이 형성된다. 방출될 연소되지 않은 잔류 가스들의 양을 최소화하기 위하여 그리고 반응물질들을 최적으로 사용하기 위해, 전술된 WO2015024785 (A1)로부터 알려진 연료 전지 시스템에서는, 각각의 경우, 2개의 반응물질들이 순환 동작으로 연료 전지들에 피딩(fed)된다. 반응물질들의 순도 수준에 따라, 이 이 반응물질들이 제조 프로세스(process)로부터의 낮은 비율의 불활성 가스들을 함유하기 때문에, 이 반응물질들의 순도는 순환 동작에 기인하여 점진적으로 감소되며, 그 결과로, 이 반응물질들이 대응하는 불순물을 가질 때, 이 반응물질들은 서킷들로부터 제거되고 새로운 반응물질들로 대체될 필요가 있다. 알려진 연료 전지 시스템에서, 가스 서킷들로부터의 반응물질들의 방출, 및 새로운 반응물질들의 가스 서킷들로의 유입 및 이 가스 서킷들에서의 이 새로운 반응물질들의 순환은, 가스 서킷들 내의 반응물질들의 측정 농도들의 함수로써 조절된다. 이 상황에서, 2개의 가스 서킷들 각각에서, 개개의 반응물질의 농도가 떨어짐에 따라, 먼저, 순환 속도가 증가되며; 개개의 반응물질의 최소 농도에 도달하면, 반응물질의 일부는 잔류 가스로서 가스 서킷으로부터 방출되고, 새로운 반응물질로 대체된다.
대체로 산소-함유 잔류 가스가 문제들 없이 외기와 혼합될 수 있는 반면에, 수소-함유 잔류 가스의 경우, 내재하는 화재 위험이 존재한다. 그러므로, DE102006026539 (A1)에서 설명된 바와 같이, 공기-독립적 설비들에서의 알려진 연료 전지 시스템들에서, 수소-함유 잔류 가스는 라인(line)의 도움으로 이 설비의 안전 구역으로 유도되고, 그곳에서만 이 수소-함유 잔류 가스는 외기로 릴리스(release)된다. 안전 구역은, 예컨대 연료 전지 시스템의 운영 인력의 머리 위의 높이(overhead level)에 있는 구역을 수반한다. 그러나, 연소가능한 가스 혼합물이 잔류 가스 출구의 부근에 항상 존재하기 때문에, 송풍기의 도움으로 촉매 반응기를 통해 외기를 순환시키는 것이 알려져 있으며, 이 촉매 반응기에서, 수소는 산소와 함께 물로 변환되며, 따라서 외기에서의 발화성 혼합물들이 방지된다. 화재의 위험 없이, 심지어 촉매 반응기의 사용 없이, 수소-함유 잔류 가스의 방출을 가능하게 하기 위하여, 언급된 문헌 DE102006026539 (A1)에서는, 수소-함유 잔류 가스가 연료 전지 시스템의 외기에 유입되기 전에, 이 수소-함유 잔류 가스를 산소-함유 잔류 가스와 혼합하는 것이 제안된다. 2개의 잔류 가스들로 구성된 가스 혼합물에서, 수소의 농도는 제한 값의 초과에 대해 모니터링된다(monitored). 그런 다음, 제한 값은 예컨대, 발화 하한치에 따라, 선택적으로, 부가의 안전 거리를 이용하여 선택될 수 있다. 미리 정의된 제한 값을 초과하면, 연료 전지 시스템에 대한 수소 공급은 중단될 수 있다. 대안적으로, 또는 제1 단계로서, 예컨대 연료 전지 시스템에 대한 공기 또는 산소 공급이 증가됨으로써, 가스 혼합물 내의 산소-함유 잔류 가스의 비율은 증가될 수 있다.
본 발명은, 반응물질들인 수소 및 산소가 별개로 조절되는 가스 서킷들에서 순환하는 연료 전지 시스템의 경우, 잔류 가스 출력의 조절을, 예컨대 잠수 이동 동안의 잠수함에 의해 표현되는 폐쇄된 공기-독립적 설비 내의 경계 조건들에 맞춤화하는 목적에 기반한다.
본 발명에 따라, 이 목적은 청구항 제1항에서 특정된 연료 전지 시스템 또는 청구항 제5항에서 특정된 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템 또는 방법의 유리한 발전들은 종속항들에서 발견될 수 있다.
따라서, 본 발명의 발명의 요지는, 공기-독립적 설비에서의 동작을 위한 연료 전지 시스템이며, 이 연료 전지 시스템은, 다수의 연료 전지들 ― 이 연료 전지들은, 반응물질들인 수소 및 산소의 공급을 위해, 펌프(pump)들에 의해 추진(driven)되어 반응물질들이 서로 독립적으로 순환하는 2개의 별개의 가스 서킷들에 연결되며, 이 반응물질들은 공급 밸브들을 통해 관련 가스 서킷에 유입되고, 이 관련 가스 서킷으로부터 방출 밸브들을 통해 공기-독립적 설비로 방출될 수 있음 ―, 및 가스 서킷들 내의 반응물질들의 측정 농도들의 함수로써, 공급 밸브들, 방출 밸브들 및 펌프들에 대한 제어 동작들을 수행하는 조절 디바이스를 가지며, 공기-독립적 설비 내의 2개의 반응물질들의 농도들을 측정하기 위한 센서(sensor)들이 조절 디바이스에 연결되며, 그리고 조절 디바이스는, 공기-독립적 설비 내의 2개의 반응물질들 중 하나의 반응물질의 농도가 미리 결정된 상한치를 초과하면 이 하나의 반응물질의 방출량들을 감소시키기 위하여, 또는 공기-독립적 설비 내의 반응물질들 둘 모두의 농도들이 미리 결정된 상한치들을 초과하면, 이 반응물질들 둘 모두의 방출량들을 감소시키기 위해, 센서들의 측정 값들의 함수로써, 방출 밸브들에 대한 제어 동작들을 수정하도록 구성된다.
방출 밸브들에 대한 제어 동작들의 직접적인 수정은 예컨대 제어 변수 한계 결정에 의해 표현된다. 그러나, 가스 서킷들 내의 반응물질들의 가스 농도들에 대한 타겟(target) 값들 또는 제한 값들을 변화시킴으로써, 방출 밸브들에 대한 제어 동작들을 수정하는 것이 또한 가능하다.
유리하게, 2개의 반응물질들의 농도들에 부가하여, 공기-독립적 설비 내의 압력이 또한 측정되며, 여기서, 하나의 반응물질의 방출량의 감소와 함께, 공기-독립적 설비 내의 다른 반응물질의 농도가 이 다른 반응물질에 대해 미리 결정된 임계 값을 초과하고, 측정 압력이 미리 결정된 제한 값 미만으로 떨어지면, 방출 밸브들에 대한 제어 동작들을 통해, 이 다른 반응물질의 방출량이 증가된다. 그 결과, 공기-독립적 설비 내의 반응물질의 농도가 상한치를 초과하는 그 반응물질이 추가로 희석되거나, 또는 공기-독립적 설비에 배열된 촉매 재결합기에서 반응할 수 있는 2개의 반응물질들의 가스량이 증가한다.
공기-독립적 설비 내에서 측정된 산소 농도가 미리 결정된 하한치 미만으로 떨어지면, 산소-함유 잔류 가스의 방출량은 증가된다. 이 조치(measure)가 충분하지 않고, 산소 농도가 미리 결정된 상한치 아래에 있으면, 부가하여, 산소-함유 잔류 가스의 방출량은 감소될 수 있다. 산소-함유 잔류 가스의 감소는 마찬가지로, 2개의 반응물질들의 반응하는 가스량을 감소시키고, 그에 따라 마찬가지로, 산소 농도를 증가시킨다.
본 발명을 추가로 설명하기 위해, 도면의 도(figure)들이 아래에서 참조되며; 도들 각각은 개략적인 표현으로 상세히 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 예시적인 실시예이며, 그리고
도 2는 공기-독립적 주변에서 측정된 가스 농도들, 및 주위 압력의 함수로써 잔류 가스 출력의 예이다.
도 1은 공기-독립적 설비(2)에서의 연료 전지 시스템(1)의 개략적인 표현을 도시한다. 연료 전지 시스템(1)은 연료 전지 또는 연료 전지들(3)의 하나 이상의 스택(stack)들을 가지며, 압력 용기들(4, 5)로부터 그리고 제어가능한 공급 밸브들(6, 7)을 통해 반응물질들인 수소(H2) 및 산소(O2)가 이 연료 전지들(3)에 공급된다. 연료 전지들(3)은, 제어가능한 펌프들(압축기들, 송풍기들 등)(10, 11)에 의해 추진되어 반응물질들(H2, O2)이 서로 독립적으로 순환하는 2개의 별개의 가스 서킷들(8, 9)에 연결된다. 연료 전지들(3)에서, 반응물질들(H2, O2)의 일부는 물로 변환되며, 변환되지 않은 부분들은, 선택적으로 새로운 반응물질들(H2, O2)과 함께, 한 번 더 연료 전지들(3)에 피딩된다.
반응물질들(H2, O2)의 이 순환 동작에 기인하여, 초기에 매우 낮은, 불활성 가스 중의 이 반응물질들(H2, O2)의 비율은 시간에 따라 증가하며, 이는 가스 서킷들(8, 9) 내의 반응물질들(H2, O2)의 농도들의 감소에 대응한다. 가스 서킷들(8, 9) 내의 반응물질들(H2, O2)의 농도들은, 가스 센서들(12, 13)을 사용하여 측정된다. 부가하여, 가스 서킷들(8, 9) 내의 압력들 및 선택적으로 온도들, 그리고 또한, 연료 전지 전압들이 측정될 수 있으며, 이는 여기서 도시되지 않는다. 반응물질들(H2, O2)의 방출은 측정 농도의 함수로써 방출 밸브들(14, 15)을 통해 이루어진다. 이를 위해, 방출 밸브들(14, 15), 그리고 더욱이, 또한, 공급 밸브들(6, 7) 및 펌프들(10, 11)은 조절 디바이스(16)에 의해 작동되며, 이 조절 디바이스(16)는 가스 센서들(12, 13)에 의해 전달되는 측정 값들을 획득한다. 예컨대, WO2015024785 (A1)에서 설명된 바와 같이, 2개의 가스 서킷들(8, 9) 각각에서, 개개의 반응물질(H2, O2)의 농도가 감소함에 따라, 먼저, 순환 속도가 증가된다. 궁극적으로, 개개의 반응물질, 예컨대 H2의 최소 농도에 도달하지 않으면, 반응물질(H2)의 일부는, 잔류 가스로서 해당 가스 서킷(10)으로부터 방출되고, 압력 저장소(4)로부터의 새로운 반응물질(H2)로 대체된다.
부가하여, 조절 디바이스(16)에 센서들(17, 18, 19)이 연결되며, 이 센서들(17, 18, 19)은 공기-독립적 설비(2) 내의 수소 농도(cH2), 산소 농도(cO2) 그리고 또한 주위 압력(p)을 측정한다.
공기-독립적 설비(2)에 배열된 촉매 재결합기(20)가 무염(flameless) 방식으로, 외기에 함유된 수소를 수증기로 변환한다.
도 2는, 예로서, 센서들(17, 18, 19)의 측정 값들의 함수로써, 방출 밸브들(14, 15)에 대한 제어 동작들이 어떻게 수정되는지를 도시한다. 이 상황에서, 공기-독립적 설비(2) 내의 수소 농도(cH2) 또는 산소 농도(cO2)가 미리 정의된 상한치(OG-cH2 또는 OG-cO2)를 초과하면, 수소-함유 및/또는 산소-함유 잔류 가스의 출력량은 감소된다. 압력(p)이 미리 결정된 제한 값(OG-p) 미만으로 떨어지고, 2개의 반응물질들 중 하나의 반응물질, 예컨대 수소의 농도만이 상한치(OG-cH2)를 초과하면, 외기에서의 수소 농도가 희석되도록, 개개의 다른 반응물질, 이 경우 산소의 방출은 증가된다. 산소 과잉의 경우, 설비(2)로의 산소-함유 잔류 가스의 방출을 증가시킴으로써, 재결합기(20)에서 반응하는 수소 및 산소의 양이 증가된다. 궁극적으로, 공기-독립적 설비(2) 내의 산소 농도(cO2)가 미리 결정된 하한치(UG-cO2) 미만으로 떨어지면, 산소-함유 잔류 가스의 방출량은 증가된다. 이 조치가 충분하지 않으면, 부가하여, 산소-함유 잔류 가스의 방출량은 감소될 수 있다. 모든 이들 조치들의 목적은, 충분한 압력(UG-p < p < OG-p)으로, 공기-독립적 설비(2) 내에 적은 수소(cH2 < OG-cH2) 그리고 충분한 산소(UG-cO2 < cO2 < OG-cO2)가 존재하는 것이다. 나머지 경우들에서, 방출 밸브들(14, 15)에 대한 제어 동작들은 영향받지 않은 상태로 유지되거나(조치들이 없음), 또는 압력(p)이 제한 값(OG-p)을 초과하거나 또는 하한치 값(UG-p) 미만으로 떨어지면, 잔류 가스량들은 감소되거나 또는 증가된다.

Claims (8)

  1. 공기-독립적(air-independent) 설비(2)에서의 동작을 위한 연료 전지 시스템(system)(1)으로서,
    다수의 연료 전지들(3) ― 상기 연료 전지들(3)은, 반응물질들인 수소(H2) 및 산소(O2)의 공급을 위해, 펌프(pump)들(10, 11)에 의해 추진(driven)되어 반응물질들(H2, O2)이 서로 독립적으로 순환하는 2개의 별개의 가스 서킷(gas circuit)들(8, 9)에 연결되며, 상기 반응물질들(H2, O2)은 공급 밸브(valve)들(6, 7)을 통해 상기 가스 서킷(8, 9)에 유입되고, 상기 가스 서킷(8, 9)으로부터 방출 밸브들(14, 15)을 통해 상기 공기-독립적 설비(2)로 방출될 수 있음 ―, 및
    상기 가스 서킷들(8, 9) 내의 상기 반응물질들(H2, O2)의 측정 농도들에 따라, 상기 공급 밸브들(6, 7), 상기 방출 밸브들(14, 15) 및 상기 펌프들(10, 11)에 대한 제어 동작들을 수행하는 조절 디바이스(device)(16)
    를 가지며,
    상기 공기-독립적 설비(2) 내의 2개의 반응물질들(H2, O2)의 농도들(cH2, cO2)을 측정하기 위한 센서(sensor)들(17, 18)이 상기 조절 디바이스(16)에 연결되며, 그리고
    상기 조절 디바이스(16)는, 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 상기 2개의 반응물질들 중 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 농도(cH2)가 미리 결정된 상한치(OG-cH2)를 초과하면 상기 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 방출량들을 감소시키기 위하여, 또는 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 상기 반응물질들(H2, O2) 둘 모두의 농도들(cH2, cO2)이 미리 결정된 상한치들(OG-cH2, OG-cO2)을 초과하면, 상기 반응물질들(H2, O2) 둘 모두의 방출량들을 감소시키기 위해, 상기 센서들(17, 18)의 측정 값들에 따라, 상기 방출 밸브들(14, 15)에 대한 상기 제어 동작들을 수정하도록 구성되는,
    연료 전지 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서,
    부가하여, 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 압력(p)을 측정하기 위한 압력 센서(19)가 상기 조절 디바이스(16)에 연결되며, 그리고
    상기 조절 디바이스(16)는 추가로, 상기 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 방출량의 감소와 함께, 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 다른 반응물질(O2)의 농도(cO2)가 상기 다른 반응물질(O2)에 대해 미리 결정된 임계 값(OG-cO2) 미만으로 떨어지고, 측정 압력(p)이 미리 결정된 제한 값(OG-p) 미만으로 떨어지면, 상기 다른 반응물질(O2)의 방출량을 증가시키기 위하여, 상기 압력 센서(19)의 측정 값들에 따라, 부가하여, 상기 방출 밸브들(14, 15)에 대한 상기 제어 동작들을 수정하도록 구성되는,
    연료 전지 시스템(1).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조절 디바이스(16)는 추가로, 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 반응물질인 산소(O2)의 농도(cO2)가 미리 결정된 하한치(UG-cO2) 미만으로 떨어지면, 상기 반응물질인 산소(O2)의 방출량을 증가시키기 위하여, 상기 방출 밸브들(14, 15)에 대한 상기 제어 동작들을 또한 수정하도록 구성되는,
    연료 전지 시스템(1).
  4. 제3항에 있어서,
    부가하여, 반응물질인 수소(H2)의 방출량이 감소되는,
    연료 전지 시스템(1).
  5. 공기-독립적 설비(2)에서의 연료 전지 시스템(1)의 동작을 위한 방법으로서,
    2개의 별개의 가스 서킷들(8, 9) 내의 반응물질들인 수소(H2) 및 산소(O2)가 다수의 연료 전지들(3)에 공급되며, 상기 가스 서킷들(8, 9)에서, 반응물질들(H2, O2)은 펌프들(10, 11)에 의해 추진(driven)되어 서로 독립적으로 순환하며, 상기 반응물질들(H2, O2)은 공급 밸브들(6, 7)을 통해 상기 가스 서킷들(8, 9)에 유입되고, 상기 가스 서킷들(8, 9)로부터 방출 밸브들(14, 15)을 통해 상기 공기-독립적 설비(2)로 방출되며, 그리고 상기 가스 서킷들(8, 9) 내의 상기 반응물질들(H2, O2)의 측정 농도들에 따라, 조절 디바이스(16)에 의하여, 상기 공급 밸브들(6, 7), 상기 방출 밸브들(14, 15) 및 상기 펌프들(10, 11)에 대한 제어 동작들이 수행되며, 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 2개의 반응물질들(H2, O2)의 농도들이 측정되며, 그리고 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 상기 2개의 반응물질들 중 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 농도(cH2)가 미리 결정된 상한치(OG-cH2)를 초과하면 상기 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 방출량을 감소시키기 위하여, 또는 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 상기 2개의 반응물질들(H2, O2)의 농도들(cH2, cO2)이 미리 결정된 상한치들(OG-cH2, OG-cO2)을 초과하면, 상기 2개의 반응물질들(H2, O2)의 방출량들을 감소시키기 위해, 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 상기 2개의 반응물질들(H2, O2)의 측정 농도들에 따라, 상기 방출 밸브들(14, 15)에 대한 상기 제어 동작들이 수정되는,
    방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공기-독립적 설비(2) 내의 압력이 부가적으로 측정되며, 그리고
    상기 하나의 반응물질(예컨대, H2)의 방출량의 감소와 함께, 상기 공기-독립적 설비(2) 내의 다른 반응물질(O2)의 농도(cO2)가 상기 다른 반응물질(O2)에 대해 미리 결정된 임계 값(OG-cO2)을 초과하고, 측정 압력(p)이 미리 결정된 제한 값(OG-p) 미만으로 떨어지면, 상기 다른 반응물질(O2)의 방출량을 증가시키기 위하여, 상기 측정 압력(p)에 따라, 부가하여, 상기 방출 밸브들(14, 15)에 대한 상기 제어 동작들이 수정되는,
    방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 공기-독립적 설비(2) 내의 반응물질인 산소(O2)의 농도(cO2)가 미리 결정된 하한치(UG-cO2) 미만으로 떨어지면, 상기 반응물질인 산소(O2)의 방출량을 증가시키기 위하여, 상기 방출 밸브들(14, 15)에 대한 상기 제어 동작들이 또한 수정되는,
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    부가하여, 반응물질인 수소(H2)의 방출량이 감소되는,
    방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021204515A1 (de) 2021-05-05 2022-11-10 Zf Friedrichshafen Ag Verdichteranordnung für ein Brennstoffzellensystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160032233A (ko) * 2013-08-20 2016-03-23 지멘스 악티엔게젤샤프트 연료 전지 적층체의 작동 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7169491B2 (en) * 2003-02-26 2007-01-30 General Motors Corporation Flexible system for hydrogen recirculation
DE102004061915A1 (de) * 2004-12-22 2006-07-06 Ballard Power Systems Ag Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems und Einrichtung zum Überwachen eines solchen
JP4649308B2 (ja) * 2005-10-04 2011-03-09 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
DE102006026539A1 (de) 2006-06-07 2007-12-13 Siemens Ag Verfahren zur Restgasentsorgung bei einem Brennstoffzellensystem sowie Brennstoffzellensystem mit verbesserter Restgasentsorgung
US20080187788A1 (en) * 2007-02-06 2008-08-07 Fellows Richard G System and method of operation of a fuel cell system and of ceasing the same for inhibiting corrosion
FR2952232B1 (fr) * 2009-10-30 2011-12-16 Michelin Soc Tech Pile a combustible et procedure d'arret d'une pile a combustible.

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160032233A (ko) * 2013-08-20 2016-03-23 지멘스 악티엔게젤샤프트 연료 전지 적층체의 작동 방법

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