KR20240055079A - 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치 및 방법, 연료 전지 시스템 - Google Patents

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한스-크리스토프 마겔
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 연료 전지 시스템(31)의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1)와, 본 발명에 따른 장치(1)를 구비한 연료 전지 시스템(31)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 부하에 따라 각각 개별적으로 또는 공동으로 작동되는 병렬 연결된 적어도 2개의 제트 펌프(4, 6)들이 사용되는, 연료 전지 시스템(31)의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치 및 방법, 연료 전지 시스템
본 발명은, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 방법이 제안된다. 이러한 장치는 본 발명에 따른 방법의 실행을 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치를 구비한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지 시스템은 적어도 하나의 연료 전지를 포함하고, 이러한 연료 전지에 의하여 연료, 예를 들어 수소와, 산화제, 예를 들어 산소가 전기 에너지, 열 및 물로 변환될 수 있다. 이를 위해, 연료 전지는 애노드 및 캐소드를 포함한다. 연료 전지 시스템의 작동 중에, 애노드는 연료를 공급받고, 캐소드는 산화제를 공급받는다. 따라서, 연료는 애노드 기체이다.
시스템적으로, 애노드에 대한 연료 또는 애노드 기체의 공급 시에는, 연료 전지로부터 배출되는, 여전히 연료가 풍부한 애노드 기체를 재순환시키고, 신선한 연료와 함께 새로이 애노드에 공급하는 접근법이 확립되었다. 이 경우, 제트 펌프가 또 다른 제트 펌프와 조합되어 기체 이송 유닛으로서, 다양한 작동 상태들, 특히 고부하 작동 및 저부하 작동에서의 재순환 성능을 충족하기 위하여 사용되는 경우가 빈번하다. 이 경우, 제트 펌프들은 부하에 따라 각각 개별적으로 또는 공동으로 작동 가능할 수 있다. 이 경우, 제트 펌프들은, 특히 추진 매체인 애노드 기체의 유연하고 필요에 따른 계량 공급을 보장하기 위하여 제트 펌프 당 각각 하나의 별도 계량 공급 밸브를 통해 수소를 공급받는다.
DE 10 2007 004 590 A1호로부터는, 적어도 2개의 병렬 연결된 제트 펌프들을 포함하는 장치가 공지되어 있다. 일반적으로, 안전 상의 이유로, 각각의 제트 펌프를 통한 이송량의 역류를 방지하기 위해 2개의 제트 펌프들 각각에 각각 하나의 체크 밸브가 추가적으로 사용된다. 이 경우, 장치의 전체 비용을 증가시키는 2개의 별도 체크 밸브들에 대한 높은 비용이 문제이다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하는 데 관한 것이다. 이러한 해결을 위해, 청구범위 제1항의 특징들을 갖는 장치와, 청구범위 제8항의 특징들을 갖는 방법이 제시된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 각각의 종속 청구범위들에 제시된다. 또한, 본 발명에 따른 장치를 구비한 연료 전지 시스템이 제시된다.
본 발명에 따라, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치 및 방법, 그리고 연료 전지 시스템이 제안된다. 이러한 장치는, 부하에 따라 각각 개별적으로 또는 공동으로 작동 가능한, 병렬 연결된 적어도 2개의 제트 펌프들을 포함하고, 제트 펌프들에는 적어도 간접적으로 추진 매체가, 특히 탱크로부터 각각의 계량 공급 밸브 및 유입 라인을 통해 공급된다.
청구항 제1항을 참조하여, 본 발명에 따른 장치는, 제1 제트 펌프가 유입측 또는 유출측에서 적어도 하나의 체크 밸브를 통해 연료 전지, 특히 애노드 영역과 유체 연결되고, 제2 제트 펌프가 이러한 유형의 체크 밸브 없이, 특히 유동 경로 내에서 유입측 또는 유출측에서 연료 전지, 특히 애노드 영역과 유체 연결되는 방식으로 형성된다. 이러한 방식으로, 제2 제트 펌프를 위한 추가적인 제2 체크 밸브가 절감될 수 있으므로 장치의 저렴한 형성이 유도될 수 있다는 장점이 달성될 수 있다. 또한, 추가적인 제2 체크 밸브의 생략을 통해 구조 공간 요구가 크게 줄어든다. 따라서, 장치의 더욱 컴팩트한 구조가 유도될 수 있으므로써, 전체 차량 내 구조 공간이 더 적게 요구된다. 또한, 이러한 체크 밸브의 절감으로 인해 제2 체크 밸브의 결함 위험이 완전히 방지될 수 있으므로, 장치의 수명이 연장될 수 있다. 또한, 장치의 이러한 본 발명에 따른 실시예를 통하여, 애노드 회로 내에 높은 습도가 존재하는, 특히 0℃미만의 온도에서의 장치와, 이에 따라 전체 연료 전지 시스템의 냉간 시동 능력이 향상될 수 있다. 따라서, 제2 제트 펌프의 영역 내의 제2 체크 밸브의 결빙은, 제2 제트 펌프가 이러한 유형의 제2 체크 밸브 없이 형성되고 그리고/또는 연료 전지와 연결됨으로써 방지된다. 이를 통해, 제2 제트 펌프는 낮은 온도에서도 신뢰 가능하게 작동될 수 있고, 연료 전지의 시동이 언제든지 가능하다.
종속항들에 제시된 조치들을 통해, 제1항에 명시된 이송 장치의 바람직한 개선예들이 가능하다. 종속항들은 본 발명의 바람직한 개선예들에 관한 것이다.
장치의 특히 바람직한 일 개선예에 따라, 제1 제트 펌프의 체크 밸브는 유출측으로 연결 라인의 영역 내에 또는 연결 라인과 제1 제트 펌프 사이에 위치한다. 게다가 또는 대안적으로, 이러한 체크 밸브 또는 추가적인 체크 밸브는 유입측으로 제1 유입부를 통해 복귀 라인의 영역 내에 또는 복귀 라인과 제1 제트 펌프 사이에 위치할 수 있다. 이러한 방식으로, 특히 제1 제트 펌프가 추진 매체의 유량 제어를 실행하지 않는 동안, 제1 제트 펌프를 통한 이송량의 역류가 신뢰 가능한 방식으로 방지될 수 있다. 또한, 장치의 이러한 독창적인 실시예를 통하여 장치의 컴팩트한 구조 형상이 유도될 수 있다.
장치의 바람직한 일 개선예에 따라, 제2 제트 펌프는 저부하 작동을 위해 구성된다. 이 경우, 특히 계량 공급의 범주에서의 추진 매체의 유량 제어가 제2 계량 공급 밸브를 통해서만 실행된다. 저부하 작동의 경우, 이에 따라 제1 제트 펌프가 계량 공급 밸브에 의해 유입 라인으로부터 유체 분리되고, 제1 제트 펌프를 통한 이송량의 역류도 체크 밸브에 의해 방지됨으로써, 제2 제트 펌프만 작동될 수 있다. 이 경우, 제2 제트 펌프는 자신의 크기 및/또는 유동 윤곽들의 형성으로 인하여, 연료 전지 시스템의 저부하 작동 시에 제1 제트 펌프보다 더욱 양호한 효율을 갖는다. 또한, 제1 제트 펌프를 통한 애노드 기체의 관류로 인한 마찰 손실이 발생하지 않는다. 따라서, 변함없이 높은 재순환 성능 및/또는 높은 효율이 제공될 수 있다.
특히 바람직한 일 실시예에 따라, 제1 제트 펌프는 고부하 작동을 위해 구성되고, 특히 계량 공급의 범주에서의 추진 매체의 유량 제어가 제1 계량 공급 밸브를 통해 실행된다. 이러한 방식으로, 제트 펌프들이 서로 분리되어 제어 가능하기 때문에 변함없이 높은 재순환 성능이 제공될 수 있다. 또한, 제1 제트 펌프에 의한 연료 전지의 최적의 장입이 실행될 수 있으므로, 연료 전지 시스템의 효율은 향상될 수 있다.
장치의 특히 바람직한 일 개선예에 따라, 제2 제트 펌프는, 적어도 거의 0에 가까운 낮은 이송량에서도, 특히 제2 제트 펌프의 기하학적 형성으로 인해 제1 제트 펌프와 적어도 대략 동일한 압력 형성 가능성을 갖는다. 이러한 방식으로, 이러한 압력 형성 가능성에 의하여 제2 제트 펌프를 통한 애노드 기체의 이송량의 역류가 방지될 수 있다. 따라서, 장치 및/또는 연료 전지 시스템의 효율은 향상될 수 있다.
장치의 바람직한 일 실시예에 따라, 유입 라인은 제1 차단 밸브로부터 나와 제1 교차점의 영역에서 제1 유입 라인과 제2 유입 라인으로 분기된다. 이러한 방식으로, 제1 제트 펌프와 제2 제트 펌프의 병렬 연결이 실행될 수 있다. 이 경우, 제1 제트 펌프의 제1 계량 공급 밸브가 폐쇄 유지되는 동안 제2 계량 공급 밸브가 개방됨으로써, 제2 제트 펌프만의 장입이 실행될 수 있다. 또한, 병렬 연결된 2개의 제트 펌프들이 공동으로 작동 가능하다. 이 경우, 장치 및/또는 연료 전지 시스템의 효율이 향상될 수 있고, 연료 전지에 대한 수소의 효율적인 공급이 적어도 거의 모든 작동 상태들에 걸쳐 보장될 수 있다.
따라서, 제안된 장치는 하기에 설명된 본 발명에 따른 방법을 실행하기에 특히 적합하다. 따라서, 이러한 장치에 의해서는, 연료 전지 시스템의 효율이 향상될 수 있는 것과 동일한 장점들이 달성될 수 있다.
연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 제안된 방법에서의 바람직한 일 실시예에 따라, 병렬 연결된 적어도 2개의 제트 펌프들이 사용되고, 여기서 제2 제트 펌프는 지속적으로 작동되고, 부하에 따라 제1 제트 펌프가, 특히 제1 계량 공급 밸브에 의해 접속될 수 있고, 제1 제트 펌프만이 체크 밸브를 포함한다. 이러한 방식으로, 본원의 방법은, 제2 제트 펌프의 영역에 제2 체크 밸브가 존재하지 않음으로써 유동 라인들의 유동 저항이 감소될 수 있는 방식으로 작동될 수 있다. 이러한 방식으로, 연료 전지 시스템의 효율은 본원의 방법에 의해 향상될 수 있다. 또한, 원칙적으로 애노드 기체의 재순환을 위해 2개의 제트 펌프들도 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 변함없이 높은 재순환 성능이 유도될 수 있는데, 자세히 말해 고부하에서 뿐만 아니라 저부하에서도 유도될 수 있다.
본원의 방법의 특히 바람직한 일 실시예에서는, 저부하에서 저부하를 위해 구성된 제2 제트 펌프만이 작동되는 것이 제안된다. 이는 부하에 매칭된 재순환 성능을 유도한다. 고부하를 위해서는, 제1 제트 펌프인 고부하 제트 펌프가 제공될 수 있고, 이후 이러한 고부하 제트 펌프는 제2 제트 펌프인 저부하 제트 펌프와 함께 작동된다.
본원의 방법의 특히 바람직한 일 실시예에서, 제2 제트 펌프만이 작동 중일 때는, 각각의 제1 제트 펌프를 통한 애노드 기체의 역류가 적어도 밸브, 특히 체크 밸브에 의해 방지된다. 단지 하나의 제트 펌프가 작동되는 경우에는, 비활성화된 제트 펌프를 통해 애노드 기체가 재흡입될 위험이 있다. 차단 요소가 체크 밸브로서 사용될 때, 이러한 차단 요소가 수동식 또는 압력 제어식 밸브일 수도 있으므로, 이 경우에도 구현이 비교적 간단하다. 적어도 하나의 차단 요소는 바람직하게는 연결 라인의 영역에 배열된다.
본 발명은 본원에 설명된 실시예들 및 그에 제시된 양태들로 제한되지 않는다. 오히려, 청구항들을 통해 명시된 범위 내에서, 전문가적 조치의 범주에 있는 복수의 변형예들이 가능하다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기에 보다 구체적으로 설명된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부 도면들을 이용하여 하기에 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 제트 펌프를 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 연료 전지 및 장치를 구비한, 본 발명에 따른 연료 전지 배열체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 연료 전지 및 장치를 구비한, 본 발명에 따른 연료 전지 배열체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 따른 도시는 제1 제트 펌프(4) 또는 제2 제트 펌프(6)의 개략적인 종단면도를 보여준다.
이 경우, 제트 펌프(4, 6)는 제1 유입부(28), 제2 유입부(36), 흡입 영역(7), 혼합관(9) 및 디퓨저 영역(11)을 포함한다. 이 경우, 애노드 기체는 적어도 부분적으로 제트 펌프(4, 6)를 통해 유동 방향(III)으로 유동하고, 유동 방향(III)은 제트 펌프(4, 6)의 종축(52)에 대해 평행하게 연장된다. 이 경우, 제트 펌프(4, 6)의 관류 영역들의 대부분은 적어도 대략 관형으로 형성되고, 제트 펌프(4, 6) 내에서의, 특히 H2O 및 N2의 비율을 갖는 H2인 기체 매체의 이송 및/또는 안내를 위해 사용된다. 이 경우, 제트 펌프(4, 6)는 제 2 유입부(36)에 의해 추진 매체를 공급받고, 이러한 추진 매체는 노즐(12)의 채널을 통해 흡입 영역(7) 또는 혼합관(9) 내로 유입된다. 또한, 제트 펌프(4, 6)는 제1 유입부(28)를 통해 재순환물을 공급받고, 이러한 재순환물은 특히 연료 전지(32), 특히 스택의 애노드 영역(38)(도 2에 도시됨)으로부터의 미사용 H2이고, 재순환물은 물 및 질소도 포함할 수 있다. 이 경우, 추진 매체는 탱크(34)로부터 나올 수 있고, 고압, 특히 5bar를 초과하는 압력이 가해질 수 있다.
노즐(12)에 의해 추진 매체는 흡입 영역(7) 및/또는 혼합관(9) 내로 배출된다. 노즐(12)을 통해 유동하고 추진 매체로서 사용되는 수소는, 제1 유입부(28)로부터 각각의 제트 펌프(4, 6) 내로 유입되는 재순환 매체에 대해 압력차 및/또는 속도차를 갖고, 추진 매체는 특히 적어도 5bar의 더 높은 압력을 갖는다. 소위 제트 펌프 효과가 발생하는 경우, 재순환 매체는 저압에 의해 각각의 제트 펌프(4, 6)의 중앙 유동 영역 내로 이송된다. 이 경우, 추진 매체는 상술한 압력차로, 그리고 특히 음속에 가까울 수 있는 빠른 속도로 노즐(12)을 통해 흡입 영역(7) 및/또는 혼합관(9) 내로 유입된다.
이 경우, 노즐(12)은, 특히 제1 제트 펌프(4)의 경우 제1 계량 공급 밸브(10)로부터 나와 흡입 영역(7) 및/또는 혼합관(9) 내로 유입되도록 기체 매체가 관류할 수 있는 유동 개구의 형태를 갖는 내부 리세스를 포함한다. 이 경우, 추진 매체는, 이미 흡입 영역(7) 및/또는 혼합관(9) 내에 위치한 재순환 매체를 만난다. 추진 매체와 재순환 매체 사이의 큰 속도차 및/또는 압력차로 인해, 매체들 사이에 내부 마찰 및 난류가 생성된다. 이 경우, 빠른 추진 매체와 훨씬 더 느린 재순환 매체 사이의 경계층 내에 전단 응력이 생성된다. 이러한 응력은 운동량 전이를 야기하며, 재순환 매체는 가속되고, 휩쓸려간다. 이러한 혼합은 운동량 보존의 원리에 따라 발생한다. 이 경우, 재순환 매체는 유동 방향(III)으로 가속되고, 재순환 매체에 대해 압력 강하가 발생함으로써, 흡입 작용이 사용되고, 이에 따라 추가 재순환 매체가 제1 유입부(28)의 영역으로부터 추가 이송된다.
이러한 효과는 제트 펌프 효과라고 불릴 수 있다. 제1 계량 공급 밸브(10) 및/또는 제1 차단 밸브(15)에 의해 추진 매체의 계량 공급을 제어함으로써, 재순환 매체의 이송률이 조절될 수 있으며, 작동 상태 및 작동 요건에 따른 전체 연료 전지 시스템(31)(도 1에는 도시되지 않음)의 각각의 요구에 매칭될 수 있다. 제1 계량 공급 밸브(10)가 폐쇄 상태에 있는 장치(1) 및/또는 각각의 제트 펌프(4, 6)의 예시적인 작동 상태에서는, 추진 매체가 제2 유입부(36)로부터 제1 제트 펌프(4)의 중앙 유동 영역 내로 추가 유동하는 것이 방지될 수 있으므로, 추진 매체는 유동 방향(III)으로 재순환 매체를 향해 흡입 영역(7) 및/또는 혼합관(9) 내로 더 유입될 수 없고, 이에 따라 제트 펌프 효과가 중단된다. 혼합관(9)의 통과 이후, 특히 재순환 매체 및 추진 매체로 구성된, 혼합된 그리고 이송될 매체는 유동 방향(III)으로 디퓨저 영역(11) 내로 유동하고, 디퓨저 영역(11) 내에서는 유동 속도의 감소가 발생할 수 있다. 그곳으로부터, 매체는 예를 들어 연료 전지(32)의 애노드 영역(38) 내로 더 유동한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 계량 공급 밸브(10, 14)는 각각의 제트 펌프(4, 6)에 직접 위치할 수 있고, 특히 그와 공동의 조립체를 형성할 수 있으며, 각각의 계량 공급 밸브(10, 14)는 각각의 통합형 추진 노즐(12a, 12b)을 포함할 수 있다. 이 경우, 각각의 제트 펌프(4, 6)는 각각의 계량 공급 밸브(10, 14) 및/또는 각각의 통합형 추진 노즐(12a, 12b)을 통해 신선한 애노드 기체를 공급받는다.
도 2는 제1 실시예에 따른 연료 전지(32) 및 장치(1)를 구비한, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(31)의 개략적인 도시를 보여준다. 이 경우, 장치(1)는, 부하에 따라 각각 개별적으로 또는 공동으로 작동 가능한, 병렬 연결된 적어도 2개의 제트 펌프(4, 6)들을 포함하는 연료 전지 시스템(31)의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위해 사용되고, 제트 펌프(4, 6)들에는 적어도 간접적으로 추진 매체가, 특히 탱크(34)로부터 제1 차단 밸브(15) 및/또는 유입 라인(21)을 통해 공급된다. 예시적인 일 실시예에서, 이 경우 특히 추진 매체인 신선한 애노드 기체가 탱크(34)로부터 탱크 라인(27)을 통해 제2 차단 밸브(17)로 유동한다. 이 경우, 제2 차단 밸브(17)는 탱크(34)를 연료 전지 시스템(31) 및/또는 연료 전지(32)로부터 유체 분리하기 위해 사용될 수 있다. 제2 차단 밸브(17)로부터 추진 매체는, 특히 감압기(19)인 압력 조절 밸브(19)로 유동하고, 이러한 압력 조절 밸브에 의하여, 탱크(34)로부터 나오는 애노드 기체의 압력 수준은 이러한 애노드 기체가 중간 압력 라인 내로 더 유동하기 이전에 감소된다. 이 경우, 제2 차단 밸브(17)는 일반적으로 안전상의 이유로 사용되고, 제2 차단 밸브(17)는 선택적으로 사용된다. 이 경우, 연료 전지 시스템(31)의 가능한 예시적인 일 실시예에서, 압력 감소는, 예를 들어 탱크(34) 내에 형성된 700bar 범위의 압력 수준으로부터 중간 압력 라인의 영역에서의 10 내지 15bar 범위의 압력 수준으로 하향 조절될 수 있다. 중간 압력 라인으로부터, 추진 매체는 제1 차단 밸브(15) 및 하류의 유입 라인(21)을 통해 각각의 제트 펌프(4, 6)로 유동한다. 제1 차단 밸브(15)로부터 나오는 유입 라인(21)은 제1 교차점(46)의 영역에서 제1 유입 라인(21a)과 제2 유입 라인(21b)으로 분기된다.
이 경우, 장치(1) 및/또는 각각의 제트 펌프(4, 6)가 연결 라인(29)을 통해, 애노드 영역(38) 및 캐소드 영역(40)을 포함하는 연료 전지(32)와 연결되는 것이 도시되어 있다. 또한, 연료 전지(32)의 애노드 영역(38)을 적어도 간접적으로 각각의 제1 유입부(28)와 연결하고, 이에 따라 특히 각각의 제트 펌프(4, 6)의 흡입 영역(7)과 연결하는 복귀 라인(23)이 제공된다. 복귀 라인(23)에 의하여, 애노드 영역(38) 내에서 연료 전지(32)의 작동 시에 이용되지 않는 제1 기체 매체는 제1 유입부(28)로 복귀될 수 있다. 이러한 제1 기체 매체는 특히 상기 설명된 재순환 매체이다. 또한, 예시적인 일 실시예에서, 복귀 라인(23)의 영역 내에는 물 분리기(8) 및/또는 배출 밸브(30)가 위치할 수 있다. 이에 따라, 미사용 기체 매체는 연료 전지(32)로부터 물 분리기(8) 내로 유동하고, 이러한 물 분리기 내에서 물은 수소로부터 분리되고, 이후 물은 예를 들어 밸브(8)에 의해 주변부(26)로 배출된다. 그곳으로부터, 연결 라인(29)을 통한 애노드 기체는 다시 각각의 제트 펌프(4, 6)로 또는 배출 밸브(30)로 유동할 수 있다. 특히 퍼지 밸브(30)인 배출 밸브(30)의 영역에서는 물 및/또는 수소 및/또는 질소가 주변부(26)로 방출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 제트 펌프(4)는 유입측 또는 유출측에서 적어도 하나의 체크 밸브(18)를 통해 연료 전지(32), 특히 애노드 영역(38)과 유체 연결되고, 제2 제트 펌프(6)는 이러한 유형의 체크 밸브 없이, 특히 유동 경로 내에서 유입측 또는 유출측에서 연료 전지(32), 특히 애노드 영역(38)과 유체 연결된다. 이에 따라, 제2 제트 펌프(6)는 별도의 제2 체크 밸브를 포함하지 않는다. 이 경우, 제2 제트 펌프(6)가 연료 전지(32)의 최소 발생 작동점을 위해 구성되고, 이에 따라 유량 조절을 필요로 하지 않는 경우가 특히 바람직하다. 반면, 제1 제트 펌프(4)는 고부하 작동을 위해 구성되고, 특히 계량 공급의 범주에서의 추진 매체의 유량 제어가 제1 계량 공급 밸브(10)를 통해 실행된다. 이에 따라, 제2 제트 펌프(6)는 저부하 작동을 위해 구성되고, 특히 계량 공급의 범주에서의 추진 매체의 유량 제어가 제2 계량 공급 밸브(14)를 통해 실행된다. 반면, 제1 제트 펌프(4)는 고부하 작동을 위해 구성되고, 특히 계량 공급의 범주에서의 추진 매체의 유량 제어가 제1 계량 공급 밸브(10)를 통해 실행된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 연결 라인(29a, 29b)은 각각의 제트 펌프(4, 6)의 하류에 위치한다. 연결 라인(29a, 29b)들은 제2 교차점(48)의 영역에서 합류하고 그리고/또는 서로 간에 그리고 연결 라인(29)의 추가 영역과 유체 연결된다. 이 경우, 각각의 제트 펌프(4, 6)는 연결 라인(29)에 의해 연료 전지(32)와 연결된다. 도 2에 도시된 제1 실시예에서 제1 제트 펌프(4)의 체크 밸브(18)는 유입측으로 복귀 라인(23b)의 영역 내의 제1 유입부(28) 상류에 또는 복귀 라인(23b)과 제1 제트 펌프(4) 사이에 위치한다.
도 2에 도시된 장치(1)에서, 제2 제트 펌프(6)는, 적어도 거의 0에 가까운 낮은 이송량에서도, 특히 제2 제트 펌프(6)의 기하학적 형성으로 인해 제1 제트 펌프(4)와 적어도 대략 동일한 압력 형성 가능성을 가질 수 있다. 병렬 연결된 적어도 2개의 제트 펌프(4, 6)들이 사용되는 애노드 기체의 재순환을 위한 도시된 방법에서, 제2 제트 펌프(6)는 지속적으로 작동되고, 부하에 따라 제1 제트 펌프(4)가 접속될 수 있다. 이 경우, 접속은 제1 계량 공급 밸브(10)에 의해 실행되고, 제1 제트 펌프(4)만이 체크 밸브(18)를 포함한다. 이 경우, 체크 밸브(18)의 상이한 구조 형상들, 예를 들어 스프링이 장착되거나 스프링이 없는 체크 밸브(18) 또는 볼 밸브(18), 플레이트 밸브(18), 플랩 밸브(18)가 사용될 수 있다. 장치(1)의 작동을 위한 방법에서, 제2 제트 펌프(6)에서는 제1 제트 펌프(4)를 통한 애노드 기체의 역류가 적어도 하나의 체크 밸브(18)에 의해 방지된다. 이러한 방식으로, 제트 펌프(4, 6)들이 효율적인 방식으로 병렬 연결될 수 있다는 장점이 달성될 수 있다. 또한, 이에 따라 제1 제트 펌프(4)와 제2 제트 펌프(6)가 효율적으로 병렬 연결될 수 있고, 연료 전지 시스템(31)의 상이한 작동 상태들에서 연료 전지(32)에 대한 애노드 기체의 효율적인 공급이 보장될 수 있다. 또한, 장치(1)와 연결 라인(29a, 29b)들의 컴팩트한 구조 형상이, 제2 교차점(48)에 의한 이들의 유체 연결 시에 달성될 수 있다.
도 3에는 제2 실시예에 따른 연료 전지(32) 및 장치(1)를 구비한 본 발명에 따른 연료 시스템(31)의 개략적인 도시가 나타난다. 이 경우, 제1 제트 펌프(4)의 체크 밸브(18)는 유입측으로 복귀 라인(23b)의 영역 내의 제1 유입부(28) 상류에서 또는 복귀 라인(23b)과 제1 제트 펌프(4) 사이에서 유출측으로 연결 라인(29b)의 영역 내에 또는 연결 라인(29b)과 제1 제트 펌프(4) 사이에 위치한다.
본 발명은 바람직한 실시예에 의하여 위에서 완전히 설명되었음에도 불구하고, 이에 한정되지 않으며, 다양한 방법 및 방식으로 변형 가능하다.

Claims (11)

  1. 연료 전지 시스템(31)의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1)로서, 이러한 장치는, 부하에 따라 각각 개별적으로 또는 공동으로 작동 가능한, 병렬 연결된 적어도 2개의 제트 펌프(4, 6)들을 포함하고, 제트 펌프(4, 6)들에는 적어도 간접적으로 추진 매체가, 특히 탱크(34)로부터 유입 라인(21)을 통해 공급되고, 제1 제트 펌프(4)는 유입측에 제1 밸브(10), 바람직하게는 제1 계량 공급 밸브(10)를 포함하고, 제2 제트 펌프(6)는 유입측에 제2 밸브(14), 바람직하게는 제2 계량 공급 밸브(14)를 포함하고, 제트 펌프(4, 6)들은 적어도 하나의 연결 라인(29) 및 적어도 하나의 복귀 라인(23)을 통해 적어도 간접적으로 연료 전지(32)와 유체 연결되는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치에 있어서,
    제1 제트 펌프(4)는 유입측 또는 유출측에서 적어도 하나의 체크 밸브(18)를 통해 연료 전지(32), 특히 애노드 영역(38)과 유체 연결되고, 제2 제트 펌프(6)는 이러한 유형의 체크 밸브 없이, 특히 유동 경로 내에서 유입측 또는 유출측에서 연료 전지(32), 특히 애노드 영역(38)과 유체 연결되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 제1 제트 펌프(4)의 체크 밸브(18)는 유출측으로 연결 라인(29b)의 영역 내에 또는 연결 라인(29b)과 제1 제트 펌프(4) 사이에 위치하고 그리고/또는 유입측으로 제1 유입부(28)를 통해 복귀 라인(23b)의 영역 내에 또는 복귀 라인(23b)과 제1 제트 펌프(4) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1).
  3. 제1항에 있어서, 제2 제트 펌프(6)는 저부하 작동을 위해 구성되고, 특히 계량 공급의 범주에서의 추진 매체의 유량 제어가 제2 계량 공급 밸브(14)를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 제트 펌프(4)는 고부하 작동을 위해 구성되고, 특히 계량 공급의 범주에서의 추진 매체의 유량 제어가 제1 계량 공급 밸브(10)를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제2 제트 펌프(6)는, 적어도 거의 0에 가까운 낮은 이송량에서도, 특히 제2 제트 펌프(6)의 기하학적 형성으로 인해 제1 제트 펌프(4)와 적어도 대략 동일한 압력 형성 가능성을 갖는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유입 라인(21)은 제1 차단 밸브(15)로부터 나와 제1 교차점(46)의 영역에서 제1 유입 라인(21a)과 제2 유입 라인(21b)으로 분기되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 제트 펌프(4, 6)의 제어를 위하여, 각각의 계량 공급 밸브(10, 14)가, 더욱 바람직하게는 각각의 제트 펌프(10, 14)에 신선한 애노드 기체를 공급하는 통합형 추진 노즐(12a, 12b)을 구비한 각각의 계량 공급 밸브(10, 14)가 사용되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 장치(1).
  8. 연료 전지 시스템(31)의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 방법이며, 이러한 방법에서는 병렬 연결된 적어도 2개의 제트 펌프(4, 6)들이 사용되고, 제2 제트 펌프(6)는 지속적으로 작동되고, 부하에 따라 제1 제트 펌프(4)가, 특히 제1 계량 공급 밸브(10)에 의해 접속될 수 있고, 제1 제트 펌프(4)만이 체크 밸브(18)를 포함하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 저부하에서 저부하를 위해 구성된 제2 제트 펌프(6)만이 작동되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 제2 제트 펌프(6)만이 작동 중일 때는, 제1 제트 펌프(4)를 통한 애노드 기체의 역류가 적어도 하나의 체크 밸브(18)에 의해 방지되는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템의 애노드 회로 내의 애노드 기체를 재순환하기 위한 방법.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 장치(1)를 구비한 연료 전지 시스템으로서, 장치(1)는 연료 전지 시스템(31)의 애노드 회로 내에 배열되는, 연료 전지 시스템.
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