WO2015082304A1 - Fuel cell apparatus with improved fuel circulation in the lower power range, and method for this - Google Patents

Fuel cell apparatus with improved fuel circulation in the lower power range, and method for this Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a device with a fuel cell stack and a method for operating such a device.
  • Fuel cell stacks produce electrical energy through the reaction of fuel (eg, hydrogen) from a storage device or supply network with oxygen, such as ambient air.
  • fuel eg, hydrogen
  • oxygen is supplied to the stack on one cathode side and fuel is supplied to the stack on an anode side.
  • JP 08 203547 A acts on the turbine
  • JP 2003 031244 A uses cathode exhaust gas for driving a turbine. Also in EP 1 630 180 A1 a means
  • EP 2 176 91 1 B1 describes a drive turbine which is driven by compressed air of an air supply unit.
  • Fuel cell stacks can be further increased.
  • the invention has for its object to provide a device with a storage device for compressed fuel and a fuel cell stack, which can be operated without or with less effort on parasitic energy and in such a way that in the fuel cell stack improved implementation of existing in the supplied fuel chemical energy can be done in electrical energy.
  • the present invention is based on the finding that the motive nozzle and turbine can each represent a circulatory drive without parasitic, ie without additional energy consumption, the fuel cells only in different ones
  • the device proposed according to the invention comprises a compressed fuel storage device and a fuel cell stack with a circulation circuit for a fuel circuit, an air supply and an air discharge. It is in the
  • Circuit device arranged a driving nozzle, which is connected to the storage device, that fuel flowing out of the storage device at least partially drives the circuit. Furthermore, the device comprises an air conveying device for
  • the apparatus is characterized in that the circuit device further comprises a turbine coupled to another turbine connected to the air delivery device such that the circuit can be driven by means of excess compressed airflow.
  • a corresponding mass flow of fuel, a corresponding mass flow of compressed air and a corresponding compression of the air flow are required for the provision of a respective requested power by the fuel cell stack. This is to provide the required compression
  • the motive nozzle is designed so that above a power limit of the required flow rate of fuel is sufficient to drive the circuit. Furthermore, the further turbine and the air conveying device are designed so that below the power limit to provide the required
  • the drive of the circuit can be accomplished in a way that is always accompanied by an optimized supply of fresh fuel at the same time.
  • the circuit can be completely driven by the turbine below another lower power limit.
  • the device may further comprise a between the air conveying device and the
  • Oxygen supply arranged moisture carrier, the humidity between the required mass flow of compressed air and an exhaust air flow of the
  • the excess compressed air stream is then removed between the air conveyor and the moisture carrier for delivery to the further turbine.
  • the removal of the excess compressed air flow before the moisture carrier advantageously avoids the unnecessary transmission of moisture between the
  • the method is characterized in that below a power limit, a required to provide a power of the fuel cell stack mass flow
  • the method comprises operating the air conveying device at least below the power limit, so that the flow rate of compressed air is so much greater than the mass flow of compressed air required by the fuel cell stack that the excess compressed air flow sufficient, the other turbine and thus by means of the turbine at least partially to drive so that below the power limit, the turbine together with the motive nozzle sufficiently drives the circuit.
  • the method further comprises operating the air conveyor below another lower power limit so that the mass flow of compressed air is so much larger than the mass flow of compressed air required by the fuel cell stack that the excess compressed air flow is sufficient to completely complete the circulation by the turbine drive.
  • the method according to the invention can transmit moisture between the mass flow of compressed air required by the fuel cell stack and an exhaust air flow of the fuel cell stack by means of a
  • Moisture transfer and removal of the excess compressed air flow between the air conveyor and the moisture carrier for supply to the turbine include.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 schematically shows the profile of the setpoint value of the lambda value as a function of the requested power as well as the actual value of a generic system and the exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary fuel cell system 10.
  • a fuel cell stack 100 is superstoichiometrically supplied from a fuel reservoir 110 with compressed fuel (hydrogen as pure substance or in bound form) via lines 120, 130.
  • the fuel cell stack 100 is supplied via lines 170, 180 with compressed air, which is provided by a compressor 230 driven by an electric motor, for example. Fuel and air are then converted into electrical energy in the fuel cell stack 100.
  • a jet pump with a drive nozzle 200 and downstream diffuser 300 is arranged. Gas flowing out of the fuel storage device 1 10 thus draws gas from a line 150.
  • the line 150 is connected to the fuel cell stack 100 on the cathode side via a further line 140. Lines 140, 150, and 130 form a circuit in which fuel unreacted by the fuel cell stack 100 is recirculated into the fuel cell stack 100.
  • the mass flow flowing out of the fuel reservoir 110 is so great that the suction effect of the drive nozzle 200 is sufficient to maintain the circulation.
  • a turbine 210 is disposed between conduits 140 and 150.
  • the turbine 210 is magnetically coupled to a turbine 220 so that the turbines 210, 220 form a double-sided turbine. Via a line 160, the turbine 220 can be acted upon by compressed air and thus driven.
  • the turbine 210 (eg, magnetically coupled) then rotates, thus also causing recirculation of the unreacted fuel.
  • the line 160 branches off from the line 180 at a branch 240 and thus guides part of the air compressed by the compressor 230 to the turbine 220.
  • This is particularly advantageous because in the power range below the power limit the compressor 230 has a larger mass flow of air must be compressed than is needed for the reaction in the fuel cell stack 100, otherwise not the necessary compression can be achieved. So there is an excess flow below the power limit compressed air, which can be used advantageously for recirculation, in particular because below the power limit, the recirculating effect of the motive nozzle 200 is insufficient.
  • Fuel cell stack 100 and the turbine 220 are supplied downstream of the branch 240 in the lines 160 and 180 valves 340, 350 are arranged.
  • Moisture transfer device 250 arranged, with the moisture between the compressed air flow and another air flow can be transmitted.
  • this additional air flow is the exhaust air flow of the fuel cell stack 100, which is supplied to the moisture carrier 250 via line 190 and discharged from there via line 260.
  • a conduit 270 discharges the air flow with which the turbine 220 is driven.
  • a line 280 which branches off via a bleed valve 290 (purge valve) from line 240, allows the circulation of lines 130, 140, 150 to be vented.
  • FIG. 2 shows diagrammatically that, in particular in low power ranges, the actual value profile 510 of the air-fuel ratio (lambda) supplied to the fuel cell 100 with a generic fuel cell system equipped only with a jet pump differs significantly from the desired value profile 520. Namely, while the low power setpoint curve 520 is high
  • Lambda setpoints significantly greater than 1 calls the generic fuel cell system can only generate an actual value curve 510, in which the lambda values in this power range are significantly lower than 1.
  • the setpoint curve 520 approaches increasing
  • the process value curve 510 is significantly less than 1 for low power requirements, then increases to a value greater than 1, and then approaches the value 1 again.
  • the actual value curve 510 and the setpoint course 520 intersect at a power limit. For the power range below the
  • Fuel cell system which is equipped only with a jet pump. Only above the power limit of the actual value is always greater than the setpoint, but with a relatively small difference.
  • a system with double-sided turbine according to the present invention can generate a more favorable actual value profile 530 (It should be noted that in FIG Recognizability because of course 530 with slight offset upwards).
  • the actual value curve 530 corresponds to the setpoint course 520 below the power limit, because in this power range the double-sided turbine causes the recirculation. in the
  • Power range above the power limit corresponds to the actual value curve 530 the previously known Istwertverlauf 520, since in this power range, the recirculation of the motive nozzle 200 is effected.

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Abstract

The invention relates to an apparatus (10) comprising a storage apparatus (110) for compressed fuel; and comprising a fuel cell stack (100) having a circulation apparatus (130, 140, 150) for a fuel circuit, a line (170) for supplying air, and a further line (190) for discharging air, wherein a drive nozzle (200) is arranged in the circulation apparatus (130, 140, 150), said drive nozzle being connected to the storage apparatus (110) such that fuel which flows out of the storage apparatus (110) at least partially drives the circulation; comprising an air delivery apparatus (230) for providing a compressed air flow, which is required for supplying the fuel cell stack (100), to the line (170) for supplying air; and relates to a method for operating an apparatus of this kind. Provision is made for the circulation apparatus (130, 140, 150) to further comprise a turbine (210) which is coupled to a further turbine (220) which is connected to the air delivery apparatus (230) such that the circulation can be driven by means of an excess compressed air flow.

Description

Beschreibung  description
BRENNSTOFFZELLEN-VORRICHTUNG MIT VERBESSERTER BRENNSTOFF-ZIRKULATION IM UNTEREN FUEL CELL DEVICE WITH IMPROVED FUEL CIRCULATION IN LOWER
LEISTUNGSBEREICH, SOWIE VERFAHREN DAFÜR  PERFORMANCE, AND METHOD THEREFOR
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Brennstoffzellenstapel und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung. The present invention relates to a device with a fuel cell stack and a method for operating such a device.
Brennstoffzellenstapel produzieren elektrische Energie durch die Reaktion von Brennstoff (beispielsweise Wasserstoff) aus einer Speichervorrichtung oder einem Versorgungsnetz mit Sauerstoff, beispielsweise aus Umgebungsluft. Dabei wird an einer Kathodenseite dem Stapel Sauerstoff und an einer Anodenseite dem Stapel Brennstoff zugeführt. Fuel cell stacks produce electrical energy through the reaction of fuel (eg, hydrogen) from a storage device or supply network with oxygen, such as ambient air. In this case, oxygen is supplied to the stack on one cathode side and fuel is supplied to the stack on an anode side.
Da die Anodenreaktion üblicherweise unter überstöchiometrischer Bemessung des Brennstoffs betrieben wird, erfolgt im Brennstoffzellenstapel keine vollständige Reaktion des gesamten zugeführten Brennstoffs. Ebenso wenig erfolgt eine vollständige Reaktion des Sauerstoffs. Zur effizienten Nutzung des Brennstoffs wird dieser daher häufig in einen Kreislauf geführt Since the anode reaction is usually operated with overstoichiometric design of the fuel, there is no complete reaction of all the fuel supplied in the fuel cell stack. Nor does a complete reaction of the oxygen take place. For efficient use of the fuel it is therefore often recirculated
(rezirkuliert), so dass vor Wiederzuführung des Brennstoffs zu dem Brennstoffzellenstapel der Brennstoff wieder soweit angereichert wird, dass wieder eine überstöchiometrische Bemessung des Brennstoffs vorliegt und die Reaktion stattfinden kann. (Recirculated), so that before refilling the fuel to the fuel cell stack, the fuel is enriched again so far that again a stoichiometric measurement of the fuel is present and the reaction can take place.
Liegt der Brennstoff zur Anreicherung unter Druck vor, kann dieser beispielsweise mittels einer Treibdüse zur Anreicherung verwendet werden, so dass die Treibdüse zudem bewirkt, dass der Kreislauf angetrieben und der verbliebene Brennstoff rezirkuliert wird. Ein Beispiel für ein Brennstoffzellensystem mit Treibdüse ist in der Schrift EP 1421639 B1 offenbart. If the fuel for enrichment under pressure, this can be used for example by means of a motive nozzle for enrichment, so that the motive nozzle also causes the circuit is driven and the remaining fuel is recirculated. An example of a fuel cell system with a motive nozzle is disclosed in EP 1421639 B1.
Eine weitere Möglichkeit, den verbliebenen Brennstoff zu rezirkulieren, besteht in der Another way to recirculate the remaining fuel is in the
Verwendung elektromotorisch angetriebener Gebläse. Use of electric motor driven blower.
Schließlich wird auch die Verwendung von Turbinen beschrieben, die mit unter Druck stehendem Gas beaufschlagt werden. Dabei wird Gas verwendet, welches in dem Finally, the use of turbines that are pressurized with pressurized gas is also described. This gas is used, which in the
Brennstoffzellensystem ohnehin anfällt. JP 08 203547 A beaufschlagt die Turbine Fuel cell system is incurred anyway. JP 08 203547 A acts on the turbine
beispielsweise mit dem unter Druck stehenden Brennstoff. JP 2003 031244 A verwendet Kathodenabgas zum Antrieb einer Turbine. Auch in EP 1 630 180 A1 wird eine mittels for example, with the pressurized fuel. JP 2003 031244 A uses cathode exhaust gas for driving a turbine. Also in EP 1 630 180 A1 a means
Kathodenabgas betriebene Turbine für ein Brennstoffzellensystem beschrieben. EP 2 176 91 1 B1 beschreibt eine Antriebsturbine, die mit verdichteter Luft einer Luftversorgungseinheit angetrieben wird. Described cathode exhaust gas turbine for a fuel cell system. EP 2 176 91 1 B1 describes a drive turbine which is driven by compressed air of an air supply unit.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die Effizienz von The inventors of the present invention have recognized that the efficiency of
Brennstoffzellenstapeln weiter gesteigert werden kann. Fuel cell stacks can be further increased.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer Speichervorrichtung für verdichteten Brennstoff und einen Brennstoffzellenstapel anzugeben, die ohne oder mit geringerem Aufwand an parasitärer Energie und in einer Weise betrieben werden kann, dass im Brennstoffzellenstapel eine verbesserte Umsetzung der im zugeführten Brennstoff vorhandenen chemischen Energie in elektrische Energie erfolgen kann. The invention has for its object to provide a device with a storage device for compressed fuel and a fuel cell stack, which can be operated without or with less effort on parasitic energy and in such a way that in the fuel cell stack improved implementation of existing in the supplied fuel chemical energy can be done in electrical energy.
Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 5 vorgeschlagen. According to the invention therefore an apparatus according to claim 1 and a method according to claim 5 is proposed.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass Treibdüse und Turbine zwar jeweils einen Kreislaufantrieb ohne parasitäre, also ohne zusätzliche Energieverbräuche darstellen können, die Brennstoffzellen aber nur in jeweils unterschiedlichen Although the present invention is based on the finding that the motive nozzle and turbine can each represent a circulatory drive without parasitic, ie without additional energy consumption, the fuel cells only in different ones
Leistungsbereichen mit Brennstoff optimal versorgen. Supply power areas optimally with fuel.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorrichtung umfasst dabei eine Speichervorrichtung für verdichteten Brennstoff und einen Brennstoffzellenstapel mit einer Kreislaufvorrichtung für einen Brennstoffkreislauf, einer Luftzuführung und einer Luftabführung. Dabei ist in der The device proposed according to the invention comprises a compressed fuel storage device and a fuel cell stack with a circulation circuit for a fuel circuit, an air supply and an air discharge. It is in the
Kreislaufvorrichtung eine Treibdüse angeordnet, die so mit der Speichervorrichtung verbunden ist, dass aus der Speichervorrichtung ausströmender Brennstoff den Kreislauf zumindest teilweise antreibt. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Luftfördervorrichtung zur Circuit device arranged a driving nozzle, which is connected to the storage device, that fuel flowing out of the storage device at least partially drives the circuit. Furthermore, the device comprises an air conveying device for
Bereitstellung eines zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels benötigten verdichteten Luftstroms an der Sauerstoffzuführung. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislaufvorrichtung weiterhin eine Turbine umfasst, die mit einer weiteren Turbine gekoppelt ist, die so mit der Luftfördervorrichtung verbunden ist, dass der Kreislauf mittels eines überschüssigen verdichteten Luftstroms angetrieben werden kann. Providing a compressed air flow to the supply of oxygen needed to supply the fuel cell stack. The apparatus is characterized in that the circuit device further comprises a turbine coupled to another turbine connected to the air delivery device such that the circuit can be driven by means of excess compressed airflow.
Der Vorteil der hier vorgeschlagenen Erfindung liegt darin, dass der Kreislauf des Brennstoffs in allen Leistungsbereichen ohne oder mit geringerem Aufwand an parasitärer Energie und in einer Weise betrieben werden kann, dass im Brennstoffzellenstapel eine verbesserte The advantage of the invention proposed here is that the circulation of the fuel in all power ranges can be operated without or with less expenditure of parasitic energy and in such a way that an improved fuel cell stack
Umsetzung der im zugeführten Brennstoffs vorhandenen chemischen Energie in elektrische Energie erfolgen kann. Zudem kann im niedrigen Leistungsbereich nicht nur ein Lambda-Wert von bis 8 anodenseitig sicher eingestellt werden, sondern auch auf spontane Conversion of existing in the supplied fuel chemical energy into electrical Energy can be done. In addition, not only a lambda value of up to 8 can be safely set on the anode side in the low power range, but also spontaneously
Leistungsanforderungen schneller reagiert werden, da die gekoppelten Turbinen auf einer erhöhten Drehzahl laufen und nur Drosselklappen zu stellen sind. Performance requirements are responded faster because the coupled turbines run at an increased speed and only throttle valves are to provide.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Bereitstellung einer jeweiligen angeforderten Leistung durch den Brennstoffzellenstapel ein entsprechender Mengenstrom an Brennstoff, ein entsprechender Mengenstrom an verdichteter Luft und eine entsprechende Verdichtung des Luftstroms benötigt. Dabei wird zur Bereitstellung der benötigten Verdichtung ein In a preferred embodiment, a corresponding mass flow of fuel, a corresponding mass flow of compressed air and a corresponding compression of the air flow are required for the provision of a respective requested power by the fuel cell stack. This is to provide the required compression
entsprechender Mengenstrom an Luft benötigt. Die Treibdüse ist dabei so ausgelegt, dass oberhalb einer Leistungsgrenze der benötigte Mengenstrom an Brennstoff ausreicht, den Kreislauf anzutreiben. Weiterhin sind die weitere Turbine und die Luftfördervorrichtung so ausgelegt, dass unterhalb der Leistungsgrenze der zur Bereitstellung der benötigten required appropriate flow of air. The motive nozzle is designed so that above a power limit of the required flow rate of fuel is sufficient to drive the circuit. Furthermore, the further turbine and the air conveying device are designed so that below the power limit to provide the required
Verdichtung zu verdichtende Mengenstrom an Luft soviel größer ist als der benötigte Compaction to be compressed mass flow in air is much larger than the required
Mengenstrom an verdichteter Luft, dass der überschüssige verdichtete Luftstrom zusammen mit dem benötigten Mengenstrom an Brennstoff ausreicht, den Kreislauf anzutreiben. Flow of compressed air that the excess compressed air flow together with the required flow of fuel sufficient to drive the circuit.
So kann vorteilhaft der Antrieb des Kreislaufs in einer Weise bewerkstelligt werden, die gleichzeitig stets mit einer optimierten Zuführung von frischem Brennstoff einhergeht. Thus, advantageously, the drive of the circuit can be accomplished in a way that is always accompanied by an optimized supply of fresh fuel at the same time.
Insbesondere kann der Kreislauf unterhalb einer weiteren niedrigeren Leistungsgrenze vollständig von der Turbine angetrieben werden. In particular, the circuit can be completely driven by the turbine below another lower power limit.
Je niedriger nämlich die zu erzeugende Leistung ist, desto höher ist die Differenz zwischen dem zur Verdichtung benötigten Luftmengenstrom und dem zur Erzeugung der Leistung benötigten zu verdichtenden Luftmengenstrom. Namely, the lower the power to be generated, the higher is the difference between the air flow rate required for compression and the air flow rate required to generate the power to be compressed.
Die Vorrichtung kann weiterhin einen zwischen der Luftfördervorrichtung und der The device may further comprise a between the air conveying device and the
Sauerstoffzuführung angeordneten Feuchteüberträger umfassen, der Feuchte zwischen dem benötigten Mengenstrom an verdichteter Luft und einem Abluftstrom des Oxygen supply arranged moisture carrier, the humidity between the required mass flow of compressed air and an exhaust air flow of the
Brennstoffzellenstapels überträgt. Der überschüssige verdichtete Luftstrom wird dann zwischen der Luftfördervorrichtung und dem Feuchteüberträger zur Zuführung zu der weiteren Turbine entnommen. Die Entnahme des überschüssige verdichteten Luftstroms vor dem Feuchteüberträger vermeidet vorteilhaft die nicht notwendige Übertragung von Feuchte zwischen dem Fuel cell stack transfers. The excess compressed air stream is then removed between the air conveyor and the moisture carrier for delivery to the further turbine. The removal of the excess compressed air flow before the moisture carrier advantageously avoids the unnecessary transmission of moisture between the
überschüssigen verdichteten Luftstrom und dem Abluftstrom. excess compressed air flow and the exhaust air flow.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren nach Anspruch 5 zum Betreiben der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung vorgestellt. According to the invention, a method according to claim 5 for operating the inventively proposed device is further presented.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer Leistungsgrenze ein zur Bereitstellung einer Leistung des Brennstoffzellenstapels benötigter Mengenstrom  The method is characterized in that below a power limit, a required to provide a power of the fuel cell stack mass flow
ausströmenden Brennstoffs nicht ausreicht, den Kreislauf anzutreiben. Daher umfasst das Verfahren Betreiben der Luftfördervorrichtung zumindest unterhalb der Leistungsgrenze, so dass der Mengenstrom verdichteter Luft soviel größer ist, als der vom Brennstoffzellenstapel benötigte Mengenstrom verdichteter Luft, dass der überschüssige verdichtete Luftstrom ausreicht, die weitere Turbine und damit mittels der Turbine den Kreislauf zumindest teilweise so anzutreiben, dass unterhalb der Leistungsgrenze die Turbine zusammen mit der Treibdüse den Kreislauf ausreichend antreibt. outflowing fuel is insufficient to drive the cycle. Therefore, the method comprises operating the air conveying device at least below the power limit, so that the flow rate of compressed air is so much greater than the mass flow of compressed air required by the fuel cell stack that the excess compressed air flow sufficient, the other turbine and thus by means of the turbine at least partially to drive so that below the power limit, the turbine together with the motive nozzle sufficiently drives the circuit.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin das Betreiben der Luftfördervorrichtung unterhalb einer weiteren niedrigeren Leistungsgrenze, so dass der Mengenstrom verdichteter Luft soviel größer ist, als der vom Brennstoffzellenstapel benötigte Mengenstrom verdichteter Luft, dass der überschüssige verdichtete Luftstrom ausreicht, den Kreislauf mittels der Turbine vollständig anzutreiben. In an advantageous embodiment, the method further comprises operating the air conveyor below another lower power limit so that the mass flow of compressed air is so much larger than the mass flow of compressed air required by the fuel cell stack that the excess compressed air flow is sufficient to completely complete the circulation by the turbine drive.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform Übertragen von Feuchte zwischen dem vom Brennstoffzellenstapel benötigten Mengenstrom verdichteter Luft und einem Abluftstrom des Brennstoffzellenstapels mittels eines In a further advantageous embodiment, the method according to the invention can transmit moisture between the mass flow of compressed air required by the fuel cell stack and an exhaust air flow of the fuel cell stack by means of a
Feuchteüberträgers sowie Entnehmen des überschüssigen verdichteten Luftstroms zwischen der Luftfördervorrichtung und dem Feuchteüberträger zur Zuführung zu der Turbine umfassen. Moisture transfer and removal of the excess compressed air flow between the air conveyor and the moisture carrier for supply to the turbine include.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen The invention is described below in embodiments with reference to the associated
Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Drawings explained. Show it:
Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, und Figur 2 schematisch den Verlauf des Sollwertes des Lambdawertes in Abhängigkeit von der angeforderten Leistung sowie des Istwertes eines gattungsgemäßen Systems und der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Figure 1 shows an exemplary embodiment of the invention, and FIG. 2 schematically shows the profile of the setpoint value of the lambda value as a function of the requested power as well as the actual value of a generic system and the exemplary embodiment of the invention.
Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem 10. Ein Brennstoffzellenstapel 100 wird anodenseitig aus einem Brennstoffspeicher 1 10 mit verdichtetem Brennstoff (Wasserstoff als Reinstoff oder in gebundener Form) über Leitungen 120, 130 überstöchiometrisch versorgt. Weiterhin wird der Brennstoffzellenstapel 100 über Leitungen 170, 180 mit verdichteter Luft versorgt, die von einem beispielsweise elektromotorisch angetriebenen Verdichter 230 bereitgestellt wird. Brennstoff und Luft werden dann im Brennstoffzellenstapel 100 in elektrische Energie umgesetzt. Zwischen den Leitungen 120, 130 ist eine Strahlpumpe mit einer Treibdüse 200 und nachgeordnetem Diffusor 300 angeordnet. Aus dem Brennstoffspeicher 1 10 ausströmender Brennstoff saugt somit Gas aus einer Leitung 150. Die Leitung 150 ist über eine weitere Leitung 140 kathodenseitig mit dem Brennstoffzellenstapel 100 verbunden. Leitungen 140, 150 und 130 bilden einen Kreislauf, in dem vom Brennstoffzellenstapel 100 nicht umgesetzter Brennstoff in den Brennstoffzellenstapel 100 rezirkuliert wird. FIG. 1 shows an exemplary fuel cell system 10. On the anode side, a fuel cell stack 100 is superstoichiometrically supplied from a fuel reservoir 110 with compressed fuel (hydrogen as pure substance or in bound form) via lines 120, 130. Furthermore, the fuel cell stack 100 is supplied via lines 170, 180 with compressed air, which is provided by a compressor 230 driven by an electric motor, for example. Fuel and air are then converted into electrical energy in the fuel cell stack 100. Between the lines 120, 130, a jet pump with a drive nozzle 200 and downstream diffuser 300 is arranged. Gas flowing out of the fuel storage device 1 10 thus draws gas from a line 150. The line 150 is connected to the fuel cell stack 100 on the cathode side via a further line 140. Lines 140, 150, and 130 form a circuit in which fuel unreacted by the fuel cell stack 100 is recirculated into the fuel cell stack 100.
In mittleren und oberen Leistungsbereichen ist dabei der aus dem Brennstoffspeicher 1 10 ausströmende Mengenfluss so groß, dass die Saugwirkung der Treibdüse 200 ausreicht, den Kreislauf aufrecht zu erhalten. In the middle and upper power ranges, the mass flow flowing out of the fuel reservoir 110 is so great that the suction effect of the drive nozzle 200 is sufficient to maintain the circulation.
In einem niedrigeren Leistungsbereich unterhalb einer Leistungsgrenze reicht die Saugwirkung jedoch nicht aus. Daher ist in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Turbine 210 zwischen den Leitungen 140 und 150 angeordnet. Die Turbine 210 ist im Ausführungsbeispiel magnetisch mit einer Turbine 220 gekoppelt, so dass die Turbinen 210, 220 eine doppelseitige Turbine bilden. Über eine Leitung 160 kann die Turbine 220 mit verdichteter Luft beaufschlagt und somit angetrieben werden. Die Turbine 210 (zum Beispiel magnetisch gekoppelt) dreht sich dann mit und bewirkt so ebenfalls eine Rezirkulierung des nicht umgesetzten Brennstoffs. In a lower power range below a power limit, however, the suction effect is insufficient. Therefore, in the illustrated exemplary embodiment of the invention, a turbine 210 is disposed between conduits 140 and 150. In the exemplary embodiment, the turbine 210 is magnetically coupled to a turbine 220 so that the turbines 210, 220 form a double-sided turbine. Via a line 160, the turbine 220 can be acted upon by compressed air and thus driven. The turbine 210 (eg, magnetically coupled) then rotates, thus also causing recirculation of the unreacted fuel.
Die Leitung 160 zweigt im Ausführungsbeispiel an einer Abzweigung 240 von der Leitung 180 ab und führt so einen Teil der durch den Verdichter 230 verdichteten Luft zur Turbine 220. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da in dem Leistungsbereich unterhalb der Leistungsgrenze der Verdichter 230 einen größeren Mengenstrom Luft verdichten muss, als für die Reaktion im Brennstoffzellenstapel 100 benötigt wird, da sonst nicht die notwendige Verdichtung erzielt werden kann. Es besteht also unterhalb der Leistungsgrenze ein überschüssiger Mengenstrom verdichteter Luft, der vorteilhaft für die Rezirkulierung verwendet werden kann, insbesondere da unterhalb der Leistungsgrenze die rezirkulierende Wirkung der Treibdüse 200 nicht ausreicht. In the exemplary embodiment, the line 160 branches off from the line 180 at a branch 240 and thus guides part of the air compressed by the compressor 230 to the turbine 220. This is particularly advantageous because in the power range below the power limit the compressor 230 has a larger mass flow of air must be compressed than is needed for the reaction in the fuel cell stack 100, otherwise not the necessary compression can be achieved. So there is an excess flow below the power limit compressed air, which can be used advantageously for recirculation, in particular because below the power limit, the recirculating effect of the motive nozzle 200 is insufficient.
Zur Regulierung der Anteile des Mengenstroms an verdichteter Luft, die dem To regulate the proportions of the flow of compressed air used in the
Brennstoffzellenstapel 100 und der Turbine 220 zugeführt werden, sind stromabwärts hinter der Abzweigung 240 in den Leitungen 160 und 180 Ventile 340, 350 angeordnet. Fuel cell stack 100 and the turbine 220 are supplied downstream of the branch 240 in the lines 160 and 180 valves 340, 350 are arranged.
Zwischen den Leitungen 170 und 180 ist im Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Between the lines 170 and 180 is in the embodiment additionally a
Feuchteüberträger 250 angeordnet, mit dem Feuchte zwischen dem verdichteten Luftstrom und einem weiteren Luftstrom übertragen werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist dieser weitere Luftstrom der Abluftstrom des Brennstoffzellenstapels 100, der dem Feuchteüberträger 250 über Leitung 190 zugeführt und von dort über Leitung 260 abgeführt wird. Moisture transfer device 250 arranged, with the moisture between the compressed air flow and another air flow can be transmitted. In the exemplary embodiment, this additional air flow is the exhaust air flow of the fuel cell stack 100, which is supplied to the moisture carrier 250 via line 190 and discharged from there via line 260.
Weiterhin führt eine Leitung 270 den Luftstrom ab, mit dem die Turbine 220 angetrieben wird. Schließlich erlaubt noch eine Leitung 280, die über ein Entlüftungsventil 290 (Purgeventil) von Leitung 240 abzweigt, den Kreislauf aus Leitungen 130, 140, 150 zu entlüften. Furthermore, a conduit 270 discharges the air flow with which the turbine 220 is driven. Finally, a line 280, which branches off via a bleed valve 290 (purge valve) from line 240, allows the circulation of lines 130, 140, 150 to be vented.
Figur 2 zeigt schematisch, dass sich insbesondere in niedrigen Leistungsbereichen der mit einem gattungsgemäßen, nur mit einer Strahlpumpe ausgestatteten Brennstoffzellsystem gemäß Stand der Technik einstellbare Istwertverlauf 510 des der Brennstoffzelle 100 zugeführten Luft-Brennstoff-Verhältnisses (Lambda) deutlich vom Sollwertverlauf 520 unterscheidet. Während nämlich der Sollwertverlauf 520 für niedrige Leistungen hohe FIG. 2 shows diagrammatically that, in particular in low power ranges, the actual value profile 510 of the air-fuel ratio (lambda) supplied to the fuel cell 100 with a generic fuel cell system equipped only with a jet pump differs significantly from the desired value profile 520. Namely, while the low power setpoint curve 520 is high
Lambdasollwerte deutlich größer als 1 fordert, kann das gattungsgemäße Brennstoffzellsystem nur einen Istwertverlauf 510 generieren, bei dem die Lambdawerte in diesem Leistungsbereich deutlich niedriger als 1 sind. Der Sollwertverlauf 520 nähert sich für steigende Lambda setpoints significantly greater than 1 calls, the generic fuel cell system can only generate an actual value curve 510, in which the lambda values in this power range are significantly lower than 1. The setpoint curve 520 approaches increasing
Leistungsanforderungen asymptotisch dem Wert 1 an. Der Istwertverlauf 510 ist für niedrige Leistungsanforderungen deutlich kleiner 1 , steigt dann bis zu einem Wert größer 1 an, um sich anschließend wieder dem Wert 1 zu nähern. Der Istwertverlauf 510 und der Sollwertverlauf 520 kreuzen sich bei einer Leistungsgrenze. Für den Leistungsbereich unterhalb der Performance requirements asymptotically set to 1. The process value curve 510 is significantly less than 1 for low power requirements, then increases to a value greater than 1, and then approaches the value 1 again. The actual value curve 510 and the setpoint course 520 intersect at a power limit. For the power range below the
Leistungsgrenze ist der Sollwert stets größer als der Istwert eines gattungsgemäßen Power limit, the setpoint is always greater than the actual value of a generic
Brennstoffzellsystems, das lediglich mit einer Strahlpumpe ausgestattet ist. Erst oberhalb der Leistungsgrenze ist der Istwert stets größer als der Sollwert, jedoch mit vergleichsweise geringer Differenz. Fuel cell system, which is equipped only with a jet pump. Only above the power limit of the actual value is always greater than the setpoint, but with a relatively small difference.
Ein System mit doppelseitiger Turbine gemäß vorliegender Erfindung vermag hingegen einen günstigeren Istwertverlauf 530 zu generieren (Es ist zu beachten, dass in Figur 2 der besseren Erkennbarkeit wegen der Verlauf 530 mit leichtem Versatz nach oben dargestellt ist). Der Istwertverlauf 530 entspricht unterhalb der Leistungsgrenze dem Sollwertverlauf 520, da in diesem Leistungsbereich die doppelseitige Turbine die Rezirkulierung bewirkt. Im A system with double-sided turbine according to the present invention, however, can generate a more favorable actual value profile 530 (It should be noted that in FIG Recognizability because of course 530 with slight offset upwards). The actual value curve 530 corresponds to the setpoint course 520 below the power limit, because in this power range the double-sided turbine causes the recirculation. in the
Leistungsbereich oberhalb der Leistungsgrenze entspricht der Istwertverlauf 530 dem vorbekannten Istwertverlauf 520, da in diesem Leistungsbereich die Rezirkulierung von der Treibdüse 200 bewirkt wird. Power range above the power limit corresponds to the actual value curve 530 the previously known Istwertverlauf 520, since in this power range, the recirculation of the motive nozzle 200 is effected.
Bezugszeichenliste Vorrichtung List of Reference Devices
Brennstoffzellenstapel  fuel cell stack
Speichervorrichtung für verdichteten Brennstoff Storage device for compressed fuel
, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 260, 270, 280 Leitungen Treibdüse , 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 260, 270, 280 lines driving nozzle
Turbine  turbine
weitere Turbine  further turbine
Verdichter  compressor
Abzweigung  diversion
Feuchteüberträger  Humidity transmitters
Entlüftungsventil (Purgeventil)  Bleed valve (purge valve)
Diffusor diffuser
, 350 Ventile , 350 valves
Istwertverlauf mit Strahlpumpe  Process value with jet pump
Sollwertverlauf  Setpoint curve
Istwertverlauf mit Turbine und Strahlpumpe  Actual value curve with turbine and jet pump

Claims

Patentansprüche claims
1 . Vorrichtung (10) umfassend: 1 . Device (10) comprising:
eine Speichervorrichtung (1 10) für verdichteten Brennstoff; und  a compressed fuel storage device (110); and
einen Brennstoffzellenstapel (100) mit einer Kreislaufvorrichtung (130, 140, 150) für einen Brennstoffkreislauf, einer Leitung (170) zur Luftzuführung und einer weiteren Leitung (190) zur Luftabführung, wobei in der Kreislaufvorrichtung (130, 140, 150) eine Treibdüse (200) angeordnet ist, die so mit der Speichervorrichtung (1 10) verbunden ist, dass aus der Speichervorrichtung (1 10) ausströmender Brennstoff den Kreislauf zumindest teilweise antreibt;  a fuel cell stack (100) having a circulation circuit (130, 140, 150) for a fuel circuit, a line (170) for air supply and a further line (190) for air discharge, wherein in the circulation device (130, 140, 150) a drive nozzle ( 200) connected to the storage device (110) such that fuel flowing out of the storage device (110) at least partially drives the circuit;
eine Luftfördervorrichtung (230) zur Bereitstellung eines zur Versorgung des  an air conveying device (230) for providing a supply for the
Brennstoffzellenstapels (100) benötigten verdichteten Luftstroms an der Leitung (170) zur Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislaufvorrichtung (130, 140, 150) weiterhin eine Turbine (210) umfasst, die mit einer weiteren Turbine (220) gekoppelt ist, die so mit der Luftfördervorrichtung (230) verbunden ist, dass der Kreislauf mittels eines überschüssigen verdichteten Luftstroms angetrieben werden kann.  Fuel cell stack (100) required compressed air flow to the line (170) for air supply, characterized in that the circulation device (130, 140, 150) further comprises a turbine (210) which is coupled to a further turbine (220), the so is connected to the air conveying device (230) that the circuit can be driven by means of an excess compressed air flow.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die Bereitstellung einer jeweiligen angeforderten Leistung durch den Brennstoffzellenstapel (100) ein 2. Device according to claim 1, characterized in that for the provision of a respective requested performance by the fuel cell stack (100) a
entsprechender Mengenstrom an Brennstoff, ein entsprechender Mengenstrom an verdichteter Luft und eine entsprechende Verdichtung des Luftstroms benötigt wird, wobei zur Bereitstellung der benötigten Verdichtung ein entsprechender Mengenstrom an Luft benötigt wird,  corresponding mass flow of fuel, a corresponding mass flow of compressed air and a corresponding compression of the air flow is required, wherein the provision of the required compression a corresponding mass flow of air is needed,
wobei die Treibdüse (200) so ausgelegt ist, dass oberhalb einer Leistungsgrenze der benötigte Mengenstrom an Brennstoff ausreicht, den Kreislauf anzutreiben,  wherein the motive nozzle (200) is designed so that above a power limit the required mass flow of fuel is sufficient to drive the circuit,
wobei die weitere Turbine (220) und die Luftfördervorrichtung (230) so ausgelegt sind, dass unterhalb der Leistungsgrenze der zur Bereitstellung der benötigten Verdichtung zu verdichtende Mengenstrom an Luft soviel größer ist, als der benötigte Mengenstrom an verdichteter Luft, dass der überschüssige verdichtete Luftstrom zusammen mit dem benötigten Mengenstrom an Brennstoff ausreicht, den Kreislauf anzutreiben.  wherein the further turbine (220) and the air conveying device (230) are designed so that below the power limit of the mass flow of air to be compressed to provide the required compression is so much greater than the required compressed air flow that the compressed compressed air flow together with the required flow of fuel sufficient to drive the cycle.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb einer weiteren niedrigeren Leistungsgrenze der Kreislauf vollständig von der Turbine (210) angetrieben wird. 3. A device according to claim 2, characterized in that below a further lower power limit, the circuit is completely driven by the turbine (210).
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) weiterhin einen zwischen der Luftfördervorrichtung (230) und der Sauerstoffzuführung (170) angeordneten Feuchteüberträger (250) umfasst, der Feuchte zwischen dem benötigten Mengenstrom an verdichteter Luft und einem Abluftstrom des Brennstoffzellenstapels (100) überträgt, und wobei der überschüssige verdichtete Luftstrom zwischen der Luftfördervorrichtung (230) und dem Feuchteüberträger (250) zur Zuführung zu der weiteren Turbine (220) entnommen wird. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (10) further comprises a between the air conveying device (230) and the oxygen supply (170) arranged moisture carrier (250), the humidity between the required mass flow of compressed air and a Exhaust air stream of the fuel cell stack (100) transmits, and wherein the excess compressed air flow between the air conveyor device (230) and the moisture carrier (250) for supply to the further turbine (220) is removed.
5. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden 5. A method for operating a device (10) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei unterhalb einer Leistungsgrenze  Claims, being below a performance limit
ein zur Bereitstellung einer Leistung des Brennstoffzellenstapels (100) benötigter  a required for providing a power of the fuel cell stack (100)
Mengenstrom ausströmenden Brennstoffs nicht ausreicht, den Kreislauf anzutreiben, umfassend:  Flow of outflowing fuel is not sufficient to drive the cycle, comprising:
Betreiben der Luftfördervorrichtung (230) zumindest unterhalb der Leistungsgrenze, so dass der Mengenstrom verdichteter Luft soviel größer ist, als der vom  Operating the air conveyor (230) at least below the power limit, so that the flow rate of compressed air is much greater than that of
Brennstoffzellenstapel (100) benötigte Mengenstrom verdichteter Luft, dass der überschüssige verdichtete Luftstrom ausreicht, die weitere Turbine (220) und dadurch den Kreislauf mittels der Turbine (210) zumindest teilweise so anzutreiben, dass unterhalb der Leistungsgrenze die Turbine (210) zusammen mit der Treibdüse (200) den Kreislauf ausreichend antreibt.  Fuel cell stack (100) needed flow of compressed air that the excess compressed air flow is sufficient to drive the other turbine (220) and thereby the circuit by the turbine (210) at least partially so that below the power limit, the turbine (210) together with the motive nozzle (200) drives the circulation sufficiently.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Betreiben der Luftfördervorrichtung (230) unterhalb einer weiteren niedrigeren Leistungsgrenze, so dass der Mengenstrom verdichteter Luft soviel größer ist, als der vom Brennstoffzellenstapel (100) benötigte Mengenstrom verdichteter Luft, dass die überschüssige verdichtete Luftstrom ausreicht, den Kreislauf mittels der Turbinen (210) vollständig anzutreiben. 6. The method of claim 5, characterized by operating the air conveying device (230) below another lower power limit, so that the flow rate of compressed air is so much greater than the fuel cell stack (100) required flow rate of compressed air that the excess compressed air flow sufficient to fully drive the cycle by means of the turbines (210).
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch Übertragen von Feuchte 7. The method according to claim 5 or 6, characterized by transfer of moisture
zwischen dem vom Brennstoffzellenstapel (100) benötigten Mengenstrom verdichteter Luft und einem Abluftstrom des Brennstoffzellenstapels (100) mittels eines Feuchteüberträgers (250) und Entnehmen des überschüssige verdichteten Luftstroms zwischen der  between the mass flow of compressed air required by the fuel cell stack (100) and an exhaust air flow of the fuel cell stack (100) by means of a moisture transfer device (250) and taking the excess compressed air flow between the
Luftfördervorrichtung (230) und dem Feuchteüberträger (250) zur Zuführung zu der weiteren Turbine (220).  Air conveying device (230) and the moisture carrier (250) for supplying to the further turbine (220).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106549173A (en) * 2015-09-16 2017-03-29 现代自动车株式会社 Hydrogen supply and EGR for fuel cell system
CN113764700A (en) * 2021-08-09 2021-12-07 东风汽车集团股份有限公司 Fuel-electric system, control method of fuel-electric system and vehicle

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115036539B (en) * 2022-06-21 2024-01-23 福州大学 Fuel cell power generation system and control method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031244A (en) * 2001-07-13 2003-01-31 Honda Motor Co Ltd Gas circulating system for fuel cell and gas circulating device for fuel cell
DE102006003799A1 (en) * 2006-01-25 2007-07-26 Daimlerchrysler Ag Fuel cell system for use in motor vehicle, has fuel cell, in which hydrogen is reserved under high pressure, and conveyor device is provided between exit or entrance of anode region in anode circuit or hydrogen supply line
EP2176911B1 (en) * 2007-08-07 2011-07-13 Daimler AG Method and device for operating a fuel cell system having a recirculation blower disposed in a fuel circuit of the fuel cell system
DE102012001602A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Daimler Ag Anode circuit of fuel cell system mounted in vehicle, has recirculation conveying device for anode gas exhaust, which is provided in form of gas jet pump by which fuel flowing to fuel cell is driven as propellant gas stream

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3605167B2 (en) 1995-01-26 2004-12-22 三菱重工業株式会社 Polymer electrolyte fuel cell system
EP1421639B1 (en) 2001-08-31 2012-07-25 Ceramic Fuel Cells Limited Fuel cell system and method for recycling exhaust
EP1630180B1 (en) 2003-05-26 2007-02-07 Omron Corporation Curing resin composition, optical component and optical waveguide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031244A (en) * 2001-07-13 2003-01-31 Honda Motor Co Ltd Gas circulating system for fuel cell and gas circulating device for fuel cell
DE102006003799A1 (en) * 2006-01-25 2007-07-26 Daimlerchrysler Ag Fuel cell system for use in motor vehicle, has fuel cell, in which hydrogen is reserved under high pressure, and conveyor device is provided between exit or entrance of anode region in anode circuit or hydrogen supply line
EP2176911B1 (en) * 2007-08-07 2011-07-13 Daimler AG Method and device for operating a fuel cell system having a recirculation blower disposed in a fuel circuit of the fuel cell system
DE102012001602A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 Daimler Ag Anode circuit of fuel cell system mounted in vehicle, has recirculation conveying device for anode gas exhaust, which is provided in form of gas jet pump by which fuel flowing to fuel cell is driven as propellant gas stream

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106549173A (en) * 2015-09-16 2017-03-29 现代自动车株式会社 Hydrogen supply and EGR for fuel cell system
CN106549173B (en) * 2015-09-16 2020-12-04 现代自动车株式会社 Hydrogen supply and recirculation apparatus for fuel cell system
CN113764700A (en) * 2021-08-09 2021-12-07 东风汽车集团股份有限公司 Fuel-electric system, control method of fuel-electric system and vehicle

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