WO2023036571A1 - Vorrichtung und verfahren zur rezirkulation von anodengas in einem anoden-kreis eines brennstoffzellensystems, brennstoffzellensystem - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur rezirkulation von anodengas in einem anoden-kreis eines brennstoffzellensystems, brennstoffzellensystem Download PDF

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WO2023036571A1
WO2023036571A1 PCT/EP2022/072862 EP2022072862W WO2023036571A1 WO 2023036571 A1 WO2023036571 A1 WO 2023036571A1 EP 2022072862 W EP2022072862 W EP 2022072862W WO 2023036571 A1 WO2023036571 A1 WO 2023036571A1
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jet pump
fuel cell
valve
cell system
medium
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PCT/EP2022/072862
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Inventor
Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes

Definitions

  • the invention relates to a device for recirculating anode gas in an anode circuit of a fuel cell system.
  • a method for recirculating anode gas in an anode circuit of the fuel cell system is also proposed.
  • the device enables the method according to the invention to be carried out.
  • the invention relates to a fuel cell system with a device according to the invention.
  • a fuel cell system comprises at least one fuel cell, which can be used to convert a fuel, for example hydrogen, and an oxidizing agent, for example oxygen, into electrical energy, heat and water.
  • a fuel cell has an anode and a cathode.
  • the anode is supplied with the fuel and the cathode with the oxidizing agent.
  • the fuel is therefore the anode gas.
  • the approach when supplying the anode with fuel or anode gas, the approach has become established of recirculating the anode gas exiting the fuel cell, which is still rich in fuel, and feeding it back to the anode together with fresh fuel.
  • at least one jet pump is often used as a gas delivery unit in order to cover a recirculation capacity in different operating states, in particular high-load operation and low-load operation.
  • the jet pump can be operated as a function of the load and can be supplied with hydrogen by a separate metering valve in order to ensure flexible, needs-based metering of the anode gas, which is in particular a propellant medium.
  • DE 10 2019 205 990 A1 discloses a device in which the fuel cell is connected to the jet pump via a return line, in particular via a first inlet of the jet pump.
  • a return line in particular via a first inlet of the jet pump.
  • no dry propellant medium can be metered to an anode area of the fuel cell by means of at least one jet pump, since the fluidic connection of the fuel cell to the jet pump by means of the return line, by means of which recirculated material containing H2O is also returned to the jet pump, cannot be completely separated.
  • this is required at certain operating points of the fuel cell and/or the fuel cell system in order to enable efficient drying and/or blowing out of H2O from a fuel cell stack and/or fuel cell system and/or the fuel cell.
  • the present invention is concerned with solving this problem.
  • the device with the features of claim 1 and the method with the features of claim 9 are proposed for the solution.
  • Advantageous developments of the invention can be found in the respective dependent claims.
  • the fuel cell system with the device according to the invention is specified.
  • the device comprises at least one jet pump, to which a propellant medium, in particular from a tank, is supplied at least indirectly via an inflow line, the at least one jet pump having a first valve, preferably a first metering valve, on the inlet side, the at least one jet pump having at least one connecting line and at least one return line is at least indirectly fluidically connected to a fuel cell and is supplied with an unused recirculated material coming from the fuel cell.
  • the device according to the invention is designed in such a way that the first jet pump is connected fluidically on the inflow side via an inflow valve, in particular a controllable inlet valve, is connected to the fuel cell, in particular to an anode area, via the return line, with the inlet valve being able to be controlled in such a way that the fluidic connection of the fuel cell to the first jet pump, in particular via the return line, can be at least almost completely interrupted.
  • an inflow valve in particular a controllable inlet valve
  • the advantage can be achieved that the recirculation circuit between the fuel cell and the first jet pump can be at least almost completely interrupted, while the first jet pump is supplied almost exclusively with the propellant medium from the tank by means of the first metering valve, with this propellant medium being almost exclusively hydrogen and contains almost no by-products such as H2O or N2.
  • the fuel cell stack can be run dry and blown out, so that there is no longer any water in the fuel cell stack.
  • This is advantageous in the case of a long idle time at low temperatures, since no ice bridges can form due to the water in the stack, which could damage the fuel cell stack, especially when the entire vehicle is restarted as part of a cold start procedure.
  • the cold start capability of the device and thus of the entire fuel cell system can thus be improved by the design of the device according to the invention.
  • the fuel cell system can be operated reliably even at low temperatures and the fuel cell can be started at any time.
  • the efficiency of the fuel cell system can be improved by allowing the recirculate to be metered into the first jet pump by means of the inflow valve, in order to enable better matching of the propellant medium and recirculate.
  • the device in addition to the first jet pump, it has at least one further jet pump, in particular a second jet pump, the jet pumps being connected in parallel and each being able to be operated individually or together depending on the load, the second jet pump being on the inlet side, in particular in the region of a second inlet is fluidically connected to a second valve, preferably a second metering valve.
  • a second jet pump the jet pumps being connected in parallel and each being able to be operated individually or together depending on the load, the second jet pump being on the inlet side, in particular in the region of a second inlet is fluidically connected to a second valve, preferably a second metering valve.
  • the advantage can be achieved that the recirculation power over a wide range of operating states of the Fuel cell system can be maintained with a high degree of efficiency by a respective jet pump according to the load case by means of the respective metering valve the corresponding driving medium is metered or the other jet pump is fluidly separated by means of the respective metering valve from the tank in such a way that no driving medium is metered. It is also possible to supply the at least two jet pumps together with the propellant medium by means of the metering valve and thus to operate them. The efficiency of the entire fuel cell system can thus be improved.
  • the second jet pump has a check valve on the outflow side, in particular in the area of the connecting line, with the check valve being located between the connecting line and the second jet pump.
  • the at least one blocking element is preferably actuated in a pressure-controlled manner, so that no additional actuators are required. By preventing backflow, the efficiency of the fuel cell system can be increased.
  • the inlet valve of the first jet pump achieves no absolute or only a slight tightness and/or encapsulation of the fluidic connection of the fuel cell with the first jet pump via the return line.
  • an inexpensive and simply constructed embodiment of the inlet valve can be used, since only small differential pressures occur in the anode circuit and therefore only a small actuator force is required to actuate the inlet valve.
  • the inlet valve does not have to be absolutely tight, since the seat does not cause any leakage to the outside into an environment and a small leakage has no effect on the function. The overall costs of the fuel cell system and the probability of failure of the device can thus be reduced.
  • the first jet pump is designed for high-load operation and the quantity of a propellant medium is controlled, in particular as part of metering, by the first metering valve and/or the inlet valve.
  • the first metering valve and/or the inlet valve are controlled separately from one another.
  • the efficiency of the fuel cell systems can be improved, since the fuel cell can be optimally charged using the first jet pump.
  • the second jet pump is designed for low-load operation.
  • the quantity of a propellant medium is controlled, in particular as part of metering, exclusively by a second metering valve.
  • the proposed device is therefore particularly suitable for carrying out the method according to the invention described below. With the aid of the device, the same advantages can thus be achieved that the efficiency of the fuel cell system can be improved.
  • the recirculation of the recirculation medium coming from the fuel cell to the jet pump can be at least almost completely prevented by means of the inlet valve.
  • the jet pump is operated almost exclusively using the propellant medium from the tank and this is fed to the fuel cell.
  • the method can be operated in such a way that the recirculation and/or the recirculation capacity can be switched off at least almost completely and dosing without recirculation is possible.
  • the jet pump is supplied exclusively with the propellant medium from the tank via the second inlet and this propellant medium, which contains at least almost exclusively hydrogen, can be used to dry the fuel cell stack and to blow any water that may be present out of the fuel cell stack. In this way, damage to the fuel cell and/or the fuel cell stack can be avoided in the event of long downtimes and low ambient temperatures, in particular below 0°C.
  • At least one additional jet pump is used during operation, with the at least two jet pumps being connected in parallel and each being individually or jointly operated as a function of the load. are drivable.
  • this at least one additional jet pump can be switched on depending on the load.
  • both jet pumps can also be used for the recirculation of anode gas. In this way, a consistently high recirculation performance can be achieved, both at high and at low loads. In this way, the efficiency of the fuel cell and/or of the entire fuel cell system can be improved.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a jet pump according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a fuel cell arrangement according to the invention with a fuel cell and a device according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a fuel cell arrangement according to the invention with the fuel cell and the device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section of a first jet pump 4 or a second jet pump 6.
  • the jet pump 4 , 6 has a first inlet 28 , a second inlet 36 , an intake area 7 , a mixing tube 9 and a diffuser area 11 .
  • the anode gas flows at least partially in a flow direction III through the jet pump 4, 6, with the flow direction III running parallel to a longitudinal axis 52 of the jet pump 4, 6.
  • the majority of the areas of the jet pump 4, 6 through which flow occurs are at least approximately tubular and are used to convey and/or conduct the gaseous medium, which is in particular H2 with proportions of H2O and N2, in the jet pump 4, 6 the jet pump 4, 6 is supplied with a propellant medium by means of the second inlet 36, which is fed through a channel of a nozzle 12 into the suction area 7 or the mixing tube 9 flows in.
  • the jet pump 4, 6 is supplied with recirculated material through the first inlet 28, the recirculated material being in particular the unused H2 from an anode region 38 (shown in FIG. 2) of a fuel cell 32 (shown in FIG. 2) , In particular a fuel cell stack, is, in which case the recirculated material can also contain water and nitrogen.
  • the driving medium can come from a tank 34 (shown in FIG. 2) and can be under high pressure, in particular more than 5 bar.
  • the propellant medium is discharged from the nozzle 12 into the intake area 7 and/or the mixing tube 9 .
  • the hydrogen flowing through the nozzle 12 and serving as the motive medium has a pressure difference and/or speed difference to the recirculation medium, which flows from the first inlet 28 into the respective jet pump 4, 6, with the motive medium having a higher pressure of at least 5 bar in particular. If a so-called jet pump effect occurs, the recirculation medium is conveyed at low pressure into the central flow area of the respective jet pump 4, 6.
  • the propellant medium flows through the nozzle 12 into the intake area 7 and/or the mixing tube 9 with the pressure difference described and at a high speed, which can in particular be close to the speed of sound.
  • the nozzle 12 has an inner recess in the form of a flow opening through which the gaseous medium can flow, particularly in the case of the first jet pump 4 coming from a first metering valve 10 and flowing into the intake area 7 and/or the mixing tube 9 .
  • the second jet pump 6 can have the second metering valve 14 .
  • the driving medium hits the recirculation medium that is already in the suction area 7 and/or in the mixing tube 9 . Due to the high speed and/or pressure difference between the motive medium and the recirculation medium, internal friction and turbulence is created between the media. This creates a shear stress in the boundary layer between the fast propellant medium and the much slower recirculation medium. This tension causes momentum transfer, accelerating and entraining the recirculation medium.
  • the propellant medium flows out of the second inlet 36 into the central flow area of the first jet pump 4, so that the propellant medium can no longer flow in flow direction III to the recirculation medium in the intake area 7 and/or the mixing tube 9 and the jet pump effect is thus suspended.
  • the mixed medium to be conveyed which consists in particular of the recirculation medium and the propellant medium, flows in the direction of flow III into the diffuser area 11, where the flow velocity in the diffuser area 11 can be reduced. From there, the medium flows further, for example, into the anode area 38 of the fuel cell 32.
  • the respective metering valve 10, 14 can be located directly on the respective jet pump 4, 6, and in particular can form a common assembly with it, with the respective metering valve 10, 14 having a respective integrated driving nozzle 12a, b.
  • the respective jet pump 4, 6 is supplied with fresh anode gas, in particular the driving medium, via the respective metering valve 10, 14 and/or the respective integrated driving nozzle 12a, b.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a fuel cell system 31 according to the invention with the fuel cell 32 and the device 1 according to a first exemplary embodiment.
  • the device 1 is used for the recirculation of anode gas in an anode circuit of a fuel cell system 31, comprising at least one jet pump 4 which is supplied at least indirectly with a propellant medium, in particular from the tank 34, at least indirectly via an inflow line 21, the at least one jet pump 4 has a first valve 10, preferably a first metering valve 10, on the inlet side, the at least one jet pump 4 having at least one connecting line device 29 and at least one return line 23 is at least indirectly fluidly connected to the fuel cell 32 and is supplied with an unused recirculate material coming from the fuel cell 32 .
  • the first jet pump 4 is fluidically connected on the inflow side via an inlet valve 20, in particular a controllable inlet valve 20, to the fuel cell 32, in particular the anode region 38 via the return line 23, with the inlet valve 20 being able to be controlled in such a way that the fluidic connection of the fuel cell 32 with the first jet pump 4, in particular via the return line 23, can be at least almost completely interrupted.
  • the fuel cell 32 has a cathode area 40 .
  • the inlet valve 20 can have an actuator, by means of which the inlet valve 20 can be closed and opened. This allows the recirculation to be switched off and dosing is possible without recirculation.
  • the inlet valve 20 of the first jet pump 4 cannot achieve any absolute tightness or only a slight tightness and/or encapsulation of the fluidic connection of the fuel cell 32 to the first jet pump 4 via the return line 23.
  • an inexpensive and simply constructed inlet valve 20 can be used.
  • This inlet valve 20 can be produced in a cost-effective manner, since only small differential pressures occur in the anode circuit and therefore only a small actuator force is necessary.
  • the inlet valve 20 does not have to be absolutely tight, since the sealing seat does not result in leakage into an environment 26 and a small leakage has no effect on the function.
  • the second shut-off valve 17 can be used to fluidically separate the tank 34 from the fuel cell system 31 and/or the fuel cell 32 .
  • the propellant flows into a pressure control valve 19, which is in particular a pressure reducer 19, by means of which the pressure level of the anode gas coming from the tank 34 is reduced before it flows further into a medium-pressure line 25.
  • the second shut-off valve 17 is typically used for safety reasons, with the second shut-off valve 17 being used optionally.
  • the pressure reduction can be regulated down from a pressure level in the range of 700 bar, which prevails in the tank 34, for example, to a pressure level in the range of 10 to 15 bar in the area of the medium-pressure line 25.
  • the motive medium flows from the medium-pressure line 25 via a first shut-off valve 15 and the downstream inflow line 21 to the respective jet pump 4, 6.
  • the inflow line 21 coming from the first shut-off valve 15 branches in the area of a first node 46 into a first inflow line 21a and a second inflow line 21b.
  • FIG. 2 also shows that a water separator 8 and/or a drain valve 30 can also be located in an exemplary embodiment in the area of the return line 23 .
  • the unused gaseous medium thus flows from the fuel cell 32 into the water separator 8, in which the water is separated from the hydrogen and in which the water is then discharged into the environment 26, for example by means of a valve 8. From there, the anode gas can flow back to the respective jet pump 4 , 6 or to the drain valve 30 via the connecting line 29 .
  • the drain valve 30 which is in particular a purge valve 30, water and/or hydrogen and/or nitrogen are released to the environment 26.
  • the device shown in FIG. 2 can also be used for a method for recirculating anode gas in an anode circuit of a fuel cell system 31 .
  • the recirculation of the recirculation medium coming from the fuel cell 32 to the first jet pump 4 can be at least almost completely prevented by means of the inlet valve 20, with the first jet pump 4 being operated almost exclusively using the propellant medium from the tank 34 and feeding this to the fuel cell 32.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a fuel system 31 according to the invention with the fuel cell 32 and the device 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the device 1 has at least one further jet pump 6, with the jet pumps 4, 6 being connected in parallel and being operable individually or together depending on the load, with the second jet pump 6 on the inlet side, in particular in the area of a second inlet 36, having a second valve 14, preferably a second metering valve 14, is fluidically connected.
  • the second jet pump 6 can have a check valve 18 on the outflow side, in particular in the area of the connecting line 29b, wherein the check valve 18 can be located in an exemplary embodiment of the device 1 between the connecting line 29b and the second jet pump 6.
  • the first jet pump 4 can be designed for high-load operation and quantity control of a propellant medium, in particular as part of metering, takes place through the first metering valve 10 and/or the inlet valve 20 .
  • the at least one further jet pump 6 can be designed for low-load operation and the quantity of a propellant medium is controlled, in particular as part of metering, by the second metering valve 14 .
  • the at least two jet pumps 4, 6 are connected in parallel and can be operated individually or together depending on the load.
  • the inflow line 21 branches in the area of the first node 46 into a first inflow line 21a and a second inflow line 21b.
  • the first inflow line 21a fluidly connects the first node 46 to the first metering valve 10 and thus indirectly to the first jet pump 4.
  • the second inflow line 21b fluidly connects the first node 46 to the second metering valve 14 and thus indirectly to the second jet pump 6.
  • It is also located the respective connecting line 29a, b is located downstream of the respective jet pump 4, 6.
  • the connecting lines 29a, b converge in the area of a second node 48 and/or are fluidly connected to one another and to a further area of the connecting line 29.
  • the respective jet pump 4 , 6 is connected to the fuel cell 32 by means of the connecting line 29 .
  • the check valve 18 is located downstream of the second jet pump 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems (31) sowie ein Brennstoffzellensystem (31) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis des Brennstoffzellensystems (31), bei dem die Rezirkulation des von einer Brennstoffzelle (32) zur Strahlpumpe (4) kommenden Rezirkulationsmediums mittels eines Zulaufventils (20) zumindest nahezu vollständig unterbinden werden kann.

Description

Beschreibung
Titel:
Vorrichtung und Verfahren zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems. Ferner wird ein Verfahren zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis des Brennstoffzellensystems vorgeschlagen. Die Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Stand der Technik
Ein Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle, mit deren Hilfe ein Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, und ein Oxidationsmittel, beispielsweise Sauerstoff, in elektrische Energie, Wärme und Wasser gewandelt werden können. Eine Brennstoffzelle weist hierzu eine Anode und eine Kathode auf. Die Anode wird im Betrieb des Brennstoffzellensystems mit dem Brennstoff, die Kathode mit dem Oxidationsmittel versorgt. Bei dem Brennstoff handelt es sich demnach um das Anodengas.
Systemisch hat sich bei der Versorgung der Anode mit Brennstoff bzw. Anodengas der Ansatz etabliert, das noch brennstoffreiche aus der Brennstoffzelle austretende Anodengas zu rezirkulieren und zusammen mit frischem Brennstoff erneut der Anode zuzuführen. Hierbei gelangt oftmals mindestens eine Strahlpumpe als Gasfördereinheit zum Einsatz um eine Rezirkulationsleistung bei verschiedenen Betriebszuständen, insbesondere einen Hochlastbetrieb und einen Niedriglastbetrieb, abzudecken. Die Strahlpumpe kann dabei lastabhängig betreibbar sein und durch ein separates Dosierventil mit Wasserstoff versorgt werden, um eine flexible, bedarfsgerechte Zudosierung des Anodengases, bei dem es sich insbesondere um ein Treibmedium handelt, zu gewährleisten. Aus der DE 10 2019 205 990 Al ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Brennstoffzelle über eine Rückführleitung mit der Strahlpumpe verbunden ist, insbesondere über einen ersten Zulauf der Strahlpumpe. Dabei ist jedoch problematisch dass kein trockenes Treibmedium mittels mindestens einer Strahlpumpe zu einem Anodenbereich der Brennstoffzelle zudosiert werden kann, da sich die fluidische Verbindung der Brennstoffzelle zur Strahlpumpe mittels der Rückführleitung, mittels derer auch H2O enthaltetenes Rezirkulat zur Strahlpumpe zurückgeführt wird, nicht vollständig trennen lässt. Dies ist jedoch in bestimmten Betriebspunkten der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellensystems erforderlich, um eine effizientes Trockenfahren und/oder Ausblasen von H2O eines Brennstoffzellenstacks und/oder Brennstoffzellensystems und/oder der Brennstoffzelle zu ermöglichen.
Mit der Lösung dieses Problems ist die vorliegende Erfindung befasst. Zur Lösung werden die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird das Brennstoffzellensystem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems und ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst dabei mindestens eine Strahlpumpen, der zumindest mittelbar ein Treibmedium, insbesondere aus einem Tank, zumindest mittelbar über eine Zuströmleitung zugeführt wird, wobei die mindestens eine Strahlpumpe einlassseitig ein erstes Ventil, vorzugsweise ein erstes Dosierventil, aufweist, wobei die mindestens eine Strahlpumpe über mindestens eine Verbindungsleitung und mindestens eine Rückführleitung zumindest mittelbar fluidisch mit einer Brennstoffzelle verbunden ist und mit einem von der Brennstoffzelle kommenden unverbrauchten Rezirkulat versorgt wird.
Bezugnehmend auf Anspruch 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgeführt, dass die erste Strahlpumpe fluidisch zuströmseitig über ein Zulauf- ventil, insbesondere ein steuerbares Zulaufventil, mit der Brennstoffzelle, insbesondere einem Anodenbereich über die Rückführleitung verbunden ist, wobei sich das Zulaufventil derart ansteuern lässt, dass die fluidische Verbindung der Brennstoffzelle mit der ersten Strahlpumpe, insbesondere über die Rückführleitung, zumindest nahezu vollständig unterbrechen lässt. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass der Rezirkulationskreislauf zwischen der Brennstoffzelle und der ersten Strahlpumpe zumindest nahezu vollständig unterbrochen werden kann, während der ersten Strahlpumpe mittels des ersten Dosierventils nahezu ausschliessliche das Treibmedium aus dem Tank zugeführt wird, wobei dieses Treibmedium nahezu ausschließlich Wasserstoff enthält und nahezu keine Beiprodukte, wie H2O oder N2, enthält. Somit kann bei einem Abstellen des Gesamtfahrzeugs der Brennstoffzellenstack trockengefahren und ausgeblasen werden, so dass sich kein Wasser im Brennstoffzellenstack mehr befindet. Dies ist im Falle einer langen Standzeit bei niedrigen Temperaturen vorteilhaft, da sich keine Eisbrücken aufgrund des Wassers im Stack ausbilden können, die das Brennstoffzellenstack schädigen können, insbesondere bei einem Neustart des Gesamtfahrzeug im Rahmen einer Kaltstartprozedur. Somit kann durch die erfindungsgemäße Ausführung der Vorrichtung die Kaltstartfähigkeit der Vorrichtung und somit des gesamten Brennstoffzellensystems verbessert werden.
Dadurch kann das Brennstoffzellensystem auch bei tiefen Temperaturen zuverlässig betrieben werden und ein Start der Brennstoffzelle ist jederzeit möglich. Zudem kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessert werden indem mittels des Zulaufventis eine Zudosierung des Rezirkulats zur ersten Strahlpumpe ermöglicht wird, um eine bessere Abstimmung des Treibmediums und Rezirkulats zu ermöglichen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Fördereinrichtung möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung weist diese zusätzlich zur ersten Strahlpumpe mindestens eine weitere Strahlpumpe auf, insbesondere eine zweite Strahlpumpen, wobei die Strahlpumpen parallel geschaltet und lastabhängig jeweils einzeln oder gemeinsam betreibbar sind, wobei die zweite Strahlpumpe einlassseitig, insbesondere im Bereich eines zweiten Zulaufs mit einem zweiten Ventil, vorzugsweise ein zweites Dosierventil, fluidisch verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich der Vorteil erzielen, dass sich die Re- zirkulationsleistung über eine breite Bandbreite an Betriebszuständen des Brennstoffzellensystems mit einem hohen Wirkungsgrad aufrechterhalten werden kann, indem eine jeweilige Strahlpumpe gemäß dem Lastfall mittels des jeweiligen Dosierventils das entsprechende Treibmedium zudosiert bekommt oder das die andere Strahlpumpe mittels des jeweiligen Dosierventils fludisch vom Tank derart getrennt wird, dass kein Treibmedium zudosiert wird. Es ist auch möglich die mindestens zwei Strahlpumpen gemeinsam mittels des Dosierventils mit dem Treibmedium zu versorgen und somit zu betreiben. Somit lässt sich der Wirkungsgrad des gesamten Brennstoffzellensystems verbessern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung weist die zweite Strahlpumpe abströmseitig ein Rückschlagventil auf, insbesondere im Bereich der Verbindungsleitung wobei sich das Rückschlagventil zwischen der Verbindungsleitung und der zweiten Strahlpumpe befindet. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass ein unerwünschtes Rückströmen durch die zweite Strahlpumpe verhindert wird. Die Betätigung des mindestens einen Sperrelements erfolgt vorzugsweise druckgesteuert, so dass keine zusätzliche Aktorik erforderlich ist. Durch die Verhinderung des Rückströmens kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöht werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung das Zulaufventil der erste Strahlpumpe keine absolute oder nur eine geringe Dichtheit und/oder Kapselung der fluidischen Verbindung der Brennstoffzelle mit der ersten Strahlpumpe über die Rückführleitung erzielt. Auf diese Weise kann eine kostengünstige und einfach konstruierte Ausführungsform des Zulaufventils verwendet werden, da im Anodenkreis nur geringe Differenzdrücke auftreten und somit nur eine kleine Aktorkraft für die Betätigung des Zulaufventils notwendig ist. Zudem ist keine abolute Dichtheit des Zulaufventils erforderlich, da durch den Sitz keine Leckage nach außen in eine Umgebung auftritt und für die Funktion eine geringe Leckage keinen Einfluss hat. Somit lassen sich die Gesamtkosten des Brennstoffzellensystems und die Ausfallwahrscheinlichkeit der Vorrichtung reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erste Strahlpumpe für einen Hochlastbetrieb ausgelegt und eine Mengensteuerung eines Treibmediums, insbesondere im Rahmen einer Zudosierung, erfolgt durch das erste Dosierventil und/oder das Zulaufventil erfolgt. Auf diese Weise kann eine gleichbleibend hohe Rezirkulationsleistung bereitgestellt werden, da die Strahlpumpen getrennt voneinander ansteuerbar sind. Zudem kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellen- systems verbessert werden, da eine optimale Beschickung der Brennstoffzelle mittels der ersten Strahlpumpe erfolgen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist die zweite Strahlpumpe für einen Niedriglastbetrieb ausgelegt. Dabei erfolgt eine Mengensteuerung eines Treibmediums, insbesondere im Rahmen einer Zudosierung, ausschließlich durch ein zweites Dosierventil. Auf diese Weise kann bei einem Niedriglastbetrieb des Brennstoffzellensystems nur dueZudem treten keine Reibungsverluste aufgrund eines Durchströmens des Anodengases durch die erste Strahlpumpe auf. Somit kann eine gleichbleibend hohe Rezirkulationsleistung und/oder ein hoher Wirkungsgrad bereitgestellt werden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ist demnach insbesondere zur Durchführung des im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Mit Hilfe der Vorrichtung lassen sich somit die gleichen Vorteile erzielen das der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis des Brennstoffzellensystems kann die Rezirkulation des von der Brennstoffzelle zur Strahlpumpe kommenden Rezirkulationsmediums mittels des Zulaufventils zumindest nahezu vollständig unterbunden werden. Dabei wird die Strahlpumpe nahezu ausschließlich mittels des Treibmediums aus dem Tank betrieben und dies wird der Brennstoffzelle zugeführt. Auf diese Weise kann das Verfahren derart betrieben werden, dass sich die Rezirkulation und/oder die Rezirkulationsleistung zumindest nahezu vollständig abschalten lässt und eine Zudosierung ohne Rezirkulation möglich ist. Dabei wird der Strahlpumpe auschliesslich das Treibmedium aus dem Tank über den zweiten Zulauf zugeführt und dieses zumindest nahezu ausschliesslich Wasserstoff aufweisende Treibmedium kann dazu verwendet werden, das Brennstoffzellenstack trockenzufahren und eventuell vorhandenes Wasser aus dem Brennstoffzellenstack auszublasen. Somit kann eine Vermeidung der Schädigung der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellenstacks bei langen Standzeiten und niedrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere unter 0°C, erzielt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens wird im Betrieb mindestens eine weitere Strahlpumpe verwendet, wobei die mindestens zwei Strahlpumpen parallel geschaltet und lastabhängig jeweils einzeln oder gemeinsam be- treibbar sind. Auf diese Weise kann mittels des Vorsehens mindestens einer weiteren Strahlpumpe, die vorzugsweise auf einen anderen Lastbereich, insbesondere einen Hochlastbereich, ausgelegt ist als die zweite Strahlpumpe, lastabhängig diese mindestens eine weitere Strahlpumpe zugeschaltet werden. Grundsätz- lieh können auch beide Strahlpumpen zur Rezirkulation von Anodengas eingesetzt werden. Auf diese Weise kann eine gleichbleibend hohe Rezirkulationsleis- tung erbracht werden, und zwar sowohl bei hoher als auch bei niedriger Last. Dabei lässt sich der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle und/oder des gesamten Brennstoffzellensystems verbessern.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Strahlpumpe
Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung mit einer Brennstoffzelle und einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung mit der Brennstoffzelle und der Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt einer ersten Strahlpumpe 4 oder einer zweiten Strahlpumpe 6.
Dabei weist die Strahlpumpe 4, 6 einen ersten Zulauf 28, einen zweiten Zulauf 36 einen Ansaugbereich 7, ein Mischrohr 9 und einen Diffusorbereich 11 auf. Das Anodengas strömt dabei zumindest teilweise in einer Strömungsrichtung III durch die Strahlpumpe 4, 6, wobei die Strömungsrichtung III parallel zu einer Längsachse 52 der Strahlpumpe 4, 6 verläuft. Der Großteil der durchströmten Bereiche der Strahlpumpe 4, 6 sind dabei zumindest annährend rohrförmig ausgebildet und dienen zum Fördern und/oder Leiten des gasförmigen Mediums, bei dem es sich insbesondere um H2 mit Anteilen an H2O und N2 handelt, in der Strahlpumpe 4, 6 Dabei wird der Strahlpumpe 4, 6 mittels des zweiten Zulaufs 36 ein Treibmedium zugeführt, welches durch einen Kanal einer Düse 12 in den An- saugbereich 7 oder das Mischrohr 9 einströmt. Zudem wird der Strahlpumpe 4, 6 ein Rezirkulat durch den ersten Zulauf 28 zugeführt, wobei es sich bei dem Re- zirkulat insbesondere um das unverbrauchte H2 aus einem Anodenbereich 38 (gezeigt in Fig. 2) einer Brennstoffzelle 32 (gezeigt in Fig. 2), insbesondere einem Brennstoffzellenstack, handelt, wobei das Rezirkulat auch Wasser und Stickstoff aufweisen kann. Das Treibmedium kann dabei von einem Tank 34 (gezeigt in Fig. 2) kommen und unter hohen Druck, insbesondere von mehr als 5 bar, stehen.
Von der Düse 12 wird das Treibmedium in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohr 9 abgelassen. Der durch die Düse 12 strömende und als Treibmedium dienende Wasserstoff weist eine Druckdifferenz und/oder Geschwindigkeitsdifferenz zum Rezirkulationsmedium auf, das aus dem ersten Zulauf 28 in die jeweilige Strahlpumpe 4, 6 einströmt, wobei das Treibmedium insbesondere einen höheren Druck von mindestens 5 bar aufweist. Wenn sich ein sogenannter Strahlpumpeneffekt einstellt wird das Rezirkulationsmedium mit einem geringen Druck in den zentralen Strömungsbereich der jeweiligen Strahlpumpe 4, 6 gefördert. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschriebenen Druckdifferenz und einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann, durch die Düse 12 in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohrs 9 ein.
Die Düse 12 weist dabei eine innere Ausnehmung in Form einer Strömungsöffnung auf, durch die das gasförmige Medium strömen kann, insbesondere im Falle der ersten Strahlpumpe 4 von einem ersten Dosierventil 10 kommend und in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohr 9 einströmend. Die zweite Strahlpumpe 6 kann dabei das zweite Dosierventil 14 aufweisen. Dabei trifft das Treibmedium auf das Rezirkulationsmedium, das sich bereits im Ansaugbereich 7 und/oder im Mischrohr 9 befindet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits- und/oder Druck-Differenz zwischen dem Treibmediums und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenz zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treibmedium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Spannung bewirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium beschleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in der Strömungsrichtung III beschleunigt und es entsteht für das Rezirkulationsmedium ein Druckabfall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsmedium aus dem Bereich des ersten Zulaufs 28 nachgefördert wird. Dieser Effekt kann als Strahlpumpeneffekt bezeichnet werden. Durch das Ansteuern der Zu-Dosierung des Treibmediums mittels des jeweiligen Dosierventils 10, 14 kann eine Förderrate des Rezirkulations- mediums reguliert werden und auf den jeweiligen Bedarf eines gesamten Brennstoffzellen-Systems 31 (nicht gezeigt in Fig. 1) je nach Betriebszustand und Betriebsanforderungen angepasst werden. In einem beispielhaften Betriebszustand einer Vorrichtung 1 und/oder der jeweiligen Strahlpumpe 4, 6 bei dem sich das erste Dosierventil 10 in geschlossenem Zustand befindet, kann verhindert werden, dass das Treibmedium aus dem zweiten Zulauf 36 in den zentralen Strömungsbereich der ersten Strahlpumpe 4 nachströmt, so dass das Treibmedium nicht weiter in Strömungsrichtung III zum Rezirkulationsmedium in den Ansaugbereich 7 und/oder das Mischrohr 9 einströmen kann und somit der Strahlpumpeneffekt aussetzt. Nach dem Passieren des Mischrohrs 9 strömt das vermischte und zu fördernde Medium, das insbesondere aus dem Rezirkulationsmedium und dem Treibmedium besteht, in der Strömungsrichtung III in den Diffusorbereich 11, wobei es im Diffusorbereich 11 zu einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit kommen kann. Von dort strömt das Medium beispielsweise weiter in den Anodenbereich 38 der Brennstoffzelle 32.
Wie in Fig. 1 gezeigt kann sich das jeweilige Dosierventil 10, 14 direkt an der jeweiligen Strahlpumpe 4, 6 befinden, und insbesondere eine gemeinsame Baugruppe mit diesem ausbilden, wobei das jeweilige Dosierventil 10, 14 eine jeweilige integrierte Treibdüse 12a, b aufweisen kann. Der jeweiligen Strahlpumpe 4, 6 wird dabei frisches Anodengas, insbesondere das Treibmedium, über das jeweilige Dosierventil 10, 14 und/oder die jeweilige integrierte Treibdüse 12a, b zugeführt wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen des Brennstoffzellen-Systems 31 mit der Brennstoffzelle 32 und der Vorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 1 dient dabei zur Re- zirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems 31, umfassend mindestens eine Strahlpumpe 4 der zumindest mittelbar ein Treibmedium, insbesondere aus dem Tank 34, zumindest mittelbar über eine Zuströmleitung 21 zugeführt wird, wobei die mindestens eine Strahlpumpe 4 einlassseitig ein erstes Ventil 10, vorzugsweise ein erstes Dosierventil 10, aufweist, wobei die mindestens eine Strahlpumpe 4 über mindestens eine Verbindungslei- tung 29 und mindestens eine Rückführleitung 23 zumindest mittelbar fluidisch mit der Brennstoffzelle 32 verbunden ist und mit einem von der Brennstoffzelle 32 kommenden unverbrauchten Rezirkulat versorgt wird. Dabei ist die erste Strahlpumpe 4 fluidisch zuströmseitig über ein Zulaufventil 20, insbesondere ein steuerbares Zulaufventil 20, mit der Brennstoffzelle 32, insbesondere dem Anodenbereich 38 über die Rückführleitung 23 verbunden ist, wobei sich das Zulaufventil 20 derart ansteuern lässt, dass die fluidische Verbindung der Brennstoffzelle 32 mit der ersten Strahlpumpe 4, insbesondere über die Rückführleitung 23, zumindest nahezu vollständig unterbrechen lässt. Zusätzlich zum Anodenbereich 38 weist die Brennstoffzelle 32 einen Kathodenbereich 40 auf. Dabei kann das Zulaufventil 20 eine Aktorik aufweisen, mittels derer sich das Zulaufventil 20 schließen und öffnen lässt. Dadurch lässt sich die Rezirkulation abschalten und eine Zudosierung ist ohne Rezirkulation möglich. In einer beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung 1 kann das Zulaufventil 20 der ersten Strahlpumpe 4 keine absolute oder nur eine geringe Dichtheit und/oder Kapselung der fluidischen Verbindung der Brennstoffzelle 32 mit der ersten Strahlpumpe 4 über die Rückführleitung 23 erzielen. Somit kann ein kostengünstiges und einfach aufgebautes Zulaufventil 20 verwendet werden. Dieses Zulaufventil 20 lässt sich kostengünstig darstellen, da im Anodenkreis nur geringe Differenzdrücke auftreten und somit nur eine kleine Aktorkraft notwendig ist. Zudem ist keine absolute Dichtheit des Zulaufventils 20 erforderlich, da durch den Dichtsitz keine Leckage in eine Umgebung 26 auftritt und für die Funktion eine geringe Leckage keinen Einfluss hat.
Fig. 2 zeigt, dass das aus dem Tank 34 kommende Treibmedium, bei dem es sich um Wasserstoff handelt, über eine Tankleitung 27 zu einem zweiten Absperrventil 17 strömt. Das zweite Absperrventil 17 kann dabei zum fluidischen Trennen des Tanks 34 vom Brennstoffzellensystem 31 und/oder der Brennstoffzelle 32 dienen. Vom zweiten Absperrventil 17 strömt das Treibmedium in ein Druckregelventil 19, bei dem es sich insbesondere um einen Druckminderer 19 handelt, mittels dessen das Druckniveau des vom Tank 34 kommenden Anodengases reduziert wird, bevor es weiter in eine Mitteldruckleitung 25 strömt. Das zweite Absperrventil 17 wird dabei typischerweise aus Sicherheitsgründen verwendet, wobei das zweite Absperrventil 17 optional verwendet wird. Die Druckreduzierung kann dabei bei einer möglichen beispielhaften Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 31 von einem Druckniveau im Bereich von 700 bar, welches beispielsweise im Tank 34 vorherrscht, auf ein Druckniveau im Bereich von 10 bis 15 bar im Bereich der Mitteldruckleitung 25, heruntergeregelt werden. Von der Mitteldruckleitung 25 strömt das Treibmedium über ein erstes Absperr- ventil 15 und die stromabwärtige Zuströmleitung 21 zu der jeweiligen Strahlpumpe 4, 6. Die Zuströmleitung 21 von dem ersten Absperrventil 15 kommend im Bereich eines ersten Knotenpunktes 46 in eine erste Zuströmleitung 21a und eine zweite Zuströmleitung 21b verzweigt.
In Fig. 2 ist zudem gezeigt, dass Es kann sich zudem in einer beispielhaften Ausführungsform im Bereich der Rückführleitung 23 ein Wasserabscheider 8 und/oder ein Ablassventil 30 befinden. Somit strömt das unverbrauchte gasförmige Medium aus der Brennstoffzelle 32 in den Wasserabscheider 8, in dem das Wasser vom Wasserstoff getrennt wird und in dem dann das Wasser beispielsweise mittels eines Ventils 8 in die Umgebung 26 abgelassen wird. Von dort kann das Anodengas über die Verbindungsleitung 29 zurück zur jeweiligen Strahlpumpe 4, 6 oder zum Ablassventil 30 strömen. Im Bereich des Ablassventils 30, bei dem es sich insbesondere um ein Purge-Ventil 30 handelt, Wasser und/oder Wasserstoff und/oder Stickstoff an die Umgebung 26 abgegeben werden.
Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung kann zudem für ein Verfahren zur Rezirkulati- on von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems 31 verwendet werden. Dabei kann die Rezirkulation des von der Brennstoffzelle 32 zur ersten Strahlpumpe 4 kommenden Rezirkulationsmediums mittels des Zulaufventils 20 zumindest nahezu vollständig unterbunden werden kann, wobei die erste Strahlpumpe 4 nahezu ausschließlich mittels des Treibmediums aus dem Tank 34 betrieben und dies der Brennstoffzelle 32 zuführt.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffsystems 31 mit der Brennstoffzelle 32 und der Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei weist die Vorrichtung 1 zusätzlich zur ersten Strahlpumpe 4 mindestens eine weitere Strahlpumpe 6 auf, wobei die Strahlpumpen 4, 6 parallel geschaltet und lastabhängig jeweils einzeln oder gemeinsam betreibbar sind, wobei die zweite Strahlpumpe 6 einlassseitig, insbesondere im Bereich eines zweiten Zulaufs 36 mit einem zweiten Ventil 14, vorzugsweise ein zweites Dosierventil 14, fluidisch verbunden ist. Zudem kann die zweite Strahlpumpe 6 abströmseitig ein Rückschlagventil 18 aufweisen, insbesondere im Bereich der Verbindungsleitung 29b, wobei sich das Rückschlagventil 18 in einer beispielhaften Ausführungsform der Vorrichtung 1 zwischen der Verbindungsleitung 29b und der zweiten Strahlpumpe 6 befinden kann. Dabei kann die erste Strahlpumpe 4 für einen Hochlastbetrieb ausgelegt sein und eine Mengensteuerung eines Treibmediums, insbesondere im Rahmen einer Zudosierung, erfolgt durch das erste Dosierventil 10 und/oder das Zulaufventil 20 erfolgt. Die mindestens eine weitere Strahlpumpe 6 kann dabei für einen Niedriglastbetrieb ausgelegt sein und eine Mengensteuerung eines Treibmediums, insbesondere im Rahmen einer Zudosierung, erfolgt durch das zweite Dosierventil 14 erfolgt. Dabei sind die mindestens zwei Strahlpumpen 4, 6 parallel geschaltet und lastabhängig jeweils einzeln oder gemeinsam betreibbar sind.
Wie in Fig. 3 gezeigt verzweigt sich die Zuströmleitung 21 im Bereich des ersten Knotenpunkts 46 in eine erste Zuströmleitung 21a und eine zweite Zuströmleitung 21b. Die erste Zuströmleitung 21a verbindet den ersten Knotenpunkt 46 fluidisch mit dem ersten Dosierventil 10 und somit mittelbar mit der ersten Strahlpumpe 4. Die zweite Zuströmleitung 21b verbindet den ersten Knotenpunkt 46 fluidisch mit dem zweiten Dosierventil 14 und somit mittelbar mit der zweiten Strahlpumpe 6. Weiterhin befindet sich die jeweilige Verbindungsleitung 29a, b stromabwärts der jeweiligen Strahlpumpe 4, 6. Die Verbindungsleitungen 29a, b laufen im Bereich eines zweiten Knotenpunktes 48 zusammen und/oder sind fluidisch miteinander und mit einem weiteren Bereich der Verbindungsleitung 29 verbunden. Dabei ist die jeweilige Strahlpumpe 4, 6 mittels der Verbindungsleitung 29 mit der Brennstoffzelle 32 verbunden. In dem in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel befindet sich das Rückschlagventil 18 stromabwärts der zweiten Strahlpumpe 6.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems (31), umfassend mindestens eine Strahlpumpen (4, 6), der zumindest mittelbar ein Treibmedium, insbesondere aus einem Tank (34), zumindest mittelbar über eine Zuströmleitung (21) zugeführt wird, wobei die mindestens eine Strahlpumpe (4, 6) einlassseitig ein erstes Ventil (10, 14), vorzugsweise ein erstes Dosierventil (10, 14), aufweist, wobei die mindestens eine Strahlpumpe (4, 6) über mindestens eine Verbindungsleitung (29) und mindestens eine Rückführleitung (23) zumindest mittelbar fluidisch mit einer Brennstoffzelle (32) verbunden ist und mit einem von der Brennstoffzelle (32) kommenden unverbrauchten Rezirkulat versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Strahlpumpe (4) fluidisch zuströmseitig über ein Zulaufventil (20), insbesondere ein steuerbares Zulaufventil (20), mit der Brennstoffzelle (32), insbesondere einem Anodenbereich (38) über die Rückführleitung (23) verbunden ist, wobei sich das Zulaufventil (20) derart ansteuern lässt, dass die fluidische Verbindung der Brennstoffzelle (32) mit der ersten Strahlpumpe (4), insbesondere über die Rückführleitung (23), zumindest nahezu vollständig unterbrechen lässt.
2. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zusätzlich zur ersten Strahlpumpe (4) mindestens eine weitere Strahlpumpe (6) aufweist, wobei die Strahlpumpen (4, 6) parallel geschaltet und lastabhängig jeweils einzeln oder gemeinsam betreibbar sind, wobei die zweite Strahlpumpe (6) einlassseitig, insbesondere im Bereich eines zweiten Zulaufs (36) mit einem zweiten Ventil (14), vorzugsweise ein zweites Dosierventil (14), fluidisch verbunden ist
3. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Strahlpumpe (6) abströmseitig ein Rückschlagventil (18) aufweist, insbesondere im Bereich der Verbindungsleitung (29b), wobei sich das Rückschlagventil (18) zwischen der Verbindungsleitung (29b) und der zweiten Strahlpumpe (6) befindet.
4. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zulaufventil (20) der ersten Strahlpumpe (4) keine absolute oder nur eine geringe Dichtheit und/oder Kapselung der fluidischen Verbindung der Brenn- stoffzelle (32) mit der ersten Strahlpumpe (4) über die Rückführleitung (23) erzielt. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlpumpe (4) für einen Hochlastbetrieb ausgelegt ist und eine Mengensteuerung eines Treibmediums, insbesondere im Rahmen einer Zudosierung, durch das erste Dosierventil (10) und/oder das Zulaufventil (20) erfolgt. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Strahlpumpe (6) für einen Niedriglastbetrieb ausgelegt ist und eine Mengensteuerung eines Treibmediums, insbesondere im Rahmen einer Zudosierung, durch das zweite Dosierventil (14) erfolgt. Verfahren zur Rezirkulation von Anodengas in einem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems (31), bei dem die Rezirkulation des von der Brennstoffzelle (32) zur Strahlpumpe (4) kommenden Rezirkulationsmediums mittels des Zulaufventils (20) zumindest nahezu vollständig unterbunden werden kann, wobei die Strahlpumpe (4) nahezu ausschließlich mittels des Treibmediums aus dem Tank (34) betrieben und dies der Brennstoffzelle (32) zuführt. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb mindestens eine weitere Strahlpumpe (6) verwendet wird, wobei die mindestens zwei Strahlpumpen (4, 6) parallel geschaltet und lastabhängig jeweils einzeln oder gemeinsam betreibbar sind. Brennstoffzellensystem mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorrichtung (1) in einem Anodenkreis des Brennstoffzellensystems (31) angeordnet ist.
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