DE102018209480A1 - Fuel cell device, method for operating a fuel cell device and vehicle - Google Patents

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Abstract

Um eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, welche mit einem möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad betreibbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung Folgendes umfasst:
eine oder mehrere Brennstoffzellen, insbesondere einen
Brennstoffzellenstapel, welcher mehrere Brennstoffzellen umfasst;
einen Speicherbehälter zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs, wobei der gasförmige Brennstoff zur Umsetzung desselben mit einem Oxidationsmittelgas der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, zuführbar ist;
eine oder mehrere mit gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter durchströmbare Turbinenvorrichtungen zur Bereitstellung mechanischer Leistung.

Figure DE102018209480A1_0000
In order to provide a fuel cell device that can be operated with the highest possible overall efficiency, it is proposed that the fuel cell device include the following:
one or more fuel cells, in particular one
Fuel cell stack, which comprises a plurality of fuel cells;
a storage container for storing a gaseous fuel, the gaseous fuel for converting the same with an oxidizing agent gas of the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, being deliverable;
one or more turbine devices through which gaseous fuel can flow through from the storage container to provide mechanical power.
Figure DE102018209480A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung.The present invention relates to a fuel cell device.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, welche mit einem möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad betreibbar ist.The object of the present invention is to provide a fuel cell device which can be operated with the highest possible overall efficiency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by a fuel cell device with the features of claim 1.

Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise Folgendes:

  • eine oder mehrere Brennstoffzellen, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel, welcher mehrere Brennstoffzellen umfasst;
  • einen Speicherbehälter zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs, wobei der gasförmige Brennstoff zur Umsetzung desselben mit einem Oxidationsmittelgas der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, zuführbar ist;
  • eine oder mehrere mit gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter durchströmbare Turbinenvorrichtungen zur Bereitstellung mechanischer Leistung.
The fuel cell device preferably comprises the following:
  • one or more fuel cells, in particular a fuel cell stack, which comprises a plurality of fuel cells;
  • a storage container for storing a gaseous fuel, the gaseous fuel for converting the same with an oxidizing agent gas of the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, being deliverable;
  • one or more turbine devices through which gaseous fuel can flow through from the storage container to provide mechanical power.

Der gasförmige Brennstoff ist insbesondere einer Anodenseite der einen oder der mehreren Brennstoffzellen zuführbar, insbesondere einer Anodenseite des Brennstoffzellenstapels.The gaseous fuel can in particular be supplied to an anode side of the one or more fuel cells, in particular an anode side of the fuel cell stack.

Vorzugsweise ist der Speicherbehälter zur Speicherung eines komprimierten gasförmigen Brennstoffs ausgebildet.The storage container is preferably designed to store a compressed gaseous fuel.

Der insbesondere gasförmige Brennstoff umfasst vorzugsweise ein Druckgas, insbesondere Hochdruck-Wasserstoff oder Druckwasserstoff.The particularly gaseous fuel preferably comprises a pressurized gas, in particular high-pressure hydrogen or pressurized hydrogen.

Der Speicherbehälter ist vorzugsweise ein Druckbehälter.The storage container is preferably a pressure container.

Günstig kann es sein, wenn der Speicherbehälter zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff bei einem Speicherdruck von mindestens ungefähr 200 bar, vorzugsweise von mindestens ungefähr 450 bar, insbesondere von mindestens ungefähr 700 bar, ausgebildet ist.It can be expedient if the storage container is designed for storing gaseous fuel at a storage pressure of at least approximately 200 bar, preferably of at least approximately 450 bar, in particular of at least approximately 700 bar.

Günstig kann es ferner sein, wenn der Speicherbehälter zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff bei einem Speicherdruck von höchstens ungefähr 1200 bar, vorzugsweise von höchstens ungefähr 1000 bar, insbesondere von höchstens ungefähr 750 bar, ausgebildet ist.It can also be favorable if the storage container is designed for storing gaseous fuel at a storage pressure of at most approximately 1200 bar, preferably of at most approximately 1000 bar, in particular of at most approximately 750 bar.

In dem Speicherbehälter sind vorzugsweise ungefähr 3 kg bis ungefähr 6 kg, insbesondere ungefähr 4,5 kg, Wasserstoff, speicherbar.About 3 kg to about 6 kg, in particular about 4.5 kg, of hydrogen can preferably be stored in the storage container.

Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung mehrere mit gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter durchströmbare Turbinenvorrichtungen zur Bereitstellung mechanischer Leistung umfasst.It may be expedient if the fuel cell device comprises a plurality of turbine devices through which gaseous fuel can flow from the storage container in order to provide mechanical power.

Vorzugsweise sind die mehreren mit gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter durchströmbaren Turbinenvorrichtungen zur Bereitstellung mechanischer Leistung nacheinander und/oder gleichzeitig mit gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter durchströmbar.Preferably, the plurality of turbine devices through which gaseous fuel can flow from the storage container can be flowed through sequentially and / or at the same time with gaseous fuel from the storage container to provide mechanical power.

Günstig kann es sein, wenn die mehreren nacheinander mit gasförmigem Brennstoff durchströmbaren Turbinenvorrichtungen Radialturbinenvorrichtungen und/oder Axialturbinenvorrichtungen umfassen oder durch diese gebildet sind.It can be expedient if the plurality of turbine devices through which gaseous fuel can flow in succession comprise or are formed by radial turbine devices and / or axial turbine devices.

Günstig kann es ferner sein, wenn zumindest eine Turbinenvorrichtung eine Radialturbinenvorrichtung ist.It can also be favorable if at least one turbine device is a radial turbine device.

Unter einer Radialturbinenvorrichtung wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere eine Turbinenvorrichtung verstanden, bei welcher ein Druckgas radial in ein Turbinengehäuse einströmt und dabei ein in dem Turbinengehäuse drehbar angeordnetes Turbinenrad in Rotation versetzt und insbesondere axial aus dem Turbinengehäuse ausströmt.A radial turbine device is understood in the context of this description and the appended claims to mean, in particular, a turbine device in which a compressed gas flows radially into a turbine housing and thereby rotates a turbine wheel arranged rotatably in the turbine housing and in particular flows axially out of the turbine housing.

Günstig kann es sein, wenn die Turbinenvorrichtung, insbesondere die Radialturbinenvorrichtung, eine variable Turbinengeometrie umfasst.It can be favorable if the turbine device, in particular the radial turbine device, comprises a variable turbine geometry.

Vorzugsweise umfasst die Turbinenvorrichtung zur Änderung der Turbinengeometrie mehrere verstellbare Leitschaufelelemente, mittels derer ein Durchflussquerschnitt der Turbinenvorrichtung an einen Fluidstrom des gasförmigen Brennstoffs anpassbar ist, beispielsweise durch Verstellung eines Anstellwinkels der Leitschaufelelemente. Vorzugsweise kann durch Änderung der Turbinengeometrie eine Leistungsanpassung der Turbinenvorrichtung an einen Fluidstrom des gasförmigen Brennstoffs und/oder an einen Leistungsbedarf beispielsweise einer Kompressorvorrichtung ermöglicht werden.Preferably, the turbine device for changing the turbine geometry comprises a plurality of adjustable guide vane elements, by means of which a flow cross section of the turbine device can be adapted to a fluid flow of the gaseous fuel, for example by adjusting an angle of attack of the guide vane elements. By changing the turbine geometry, it is preferably possible to adapt the power of the turbine device to a fluid flow of the gaseous fuel and / or to a power requirement, for example of a compressor device.

Insbesondere ist mittels einer variablen Turbinengeometrie ein Durchflussquerschnitt bei sich vergrößerndem Fluidstrom des gasförmigen Brennstoffs vergrößerbar.In particular, a flow cross-section can be increased by means of a variable turbine geometry with an increasing fluid flow of the gaseous fuel.

Es ist beispielsweise denkbar, dass mehrere Turbinenvorrichtungen vorgesehen sind, welche nacheinander mit dem gasförmigen Brennstoff durchströmbar sind, wobei der gasförmige Brennstoff in jeder Turbinenvorrichtung jeweils um einen Differenzdruckbetrag expandierbar und/oder entspannbar ist.It is conceivable, for example, that several turbine devices are provided, which the gaseous fuel can be flowed through in succession, the gaseous fuel in each turbine device being expandable and / or relaxed by a differential pressure amount.

Vorzugsweise weisen die gleichzeitig mit gasförmigem Brennstoff durchströmbaren Turbinenvorrichtungen eine voneinander verschiedene Größe auf. The turbine devices through which gaseous fuel can flow simultaneously preferably have a different size.

Günstig kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen Aluminium umfassen und/oder aus Aluminium hergestellt sind.It may be advantageous if the one or more turbine devices comprise aluminum and / or are made of aluminum.

Vorzugsweise sind die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen mit gasförmigem Brennstoff durchströmbar, welcher unmittelbar aus dem Speicherbehälter austritt. Beispielsweise ist dabei gasförmiger Brennstoff der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen mittels einer Leitung direkt oder indirekt aus dem Speicherbehälter zuführbar, insbesondere mittels einer Druckleitung.The one or more turbine devices can preferably be flowed through with gaseous fuel which emerges directly from the storage container. For example, gaseous fuel can be supplied to the one or more turbine devices directly or indirectly from the storage container by means of a line, in particular by means of a pressure line.

Alternativ oder ergänzend dazu kann die Brennstoffzellenvorrichtung eine Drosseleinrichtung zur Drosselung von aus dem Speicherbehälter austretendem gasförmigen Brennstoff umfassen.Alternatively or in addition to this, the fuel cell device can comprise a throttle device for throttling gaseous fuel emerging from the storage container.

Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Bypassventile, um zumindest einen Teil des gasförmigen Brennstoffs an der Turbinenvorrichtung vorbeizuleiten.The fuel cell device preferably comprises one or more bypass valves in order to bypass at least part of the gaseous fuel past the turbine device.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass von der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen bereitgestellte mechanische Leistung zum Komprimieren eines Oxidationsmittelgases, insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft, nutzbar ist.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the mechanical power provided by the one or more turbine devices can be used to compress an oxidizing agent gas, in particular to compress ambient air.

Das komprimierte Oxidationsmittelgas ist insbesondere einer Kathodenseite der einen oder der mehreren Brennstoffzellen, insbesondere des Brennstoffzellenstapels, zuführbar.The compressed oxidant gas can in particular be supplied to a cathode side of the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack.

Mittels des Oxidationsmittelgases ist vorzugsweise der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, zugeführter gasförmiger Brennstoff oxidierbar, insbesondere chemisch umsetzbar. The gaseous fuel supplied to the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, can preferably be oxidized, in particular chemically converted, by means of the oxidizing agent gas.

Vorzugsweise ist durch die eine oder die mehreren Brennstoffzellen, insbesondere den Brennstoffzellenstapel, beim Oxidieren des gasförmigen Brennstoffs elektrischer Strom bereitstellbar.The one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, can be used to provide electrical current when the gaseous fuel is oxidized.

Das Oxidationsmittelgas umfasst insbesondere Umgebungsluft.The oxidant gas in particular comprises ambient air.

Umgebungsluft umfasst vorzugsweise zumindest näherungsweise 78,08 Vol.-% Stickstoff, zumindest näherungsweise 20,95 Vol.-% Sauerstoff, zumindest näherungsweise 0,93 Vol.-% Argon und Restgase.Ambient air preferably comprises at least approximately 78.08% by volume of nitrogen, at least approximately 20.95% by volume of oxygen, at least approximately 0.93% by volume of argon and residual gases.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Abtriebswelle umfasst, mittels welcher mechanische Leistung im Betrieb der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen abgebbar ist.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises an output shaft, by means of which mechanical power can be output during the operation of the one or more turbine devices.

Vorzugsweise ist die Abtriebswelle mit der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen drehgekoppelt.The output shaft is preferably rotationally coupled to the one or more turbine devices.

Günstig kann es sein, wenn die mehreren mit gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter durchströmbaren Turbinenvorrichtungen zur Bereitstellung mechanischer Leistung mit der Abtriebswelle, insbesondere mit einer gemeinsamen Abtriebswelle, drehgekoppelt sind.It may be expedient if the plurality of turbine devices through which gaseous fuel can flow from the storage container are rotationally coupled to the output shaft, in particular to a common output shaft, in order to provide mechanical power.

Günstig kann es ferner sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung ein Schwungmassenelement, insbesondere ein Schwungrad, umfasst, welches zum Speichern von kinetischer Energie mit der Abtriebswelle gekoppelt oder koppelbar ist.It may also be expedient if the fuel cell device comprises a flywheel mass element, in particular a flywheel, which is coupled or can be coupled to the output shaft in order to store kinetic energy.

Vorzugsweise kann somit beispielsweise eine stoßweise Entnahme von gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter ermöglicht werden, wobei überschüssige kinetische Energie mittels des Schwungmassenelements speicherbar ist.Preferably, for example, a step-by-step removal of gaseous fuel from the storage container is made possible, excess kinetic energy being storable by means of the flywheel element.

Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung einen Druckausgleichsbehälter zum Vergleichmäßigen eines Drucks des gasförmigen Brennstoffs umfasst, insbesondere zum Vergleichmäßigen eines Drucks des gasförmigen Brennstoffs, welcher der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, zugeführt wird.It may be expedient if the fuel cell device comprises a pressure compensation container for equalizing a pressure of the gaseous fuel, in particular for equalizing a pressure of the gaseous fuel, which is supplied to the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Kompressorvorrichtung zum Komprimieren eines Oxidationsmittelgases, insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft, umfasst.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises a compressor device for compressing an oxidizing agent gas, in particular for compressing ambient air.

Vorzugsweise ist Umgebungsluft, insbesondere bei einer Temperatur von ungefähr 20°C, von einem Umgebungsdruck von ungefähr 1 bar auf einen Ladedruck von mindestens ungefähr 1,4 bar, insbesondere von mindestens ungefähr 1,6 bar und/oder auf einen Ladedruck von höchstens ungefähr 3 bar, insbesondere von höchstens ungefähr 2,5 bar, mittels der Kompressorvorrichtung komprimierbar.Ambient air, in particular at a temperature of approximately 20 ° C., is preferably from an ambient pressure of approximately 1 bar to a boost pressure of at least approximately 1.4 bar, in particular of at least approximately 1.6 bar and / or to a boost pressure of at most approximately 3 bar, in particular of at most about 2.5 bar, compressible by means of the compressor device.

Mittels der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere mittels der Kompressorvorrichtung, ist Umgebungsluft vorzugsweise in einem Hochdruckbetrieb der Brennstoffzellenvorrichtung, von einem Umgebungsdruck von ungefähr 1 bar auf einen Ladedruck von mindestens ungefähr 3 bar, insbesondere von mindestens ungefähr 4 bar, vorzugsweise von mindestens ungefähr 5 bar, komprimierbar. Ambient air can be compressed by means of the fuel cell device, in particular by means of the compressor device, preferably in a high-pressure operation of the fuel cell device, from an ambient pressure of approximately 1 bar to a boost pressure of at least approximately 3 bar, in particular of at least approximately 4 bar, preferably of at least approximately 5 bar.

Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung einen Druckspeicherbehälter zum Speichern von komprimiertem Oxidationsmittelgas umfasst.It may be expedient if the fuel cell device comprises a pressure storage container for storing compressed oxidant gas.

Günstig kann es ferner sein, wenn die Turbinenvorrichtung und/oder die Kompressorvorrichtung jeweils eine ölfreie Lagerungseinrichtung umfassen.It can also be advantageous if the turbine device and / or the compressor device each comprise an oil-free bearing device.

Mittels der ölfreien Lagerungseinrichtung kann vorzugsweise verhindert werden, dass die eine oder die mehreren Brennstoffzellen, insbesondere der Brennstoffzellenstapel, mit Fremdstoffen, insbesondere mit Öl, verunreinigt werden.The oil-free storage device can preferably be used to prevent the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, from being contaminated with foreign substances, in particular with oil.

Die ölfreie Lagerungseinrichtung umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Luftlager, insbesondere Folienlager.The oil-free storage device preferably comprises one or more air bearings, in particular foil bearings.

Mittels eines oder mehrerer Luftlager kann vorzugsweise eine geringe Verlustleistung der Turbinenvorrichtung und/oder der Kompressorvorrichtung bei hohen Drehzahlen, eine erhöhte Wartungsfreiheit, eine erhöhte Stoßunempfindlichkeit und/oder verringerte Geräuschemissionen ermöglicht werden.By means of one or more air bearings, a low power loss of the turbine device and / or the compressor device at high speeds, increased freedom from maintenance, increased shock resistance and / or reduced noise emissions can be made possible.

Günstig kann es sein, wenn die Kompressorvorrichtung mit einer Drehzahl von mindestens ungefähr 80.000 U/min, vorzugsweise von mindestens ungefähr 120.000 U/min, betreibbar ist.It may be expedient if the compressor device can be operated at a speed of at least approximately 80,000 rpm, preferably of at least approximately 120,000 rpm.

Günstig kann es ferner sein, wenn die Kompressorvorrichtung mit einer Drehzahl von höchstens ungefähr 400.000 U/min, vorzugsweise von höchstens ungefähr 300.000 U/min, betreibbar ist.It may also be expedient if the compressor device can be operated at a rotational speed of at most approximately 400,000 rpm, preferably of at most approximately 300,000 rpm.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Kompressorvorrichtung mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen, insbesondere durch die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen, antreibbar ist.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the compressor device can be driven by means of the one or more turbine devices, in particular by the one or more turbine devices.

Günstig kann es sein, wenn die Kompressorvorrichtung mit der Abtriebswelle drehgekoppelt oder drehkoppelbar ist und insbesondere unmittelbar durch die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen antreibbar ist.It can be expedient if the compressor device can be rotationally coupled or rotationally coupled to the output shaft and in particular can be driven directly by the one or more turbine devices.

Vorzugsweise kann somit insbesondere zum Einsparen von Gewicht auf einen zusätzliche elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben der Kompressorvorrichtung verzichtet werden.An additional electric drive device, in particular an electric motor, for driving the compressor device can thus preferably be dispensed with, in particular to save weight.

Die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen und die Kompressorvorrichtung sind vorzugsweise drehfest mittels der Abtriebswelle miteinander verbunden oder verbindbar, beispielsweise mittels einer Kupplungsvorrichtung.The one or more turbine devices and the compressor device are preferably connected or connectable to one another in a rotationally fixed manner by means of the output shaft, for example by means of a coupling device.

Die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen und die Kompressorvorrichtung bilden vorzugsweise eine Turboladervorrichtung, insbesondere eine Brennstoffzellentu rboladervorrichtu ng.The one or more turbine devices and the compressor device preferably form a turbocharger device, in particular a fuel cell charger device.

Günstig kann es sein, wenn die Kompressorvorrichtung eine Radialverdichtervorrichtung ist.It can be favorable if the compressor device is a radial compressor device.

Unter einer Radialverdichtervorrichtung wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere ein Verdichter verstanden, bei welchem das zu komprimierende Gas axial in ein Verdichtergehäuse einströmt und durch ein in dem Verdichtergehäuse drehbar angeordnetes Verdichterrad in Rotation versetzt und von innen nach außen beschleunigt wird.A radial compressor device is understood in the context of this description and the appended claims in particular to be a compressor in which the gas to be compressed flows axially into a compressor housing and is set in rotation by a compressor wheel which is rotatably arranged in the compressor housing and is accelerated from the inside to the outside.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen und die Kompressorvorrichtung gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the one or more turbine devices and the compressor device are arranged together in one housing.

Das Gehäuse ist vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt.The housing is preferably made of a metallic material.

Vorzugsweise kann durch das gemeinsame Anordnen der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen und der Kompressorvorrichtung in einem Gehäuse einerseits mittels der Kompressorvorrichtung komprimierte Umgebungsluft abgekühlt und/oder erwärmt werden und andererseits mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen zumindest teilweise expandierter und/oder entspannter gasförmiger Brennstoff erwärmt und/oder abgekühlt werden.Preferably, by arranging the one or more turbine devices and the compressor device together in one housing, compressed air can be cooled and / or heated on the one hand by means of the compressor device and on the other hand heated and / or expanded gaseous fuel at least partially expanded and / or relaxed by means of the one or more turbine devices / or cooled.

Vorzugsweise kann die Kompressorvorrichtung mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen gekühlt und/oder erwärmt werden, insbesondere durch Wärmeleitung mittels des vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellten Gehäuses.The compressor device can preferably be cooled and / or heated by means of the one or more turbine devices, in particular by heat conduction by means of the housing, which is preferably made of a metallic material.

Günstig kann es sein, wenn das Gehäuse ein oder mehrere Wärmeleitelemente umfasst, mittels welcher Wärme von einem turbinenseitigen Bereich des Gehäuses zu einem kompressorseitigen Bereich des Gehäuses leitbar ist oder mittels welcher Wärme von einem kompressorseitigen Bereich des Gehäuses zu einem turbinenseitigen Bereich des Gehäuses leitbar ist.It can be advantageous if the housing comprises one or more heat-conducting elements, by means of which heat can be conducted from a region of the housing on the turbine side to a region of the housing on the compressor side, or by means of which heat from a region of the compressor side Housing is conductive to a turbine-side area of the housing.

Vorzugsweise sind die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen und die Kompressorvorrichtung mittels des Gehäuses thermisch gekoppelt.The one or more turbine devices and the compressor device are preferably thermally coupled by means of the housing.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Generatorvorrichtung zum Erzeugen von elektrischem Strom umfasst.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises a generator device for generating electrical current.

Die Generatorvorrichtung ist vorzugsweise mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen antreibbar.The generator device can preferably be driven by means of the one or more turbine devices.

Beispielsweise ist es denkbar, dass mittels der Generatorvorrichtung ein zyklisches Beladen eines Akkumulators eines Fahrzeugs (Batterie) durch Expandieren und/oder Entspannen von gasförmigem Brennstoff mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen ermöglicht wird.For example, it is conceivable that the generator device enables cyclic loading of an accumulator of a vehicle (battery) by expansion and / or expansion of gaseous fuel by means of the one or more turbine devices.

Ferner ist es denkbar, eine Klimaanlage eines Fahrzeugs mit dem von der Generatorvorrichtung erzeugten elektrischen Strom zu betreiben.It is also conceivable to operate an air conditioning system of a vehicle with the electric current generated by the generator device.

Günstig kann es ferner sein, wenn mittels der Generatorvorrichtung erzeugter elektrischer Strom zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere eines Elektromotors, verwendet wird, welche wiederum eine Kompressorvorrichtung zum Komprimieren eines Oxidationsmittelgases antreibt.It can also be advantageous if electric current generated by means of the generator device is used to operate an electric drive device, in particular an electric motor, which in turn drives a compressor device for compressing an oxidizing agent gas.

Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung eine oder mehrere thermoelektrische Generatorelemente umfasst, mittels welcher beim Expandieren und/oder Entspannen des gasförmigen Brennstoffs auftretende Temperaturdifferenzen zum Erzeugen von elektrischem Strom nutzbar sind.It may be expedient if the fuel cell device comprises one or more thermoelectric generator elements, by means of which temperature differences occurring during expansion and / or expansion of the gaseous fuel can be used to generate electrical current.

Vorzugsweise ist mittels des einen oder der mehreren thermoelektrischen Generatorelemente erzeugter elektrischer Strom zum Antreiben einer oder mehrerer elektrischer Antriebsvorrichtungen nutzbar.Electrical current generated by means of the one or more thermoelectric generator elements can preferably be used to drive one or more electrical drive devices.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Kupplungsvorrichtung umfasst zum wahlweisen Verbinden der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen mit einer Kompressorvorrichtung und/oder einer Generatorvorrichtung und/oder einer elektrischen Antriebsvorrichtung und/oder dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Getriebevorrichtung umfasst zum Anpassen einer Drehzahl der Turbinenvorrichtung und/oder einer Generatorvorrichtung und/oder einer Kompressorvorrichtung und/oder einer elektrischen Antriebsvorrichtung.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises a clutch device for selectively connecting the one or more turbine devices to a compressor device and / or a generator device and / or an electric drive device and / or that the fuel cell device comprises a gear device for adjusting a rotational speed the turbine device and / or a generator device and / or a compressor device and / or an electric drive device.

Vorzugsweise kann dabei abhängig von der benötigten Leistung der Brennstoffzelle beispielsweise überschüssige mechanische Leistung, welche von der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen bereitgestellt wird, rekuperiert werden und beispielweise mittels einer elektrischen Speichereinrichtung gespeichert werden.Preferably, depending on the required power of the fuel cell, excess mechanical power provided by the one or more turbine devices, for example, can be recuperated and stored, for example, by means of an electrical storage device.

Günstig kann es sein, wenn die Kupplungsvorrichtung eine Magnetkupplungsvorrichtung ist, welche zum insbesondere berührungslosen Verbinden oder Koppeln der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen mit der Generatorvorrichtung ausgebildet ist.It can be expedient if the coupling device is a magnetic coupling device which is designed to connect or couple the one or more turbine devices to the generator device, in particular in a contactless manner.

Vorzugsweise sind mittels einer Magnetkupplungsvorrichtung die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen mit der Generatorvorrichtung drehkoppelbar, so dass eine Drehbewegung von der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen vorzugsweise berührungslos auf die Generatorvorrichtung übertragbar ist.Preferably, the one or more turbine devices can be rotationally coupled to the generator device by means of a magnetic coupling device, so that a rotary movement can be transmitted from the one or more turbine devices, preferably without contact, to the generator device.

Die Magnetkupplungsvorrichtung umfasst insbesondere einen oder mehrere Permanentmagnete und/oder einen oder mehrere Elektromagnete.The magnetic coupling device comprises in particular one or more permanent magnets and / or one or more electromagnets.

Günstig kann es sein, wenn die Magnetkupplungsvorrichtung eine erste Magnetkupplungshälfte und eine zweite Magnetkupplungshälfte umfasst, welche mit der ersten Magnetkupplungshälfte drehgekoppelt und/oder drehkoppelbar ist, wobei die erste und die zweite Magnetkupplungshälfte zur Drehkopplung vorzugsweise jeweils einen oder mehrere Permanentmagnete umfassen.It can be expedient if the magnetic coupling device comprises a first magnetic coupling half and a second magnetic coupling half, which can be rotationally coupled and / or rotationally coupled to the first magnetic coupling half, the first and second magnetic coupling halves preferably each comprising one or more permanent magnets for rotary coupling.

Günstig kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen und/oder die Generatorvorrichtung jeweils in einem Gehäuse und/oder einem Gehäuseabschnitt eines Gehäuses angeordnet sind, welches oder welcher gasdicht von einem weiteren Gehäuse und/oder einem weiteren Gehäuseabschnitt eines Gehäuses getrennt ist.It can be expedient if the one or more turbine devices and / or the generator device are each arranged in a housing and / or a housing section of a housing which is gas-tightly separated from a further housing and / or a further housing section of a housing.

Die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen umfassen vorzugsweise ein gasdichtes Gehäuse.The one or more turbine devices preferably comprise a gas-tight housing.

Vorzugsweise ist eine Gehäusewandung eines Gehäuses zwischen der ersten Magnetkupplungshälfte und der zweiten Magnetkupplungshälfte angeordnet.A housing wall of a housing is preferably arranged between the first magnetic coupling half and the second magnetic coupling half.

Vorzugsweise kann somit eine Vermischung des gasförmigen Brennstoffs und des Oxidationsmittelgases vermieden werden, wobei eine Drehbewegung zudem vorzugsweise berührungslos von der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen auf die Generatorvorrichtung übertragbar ist.Mixing of the gaseous fuel and the oxidant gas can thus preferably be avoided, wherein a rotary movement can also preferably be transmitted contactlessly from the one or more turbine devices to the generator device.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Kompressorvorrichtung zum Komprimieren eines Oxidationsmittelgases, insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft, sowie eine elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben der Kompressorvorrichtung umfasst. In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises a compressor device for compressing an oxidizing agent gas, in particular for compressing ambient air, and an electric drive device, in particular an electric motor, for driving the compressor device.

Die elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere der Elektromotor ist vorzugsweise mittels durch die Generatorvorrichtung erzeugtem elektrischen Strom antreibbar.The electric drive device, in particular the electric motor, can preferably be driven by means of electric current generated by the generator device.

Günstig kann es ferner sein, wenn die elektrische Antriebsvorrichtung mittels durch die eine oder die mehreren Brennstoffzellen, insbesondere den Brennstoffzellenstapel, erzeugtem elektrischen Strom antreibbar ist, so dass die elektrische Antriebsvorrichtung insbesondere einen Antrieb der Kompressorvorrichtung zusätzlich zu der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen unterstützen kann.It may also be expedient if the electrical drive device can be driven by means of electrical current generated by the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, so that the electrical drive device can in particular support a drive of the compressor device in addition to the one or more turbine devices.

Vorzugsweise kann die Kompressorvorrichtung mittels durch die Generatorvorrichtung erzeugtem elektrischen Strom angetrieben werden.The compressor device can preferably be driven by means of electrical current generated by the generator device.

Die Kompressorvorrichtung ist dabei vorzugsweise mittelbar unter Verwendung von mittels der Generatorvorrichtung erzeugtem elektrischen Strom durch die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen antreibbar.The compressor device can preferably be driven indirectly by using one or more turbine devices using electric current generated by the generator device.

Alternativ oder ergänzend dazu ist die elektrische Antriebsvorrichtung vorzugsweise mittels durch die eine oder die mehreren Brennstoffzellen, insbesondere den Brennstoffzellenstapel, erzeugtem elektrischen Strom antreibbar.Alternatively or in addition to this, the electric drive device can preferably be driven by means of electric current generated by the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack.

Dabei ist es denkbar, dass die elektrische Antriebsvorrichtung und die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen mit der Kompressorvorrichtung drehgekoppelt oder drehkoppelbar sind.It is conceivable that the electric drive device and the one or more turbine devices can be rotationally coupled or rotationally coupled to the compressor device.

Günstig kann es sein, wenn die elektrische Antriebsvorrichtung mit einem Hauptantriebsmotor, insbesondere mit einem elektrischen Hauptantriebsmotor, eines Fahrzeug gekoppelt oder koppelbar ist.It may be expedient if the electric drive device is coupled or can be coupled to a main drive motor, in particular an electrical main drive motor, of a vehicle.

Im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche wird unter einem Hauptantriebsmotor eines Fahrzeugs vorzugsweise ein Antriebsmotor verstanden, welcher mehr als ungefähr 50 %, insbesondere mehr als ungefähr 70 %, der für den Antrieb des Fahrzeugs benötigten Antriebsleistung bereitstellt.Within the scope of this description and the appended claims, a main drive motor of a vehicle is preferably understood to mean a drive motor which provides more than approximately 50%, in particular more than approximately 70%, of the drive power required for driving the vehicle.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine elektrische Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie umfasst, insbesondere einen Akkumulator und/oder einen Kondensator.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises an electrical storage device for storing electrical energy, in particular an accumulator and / or a capacitor.

Vorzugsweise ist mittels der elektrischen Speichereinrichtung elektrischer Strom abgebbar.Electrical current can preferably be emitted by means of the electrical storage device.

Günstig kann es sein, wenn die elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere der Elektromotor, mittels von der elektrischen Speichereinrichtung abgegebenem elektrischen Strom antreibbar ist.It may be expedient if the electric drive device, in particular the electric motor, can be driven by means of electric current emitted by the electric storage device.

Vorzugsweise kann dabei die Kompressorvorrichtung mittels durch die elektrische Speichereinrichtung abgegebenem elektrischen Strom angetrieben werden.In this case, the compressor device can preferably be driven by means of electrical current emitted by the electrical storage device.

Insbesondere kann dabei Umgebungsluft komprimiert werden und der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, zugeführt werden, beispielsweise zum Spülen derselben.In particular, ambient air can be compressed and supplied to the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, for example for purging them.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen oder mehrere Wärmeübertrager zum Erwärmen und/oder Abkühlen von gasförmigem Brennstoff und/oder zum Abkühlen und/oder Erwärmen eines komprimierten Oxidationsmittelgases umfasst.In one configuration of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises one or more heat exchangers for heating and / or cooling gaseous fuel and / or for cooling and / or heating a compressed oxidizing agent gas.

Günstig kann es sein, wenn ein oder mehrere Wärmeübertrager in Strömungsrichtung vor und/oder nach der Turbinenvorrichtung angeordnet sind.It can be expedient if one or more heat exchangers are arranged in the flow direction before and / or after the turbine device.

Vorzugsweise umfassen der eine oder die mehreren Wärmeübertrager mehrere, insbesondere voneinander getrennte, Strömungskanäle.The one or more heat exchangers preferably comprise a plurality of flow channels, in particular separate flow channels.

Der eine oder die mehreren Wärmeübertrager sind vorzugsweise mittels des gasförmigen Brennstoffs und/oder mittels eines abzukühlenden und/oder zu erwärmenden Mediums, beispielsweise mittels eines Wärmeträgermediums, durchström bar.The one or more heat exchangers can preferably be flowed through by means of the gaseous fuel and / or by means of a medium to be cooled and / or heated, for example by means of a heat transfer medium.

Insbesondere sind der gasförmige Brennstoff und/oder das abzukühlende und/oder zu erwärmende Medium durch voneinander getrennte Strömungskanäle des einen oder der mehreren Wärmeübertrager leitbar.In particular, the gaseous fuel and / or the medium to be cooled and / or heated can be conducted through separate flow channels of the one or more heat exchangers.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn mittels eines Wärmeübertragers komprimiertes Oxidationsmittelgas abkühlbar ist.It has proven to be particularly advantageous if compressed oxidant gas can be cooled by means of a heat exchanger.

Das Wärmeträgermedium ist beispielsweise zum Kühlen und/oder Erwärmen eines Akkumulators (Batterie) eines Fahrzeugs und/oder zum Kühlen einer elektrischen Antriebsvorrichtung, insbesondere eines Elektromotors, eines Fahrzeugs und/oder zum Kühlen einer Leistungselektronik eines Fahrzeugs und/oder zum Kühlen und/oder Erwärmen eines Innenraums eines Fahrzeugs verwendbar.The heat transfer medium is, for example, for cooling and / or heating an accumulator (battery) of a vehicle and / or for cooling an electric drive device, in particular an electric motor, a vehicle and / or usable for cooling a power electronics of a vehicle and / or for cooling and / or heating an interior of a vehicle.

Vorzugsweise sind mittels des Wärmeübertragers folglich vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Komponenten eins Fahrzeugs kühlbar und/oder erwärmbar: Akkumulator, elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere Elektromotor, und/oder Leistungselektronik.Consequently, preferably one or more of the following components of a vehicle can be cooled and / or heated by means of the heat exchanger: accumulator, electric drive device, in particular electric motor, and / or power electronics.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen der Druck von aus dem Speicherbehälter austretendem gasförmigem Brennstoff verringerbar ist. In one configuration of the fuel cell device, it is provided that the pressure of gaseous fuel emerging from the storage container can be reduced by means of the one or more turbine devices.

Günstig kann es sein, wenn ein maximaler Eingangsdruck der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen höchstens ungefähr 25 bar, insbesondere höchstens ungefähr 20 bar, vorzugsweise höchstens ungefähr 15 bar beträgt.It can be favorable if a maximum inlet pressure of the one or more turbine devices is at most approximately 25 bar, in particular at most approximately 20 bar, preferably at most approximately 15 bar.

Günstig kann es ferner sein, wenn ein maximaler Eingangsdruck der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen mindestens ungefähr 5 bar, insbesondere mindestens ungefähr 10 bar, vorzugsweise mindestens ungefähr 14 bar, beträgt.It can also be expedient if a maximum inlet pressure of the one or more turbine devices is at least approximately 5 bar, in particular at least approximately 10 bar, preferably at least approximately 14 bar.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Drosseleinrichtung zur Drosselung von aus dem Speicherbehälter austretendem gasförmigem Brennstoff umfasst.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises a throttle device for throttling gaseous fuel emerging from the storage container.

Günstig kann es sein, wenn der Druck von aus dem Speicherbehälter austretendem gasförmigem Brennstoff mittels der Drosseleinrichtung auf den maximalen Eingangsdruck der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen verringerbar ist.It can be favorable if the pressure of gaseous fuel emerging from the storage container can be reduced to the maximum inlet pressure of the one or more turbine devices by means of the throttle device.

Die Drosseleinrichtung umfasst insbesondere ein Drosselventil, ein Stromregelventil und/oder eine Drosselblende.The throttle device comprises in particular a throttle valve, a flow control valve and / or a throttle orifice.

Vorzugsweise umfasst die Drosseleinrichtung ein Stromregelventil mit Druckkompensation.The throttle device preferably comprises a flow control valve with pressure compensation.

Die Drosseleinrichtung ist vorzugsweise in einer Leitung angeordnet mittels welcher gasförmiger Brennstoff der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen direkt aus dem Speicherbehälter zuführbar ist.The throttle device is preferably arranged in a line by means of which gaseous fuel can be fed directly from the storage tank to the one or more turbine devices.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung eine Brennkammervorrichtung zum Verbrennen von in Brennstoffzellenabgas der einen oder der mehreren Brennstoffzellen, insbesondere des Brennstoffzellenstapels, enthaltenem gasförmigen Brennstoff umfasst.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises a combustion chamber device for burning gaseous fuel contained in fuel cell exhaust gas of the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack.

Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Zusatzturbinenvorrichtung, welche zur Bereitstellung mechanischer Leistung mittels Abgas aus der Brennkammervorrichtung durchströmbar ist.The fuel cell device preferably comprises an additional turbine device which can be flowed through by means of exhaust gas from the combustion chamber device in order to provide mechanical power.

Beispielsweise ist es denkbar, dass Brennstoffzellenabgas einen Anteil an nicht in der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, umgesetztem gasförmigem Brennstoff umfasst, welcher in der Brennkammer thermisch umsetzbar ist.For example, it is conceivable that fuel cell exhaust gas comprises a proportion of gaseous fuel which is not converted in the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, and which can be thermally converted in the combustion chamber.

Günstig kann es sein, wenn die Zusatzturbinenvorrichtung mit der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen drehgekoppelt und/oder drehkoppelbar ist.It can be favorable if the additional turbine device can be rotationally coupled and / or rotationally coupled to the one or more turbine devices.

Günstig kann es ferner sein, wenn die Zusatzturbinenvorrichtung zum Antreiben einer Zusatzkompressorvorrichtung und/oder zum Antreiben von Nebenaggregaten und/oder zum Antreiben der Kompressorvorrichtung nutzbar ist.It can also be advantageous if the auxiliary turbine device can be used to drive an additional compressor device and / or to drive auxiliary units and / or to drive the compressor device.

Beispielsweise ist es denkbar, dass mittels der Zusatzturbinenvorrichtung eine Generatorvorrichtung zum Erzeugen von elektrischem Strom antreibbar ist.For example, it is conceivable that a generator device for generating electrical current can be driven by means of the additional turbine device.

Bei einer Ausgestaltung der Brennstoffzellenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Brennstoffzellenvorrichtung einen Druckspeicherbehälter zur Speicherung eines komprimierten Oxidationsmittelgases umfasst, welcher von dem Speicherbehälter zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs verschieden ist, wobei dem Druckspeicherbehälter wahlweise komprimiertes Oxidationsmittelgas zuführbar ist und/oder aus dem Druckspeicherbehälter entnehmbar ist.In one embodiment of the fuel cell device, it is provided that the fuel cell device comprises a pressure storage container for storing a compressed oxidizing agent gas, which is different from the storage container for storing a gaseous fuel, wherein compressed oxidizing agent gas can optionally be supplied to the pressure storage container and / or can be removed from the pressure storage container.

Vorzugsweise ist dem Druckspeicherbehälter mittels der Kompressorvorrichtung komprimiertes Oxidationsmittelgas zuführbar.Compressed oxidant gas can preferably be supplied to the pressure storage container by means of the compressor device.

Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung eine Steuereinrichtung umfasst, mittels derer komprimiertes Oxidationsmittelgas von der Kompressorvorrichtung wahlweise der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, und/oder dem Druckspeicherbehälter zuführbar ist und/oder mittels derer komprimiertes Oxidationsmittelgas aus dem Druckspeicherbehälter der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel, zuführbar ist.It can be favorable if the fuel cell device comprises a control device, by means of which compressed oxidant gas can be supplied from the compressor device either to the one or more fuel cells, in particular the fuel cell stack, and / or the pressure storage container and / or by means of which compressed oxidant gas from the pressure storage container to the one or the multiple fuel cells, in particular the fuel cell stack, can be supplied.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtu ng. The present invention further relates to a method for operating a fuel cell device.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung bereitzustellen, mittels welchem die Brennstoffzellenvorrichtung mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad betreibbar ist.The present invention is therefore based on the further object of providing a method for operating a fuel cell device by means of which the fuel cell device can be operated with the highest possible efficiency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.This object is achieved according to the invention by a method for operating a fuel cell device with the features of claim 16.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise Folgendes:

  • Bereitstellen einer oder mehrerer Brennstoffzellen, insbesondere eines Brennstoffzellenstapels;
  • Bereitstellen eines Speicherbehälters zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs;
  • Bereitstellen einer oder mehrerer mit gasförmigem Brennstoff aus dem Speicherbehälter durchströmbarer Turbinenvorrichtungen;
  • Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu der einen oder den mehreren Brennstoffzellen, insbesondere zu dem Brennstoffzellenstapel, zur Umsetzung des gasförmigen Brennstoffs mit einem Oxidationsmittelgas, wobei die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen beim Zuführen des gasförmigen Brennstoffs von diesem Durchströmt werden und dabei mechanische Leistung bereitstellen.
The method according to the invention for operating a fuel cell device preferably comprises the following:
  • Providing one or more fuel cells, in particular a fuel cell stack;
  • Providing a storage container for storing a gaseous fuel;
  • Providing one or more turbine devices through which gaseous fuel can flow from the storage container;
  • Feeding the gaseous fuel to the one or more fuel cells, in particular to the fuel cell stack, for converting the gaseous fuel with an oxidizing agent gas, wherein the one or more turbine devices are flowed through by the latter when the gaseous fuel is supplied and thereby provide mechanical power.

Die von der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen bereitgestellte mechanische Leistung wird beispielsweise mittels einer Abtriebswelle an eine Generatorvorrichtung und/oder an eine Kompressorvorrichtung abgegeben.The mechanical power provided by the one or more turbine devices is, for example, delivered to a generator device and / or to a compressor device by means of an output shaft.

Die erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.The fuel cell device according to the invention is particularly suitable for use in a vehicle, in particular in a motor vehicle.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung umfasst.The present invention therefore further relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, which comprises a fuel cell device according to the invention.

Günstig kann es ferner sein, wenn das Fahrzeug ein Schiff ist, beispielsweise ein U-Boot, welches eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenvorrichtung umfasst.It can also be advantageous if the vehicle is a ship, for example a submarine, which comprises a fuel cell device according to the invention.

Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the drawing of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
  • 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
  • 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung;
  • 6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung; und
  • 7 eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung.
The drawings show:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of a fuel cell device;
  • 2 a schematic representation of a second embodiment of a fuel cell device;
  • 3 is a schematic representation of a third embodiment of a fuel cell device;
  • 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of a fuel cell device;
  • 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of a fuel cell device;
  • 6 a schematic representation of a sixth embodiment of a fuel cell device; and
  • 7 is a schematic representation of a seventh embodiment of a fuel cell device.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in all figures.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer als Ganzes mit 100 bezeichnete Brennstoffzellenvorrichtung, welche beispielsweise in einem Fahrzeug 102, insbesondere in einem Kraftfahrzeug 104 verwendbar ist. 1 shows a first embodiment of a whole 100 designated fuel cell device, which for example in a vehicle 102 , especially in a motor vehicle 104 is usable.

Das Fahrzeug 102 kann jedoch beispielsweise auch ein Schiff, insbesondere ein U-Boot sein.The vehicle 102 However, it can also be a ship, in particular a submarine, for example.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise mehrere Brennstoffzellen 106, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel 108.The fuel cell device 100 preferably comprises several fuel cells 106 , in particular a fuel cell stack 108 ,

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ferner einen Speicherbehälter 110 zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs 112.The fuel cell device 100 preferably further comprises a storage container 110 for storing a gaseous fuel 112 ,

Der gasförmige Brennstoff 112 ist insbesondere einer Anodenseite 114 der Brennstoffzellen 106 zuführbar.The gaseous fuel 112 is in particular an anode side 114 of fuel cells 106 fed.

Der gasförmige Brennstoff 112 umfasst vorzugsweise ein Druckgas 116, insbesondere Hochdruck-Wasserstoff oder Druckwasserstoff.The gaseous fuel 112 preferably comprises a pressurized gas 116 , especially high pressure hydrogen or hydrogen pressure.

Der Speicherbehälter 110 ist vorzugsweise zur Speicherung eines komprimierten gasförmigen Brennstoffs 112 ausgebildet. The storage container 110 is preferably used to store a compressed gaseous fuel 112 educated.

Der Speicherbehälter 110 ist somit vorzugsweise ein Druckbehälter 118.The storage container 110 is therefore preferably a pressure vessel 118 ,

Vorzugsweise ist der Speicherbehälter 110 zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff 112 bei einem Speicherdruck von mindestens ungefähr 200 bar, vorzugsweise von mindestens ungefähr 450 bar, insbesondere von mindestens ungefähr 700 bar, ausgebildet.Preferably, the storage container 110 for storing gaseous fuel 112 at a storage pressure of at least approximately 200 bar, preferably of at least approximately 450 bar, in particular of at least approximately 700 bar.

Der Speicherbehälter 110 ist vorzugsweise ferner zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff 112 bei einem Speicherdruck von höchstens ungefähr 1200 bar, vorzugsweise von höchstens ungefähr 1000 bar, insbesondere von höchstens ungefähr 750 bar, ausgebildet.The storage container 110 is preferably also for storing gaseous fuel 112 at a storage pressure of at most approximately 1200 bar, preferably of at most approximately 1000 bar, in particular of at most approximately 750 bar.

In dem Speicherbehälter 110 sind vorzugsweise ungefähr 3 kg bis ungefähr 6 kg, insbesondere ungefähr 4,5 kg, an gasförmigem Brennstoff 112, insbesondere Wasserstoff, speicherbar.In the storage container 110 are preferably about 3 kg to about 6 kg, especially about 4.5 kg, of gaseous fuel 112 , in particular hydrogen, can be stored.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ferner eine mit gasförmigem Brennstoff 112 aus dem Speicherbehälter 110 durchströmbare Turbinenvorrichtung 120 zur Bereitstellung mechanischer Leistung. Die Turbinenvorrichtung 120 ist vorzugsweise eine Radialturbinenvorrichtung 122.The fuel cell device 100 preferably further comprises one with gaseous fuel 112 from the storage tank 110 flow-through turbine device 120 to provide mechanical performance. The turbine device 120 is preferably a radial turbine device 122 ,

Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Turbinenvorrichtung 120 eine Axialturbinenvorrichtung 124 ist.Alternatively, it is conceivable that the turbine device 120 an axial turbine device 124 is.

Die Turbinenvorrichtung 120, insbesondere die Radialturbinenvorrichtung 122 umfasst vorzugsweise eine variable Turbinengeometrie.The turbine device 120 , in particular the radial turbine device 122 preferably comprises a variable turbine geometry.

Vorzugsweise umfasst die Turbinenvorrichtung 120 dazu mehrere verstellbare Leitschaufelelemente, mittels derer ein Durchflussquerschnitt der Turbinenvorrichtung 120 an einen Fluidstrom des gasförmigen Brennstoffs 112 anpassbar ist.The turbine device preferably comprises 120 in addition several adjustable guide vane elements, by means of which a flow cross section of the turbine device 120 to a fluid stream of the gaseous fuel 112 is customizable.

Mittels der variablen Turbinengeometrie der Turbinenvorrichtung 120 ist vorzugsweise ein Durchflussquerschnitt der Turbinenvorrichtung 120 bei sich vergrößerndem Fluidstrom des gasförmigen Brennstoffs 112 vergrößerbar.By means of the variable turbine geometry of the turbine device 120 is preferably a flow cross section of the turbine device 120 with increasing fluid flow of the gaseous fuel 112 enlargeable.

In der Turbinenvorrichtung 120 ist der gasförmige Brennstoff 112 vorzugsweise um einen Differenzdruckbetrag expandierbar und/oder entspannbar.In the turbine device 120 is the gaseous fuel 112 preferably expandable and / or relaxed by a differential pressure amount.

Die Turbinenvorrichtung 120 umfasst vorzugsweise Aluminium und/oder ist aus Aluminium hergestellt.The turbine device 120 preferably comprises aluminum and / or is made of aluminum.

Die Turbinenvorrichtung 120 ist vorzugsweise mit gasförmigem Brennstoff 112 durchströmbar, welcher unmittelbar aus dem Speicherbehälter 110 austritt.The turbine device 120 is preferably with gaseous fuel 112 flowable, which directly from the storage container 110 exit.

Dabei ist es jedoch denkbar, dass die Brennstoffzellenvorrichtung 100 eine Drosseleinrichtung 126 zur Drosselung von aus dem Speicherbehälter austretendem gasförmigem Brennstoff 112 umfasst.However, it is conceivable that the fuel cell device 100 a throttle device 126 for throttling gaseous fuel escaping from the storage tank 112 includes.

Mittels der Drosseleinrichtung 126 ist der Druck von aus dem Speicherbehälter 110 austretendem gasförmigem Brennstoff 112 auf einen maximalen Eingangsdruck der Turbinenvorrichtung 120 verringerbar.By means of the throttle device 126 is the pressure from the storage tank 110 escaping gaseous fuel 112 to a maximum inlet pressure of the turbine device 120 reducible.

Die Drosseleinrichtung 126 umfasst dabei beispielsweise ein Drosselventil, ein Stromregelventil und/oder eine Drosselblende.The throttle device 126 includes, for example, a throttle valve, a flow control valve and / or a throttle orifice.

Vorzugsweise ist die Drosseleinrichtung 126 in einer Leitung 128 angeordnet, mittels welcher gasförmiger Brennstoff 112 der Turbinenvorrichtung 120 direkt aus dem Speicherbehälter 110 zuführbar ist.The throttle device is preferably 126 in one line 128 arranged, by means of which gaseous fuel 112 the turbine device 120 directly from the storage tank 110 is feedable.

Unter unmittelbar aus dem Speicherbehälter 110 austretendem gasförmigem Brennstoff 112 wird insbesondere gasförmiger Brennstoff 112 verstanden, dessen Druck höher ist als ein Atmosphärendruck und/oder ein Umgebungsdruck, wobei der gasförmige Brennstoff 112 insbesondere nicht Teil eines aus der Brennstoffzelle 106, insbesondere aus dem Brennstoffzellenstapel 108, austretenden Brennstoffzellenabgases 130 ist.Taking directly from the storage tank 110 escaping gaseous fuel 112 becomes gaseous fuel in particular 112 understood, the pressure of which is higher than an atmospheric pressure and / or an ambient pressure, the gaseous fuel 112 especially not part of a fuel cell 106 , especially from the fuel cell stack 108 , emerging fuel cell exhaust gas 130 is.

Ein maximaler Eingangsdruck der Turbinenvorrichtung 120 beträgt vorzugsweise höchstens ungefähr 25 bar, insbesondere höchstens ungefähr 20 bar, vorzugsweise höchstens ungefähr 15 bar.A maximum inlet pressure to the turbine device 120 is preferably at most about 25 bar, in particular at most about 20 bar, preferably at most about 15 bar.

Ein maximaler Eingangsdruck der Turbinenvorrichtung 120 beträgt vorzugsweise mindestens ungefähr 5 bar, insbesondere mindestens ungefähr 10 bar, vorzugsweise mindestens ungefähr 14 bar.A maximum inlet pressure to the turbine device 120 is preferably at least about 5 bar, in particular at least about 10 bar, preferably at least about 14 bar.

Mittels der Turbinenvorrichtung 120 ist vorzugsweise der Druck von aus dem Speicherbehälter 110 austretendem gasförmigem Brennstoff 112 verringerbar.By means of the turbine device 120 is preferably the pressure from the storage tank 110 escaping gaseous fuel 112 reducible.

In den Brennstoffzellen 106, insbesondere in dem Brennstoffzellenstapel 108, ist der gasförmige Brennstoff 112 vorzugsweise mit einem Oxidationsmittelgas 132, insbesondere mit Umgebungsluft 134, umsetzbar.In the fuel cells 106 , especially in the fuel cell stack 108 , is the gaseous fuel 112 preferably with an oxidant gas 132 , especially with ambient air 134 , feasible.

Bei der Umsetzung des gasförmigen Brennstoffs 112 mit dem Oxidationsmittelgas 132 entsteht insbesondere Wasser 136 sowie Brennstoffzellenabgas 130. When implementing gaseous fuel 112 with the oxidant gas 132 water is created in particular 136 and fuel cell exhaust 130 ,

Die Umgebungsluft 134 umfasst vorzugsweise zumindest näherungsweise 78,08 Vol.-% Stickstoff, zumindest näherungsweise 20,95 Vol.-% Sauerstoff, zumindest näherungsweise 0,93 Vol.-% Argon und Restgase.The ambient air 134 preferably comprises at least approximately 78.08% by volume of nitrogen, at least approximately 20.95% by volume of oxygen, at least approximately 0.93% by volume of argon and residual gases.

Bei der chemischen Umsetzung des gasförmigen Brennstoffs 112 mit dem Oxidationsmittelgas 132 in den Brennstoffzellen 106, insbesondere in dem Brennstoffzellenstapel 108, ist von den Brennstoffzellen 106, insbesondere von dem Brennstoffzellenstapel 108, insbesondere elektrischer Strom 138 abgebbar.In the chemical conversion of the gaseous fuel 112 with the oxidant gas 132 in the fuel cells 106 , especially in the fuel cell stack 108 , is from the fuel cells 106 , in particular from the fuel cell stack 108 , especially electric current 138 dispensable.

Mittels des von den Brennstoffzellen 106, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel 108, abgegebenen elektrischen Stroms 138 ist beispielsweise ein Hauptantriebsmotor 140 eines Kraftfahrzeugs 104 betreibbar.By means of the fuel cells 106 , in particular the fuel cell stack 108 , delivered electrical current 138 is for example a main drive motor 140 a motor vehicle 104 operated.

Die mittels der Turbinenvorrichtung 120 bereitgestellte mechanische Leistung ist vorzugsweise zum Komprimieren von Oxidationsmittelgas 132, insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft 134, nutzbar.That by means of the turbine device 120 Mechanical power provided is preferably for compressing oxidant gas 132 , especially for compressing ambient air 134 , usable.

Das komprimierte Oxidationsmittelgas 132 ist insbesondere einer Kathodenseite 141 der Brennstoffzellen 106, insbesondere des Brennstoffzellenstapels 108, zuführbar.The compressed oxidant gas 132 is in particular a cathode side 141 of fuel cells 106 , especially the fuel cell stack 108 , feedable.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise eine Abtriebswelle 142, mittels welcher mechanische Leistung im Betrieb der Turbinenvorrichtung 120 abgebbar ist.The fuel cell device 100 preferably comprises an output shaft 142 , by means of which mechanical power in the operation of the turbine device 120 is dispensable.

Die Abtriebswelle 142 ist vorzugsweise mit der Turbinenvorrichtung 120 drehgekoppelt.The output shaft 142 is preferably with the turbine device 120 rotationally coupled.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 kann ein Schwungmassenelement 144 umfassen, welches zum Speichern von kinetischer Energie mit der Abtriebswelle 142 gekoppelt oder koppelbar ist.The fuel cell device 100 can be a flywheel element 144 include which for storing kinetic energy with the output shaft 142 is coupled or can be coupled.

Das Schwungmassenelement 144 ist insbesondere ein Schwungrad.The flywheel element 144 is a flywheel in particular.

Durch Vorsehen des Schwungmassenelements 144 kann vorzugsweise eine stoßweise Entnahme von gasförmigem Brennstoff 112 aus dem Speicherbehälter 110 ermöglicht werden, wobei überschüssige kinetische Energie mittels des Schwungmassenelements 144 speicherbar ist.By providing the flywheel element 144 can preferably be an intermittent withdrawal of gaseous fuel 112 from the storage tank 110 be made possible, with excess kinetic energy by means of the flywheel element 144 is storable.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise eine Kompressorvorrichtung 146 zum Komprimieren des Oxidationsmittelgases 132, insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft 134.The fuel cell device 100 preferably comprises a compressor device 146 to compress the oxidant gas 132 , especially for compressing ambient air 134 ,

Der Kompressorvorrichtung 146 ist Oxidationsmittelgas 132 vorzugsweise über einen Oxidationsmittelgaseinlass 148 zuführbar.The compressor device 146 is oxidant gas 132 preferably via an oxidant gas inlet 148 fed.

Mittels der Kompressorvorrichtung 146 komprimiertes Oxidationsmittelgas 132 ist vorzugsweise der Kathodenseite 141 der Brennstoffzellen 106, insbesondere des Brennstoffzellenstapels 108, zuführbar.By means of the compressor device 146 compressed oxidant gas 132 is preferably the cathode side 141 of fuel cells 106 , especially the fuel cell stack 108 , feedable.

Die Kompressorvorrichtung 146 ist insbesondere eine Radialverdichtervorrichtung 150.The compressor device 146 is in particular a radial compressor device 150 ,

Günstig kann es sein, wenn die Kompressorvorrichtung 146 mittels der Turbinenvorrichtung 120, insbesondere durch die Turbinenvorrichtung 120, antreibbar ist.It can be favorable if the compressor device 146 by means of the turbine device 120 , in particular by the turbine device 120 , is drivable.

Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass die Kompressorvorrichtung 146 mit der Abtriebswelle 142 drehgekoppelt und/oder drehkoppelbar ist und somit unmittelbar durch die Turbinenvorrichtung 120 antreibbar ist.It is preferably provided for this that the compressor device 146 with the output shaft 142 is rotationally coupled and / or rotationally couplable and thus directly by the turbine device 120 is drivable.

Mittels der Kompressorvorrichtung 146 ist vorzugsweise Oxidationsmittelgas 132, insbesondere Umgebungsluft 134, bei einer Temperatur von ungefähr 20°C von einem Umgebungsdruck von ungefähr 1 bar auf einen Ladedruck von mindestens ungefähr 1,4 bar, insbesondere von mindestens ungefähr 1,6 bar, komprimierbar.By means of the compressor device 146 is preferably oxidant gas 132 , especially ambient air 134 , compressible at a temperature of approximately 20 ° C. from an ambient pressure of approximately 1 bar to a boost pressure of at least approximately 1.4 bar, in particular of at least approximately 1.6 bar.

Mittels der Kompressorvorrichtung 146 ist Oxidationsmittelgas 132, insbesondere Umgebungsluft 134, vorzugsweise auf einen Ladedruck von höchstens ungefähr 3 bar, insbesondere von höchstens ungefähr 2,5 bar, komprimierbar. By means of the compressor device 146 is oxidant gas 132 , especially ambient air 134 , preferably compressible to a charge pressure of at most approximately 3 bar, in particular of at most approximately 2.5 bar.

Die Kompressorvorrichtung 146 ist vorzugsweise mit einer Drehzahl von mindestens ungefähr 80.000 U/min, vorzugsweise von mindestens ungefähr 120.000 U/min, betreibbar.The compressor device 146 is preferably operable at a speed of at least about 80,000 rpm, preferably at least about 120,000 rpm.

Günstig kann es sein, wenn die Kompressorvorrichtung 146 mit einer Drehzahl von höchstens ungefähr 400.000 U/min, vorzugsweise von höchstens ungefähr 300.000 U/min, betreibbar ist.It can be favorable if the compressor device 146 at a speed of at most about 400,000 rpm, preferably at most about 300,000 rpm.

Die Turbinenvorrichtung 120 und die mit dieser drehgekoppelte oder drehkoppelbare Kompressorvorrichtung 146 bilden vorzugsweise eine Turboladervorrichtung 152, insbesondere eine Brennstoffzellenturboladervorrichtung.The turbine device 120 and the compressor device which can be rotatably coupled or rotatably coupled to this 146 preferably form a turbocharger device 152 , in particular a fuel cell turbocharger device.

Günstig kann es sein, wenn die Turbinenvorrichtung 120 und/oder die Kompressorvorrichtung 146 jeweils eine ölfreie Lagerungseinrichtung umfassen. It can be favorable if the turbine device 120 and / or the compressor device 146 each include an oil-free storage device.

Die ölfreie Lagerungseinrichtung umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Luftlager, insbesondere Folienlager.The oil-free storage device preferably comprises one or more air bearings, in particular foil bearings.

Mittels eines oder mehrerer Luftlager kann vorzugsweise eine geringe Verlustleistung bei hohen Drehzahlen, eine erhöhte Wartungsfreiheit, eine erhöhte Stoßunempfindlichkeit und/oder eine verringerte Geräuschemission ermöglicht werden.By means of one or more air bearings, a low power loss at high speeds, increased freedom from maintenance, increased shock resistance and / or reduced noise emissions can be made possible.

Vorzugsweise kann durch Vorsehen einer ölfreien Lagerungseinrichtung verhindert werden, dass die eine oder die mehreren Brennstoffzellen 106, insbesondere der Brennstoffzellenstapel 108, mit Fremdstoffen, insbesondere mit Öl verunreinigt wird.Preferably, the provision of an oil-free storage device can prevent the one or more fuel cells 106 , especially the fuel cell stack 108 , is contaminated with foreign substances, especially with oil.

Die Turbinenvorrichtung 120 und die Kompressorvorrichtung 146 sind vorzugsweise gemeinsam in einem Gehäuse 154 angeordnet.The turbine device 120 and the compressor device 146 are preferably together in one housing 154 arranged.

Das Gehäuse 154 ist insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt.The housing 154 is especially made of a metallic material.

Günstig kann es sein, wenn durch das gemeinsame Anordnen der Turbinenvorrichtung 120 und der Kompressorvorrichtung 146 in dem Gehäuse 154 einerseits mittels der Kompressorvorrichtung 146 komprimiertes Odixationsmittelgas 132 abgekühlt und/oder erwärmt werden kann und andererseits mittels der Turbinenvorrichtung 120 zumindest teilweise expandierter und/oder entspannter gasförmiger Brennstoff 112 erwärmt und/oder abgekühlt werden kann.It can be advantageous if by arranging the turbine device together 120 and the compressor device 146 in the housing 154 on the one hand by means of the compressor device 146 compressed odixant gas 132 can be cooled and / or heated and on the other hand by means of the turbine device 120 at least partially expanded and / or expanded gaseous fuel 112 can be heated and / or cooled.

Vorzugsweise kann die Kompressorvorrichtung 146 mittels der Turbinenvorrichtung 120 gekühlt und/oder erwärmt werden, insbesondere durch Wärmeleitung.Preferably, the compressor device 146 by means of the turbine device 120 cooled and / or heated, especially by heat conduction.

Das Gehäuse 154 kann hierzu ein oder mehrere Wärmeleitelemente umfassen, mittels derer Wärme von einem turbinenseitigen Bereich des Gehäuses 154 zu einem kompressorseitigen Bereich des Gehäuses 154 leitbar ist.The housing 154 can for this purpose comprise one or more heat-conducting elements, by means of which heat from a region of the housing on the turbine side 154 to a compressor-side area of the housing 154 is conductive.

Die Turbinenvorrichtung 120 und die Kompressorvorrichtung 146 sind somit vorzugsweise mittels des Gehäuses 154 thermisch gekoppelt.The turbine device 120 and the compressor device 146 are thus preferably by means of the housing 154 thermally coupled.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ferner einen elektrische Antriebsvorrichtung 156, welcher mit der Abtriebswelle 142 drehgekoppelt oder drehkoppelbar ist.The fuel cell device 100 preferably further comprises an electric drive device 156 which with the output shaft 142 is rotatably coupled or rotatable.

Die elektrische Antriebsvorrichtung 156 ist insbesondere ein Elektromotor.The electric drive device 156 is in particular an electric motor.

Vorzugsweise ist somit die Kompressorvorrichtung 146 zusätzlich mittels der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 antreibbar.The compressor device is thus preferably 146 additionally by means of the electric drive device 156 drivable.

Zum Einsparen von Gewicht ist es jedoch denkbar, auf die elektrische Antriebsvorrichtung 156 zu verzichten, so dass die Kompressorvorrichtung 146 lediglich mittels der Turbinenvorrichtung 120 antreibbar ist.To save weight, however, it is conceivable to use the electric drive device 156 to waive, so the compressor device 146 only by means of the turbine device 120 is drivable.

Günstig kann es sein, wenn die Brennstoffzellenvorrichtung 100 eine Kupplungsvorrichtung 158 umfasst.It can be favorable if the fuel cell device 100 a coupling device 158 includes.

Mittels der Kupplungsvorrichtung 158 ist die Turbinenvorrichtung 120 wahlweise mit der Kompressorvorrichtung 146 und/oder der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 oder nur mit der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 verbindbar, insbesondere drehkoppelbar.By means of the coupling device 158 is the turbine device 120 optionally with the compressor device 146 and / or the electric drive device 156 or only with the electric drive device 156 connectable, in particular rotatable coupling.

Wenn die Turbinenvorrichtung 120 mittels der Kupplungsvorrichtung 158 lediglich mit der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 drehgekoppelt ist, ist die elektrische Antriebsvorrichtung 156, insbesondere der Elektromotor, vorzugsweise als Generatorvorrichtung 159 zum Erzeugen von elektrischem Strom betreibbar.If the turbine device 120 by means of the coupling device 158 only with the electric drive device 156 is rotationally coupled, is the electric drive device 156 , in particular the electric motor, preferably as a generator device 159 operable to generate electrical current.

Die Brennstoffzellenvorrichtung umfasst vorzugsweise ferner eine Getriebevorrichtung 160, welche mittels der Kupplungsvorrichtung 158 insbesondere mit der Abtriebswelle gekoppelt oder koppelbar ist.The fuel cell device preferably further comprises a transmission device 160 which by means of the coupling device 158 in particular is coupled or can be coupled to the output shaft.

Mittels der Getriebevorrichtung 160 ist beispielsweise eine Drehzahl der Turbinenvorrichtung 120 und/oder der Kompressorvorrichtung 146 und/oder der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 und/oder der Generatorvorrichtung 159 anpassbar.By means of the gear device 160 is, for example, a speed of the turbine device 120 and / or the compressor device 146 and / or the electric drive device 156 and / or the generator device 159 customizable.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ferner eine elektrische Speichereinrichtung 162 zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere einem Akkumulator 164 (Batterie 166) und/oder einen Kondensator 168.The fuel cell device 100 preferably further comprises an electrical storage device 162 for storing electrical energy, in particular an accumulator 164 (Battery 166 ) and / or a capacitor 168 ,

Abhängig von der benötigten Leistung der Brennstoffzellen 106, insbesondere des Brennstoffzellenstapels 108, kann überschüssige, von der Turbinenvorrichtung 120 bereitgestellte, mechanische Leistung rekuperiert werden und beispielsweise mittels der elektrischen Speichereinrichtung gespeichert werden.Depending on the required power of the fuel cells 106 , especially the fuel cell stack 108 , can be excess, from the turbine device 120 provided mechanical power can be recuperated and stored, for example, by means of the electrical storage device.

Das in 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel der Brennstoffzellenvorrichtung 100 ist vorzugsweise wie folgt betreibbar:

  • Aus dem Speicherbehälter 110 ist insbesondere gasförmiger Brennstoff 112, welcher als Druckgas 116 in dem Speicherbehälter 110 gespeichert ist, der Anodenseite 114 der Brennstoffzellen 106, insbesondere des Brennstoffzellenstapels 108, zuführbar.
This in 1 shown first embodiment of the fuel cell device 100 can preferably be operated as follows:
  • From the storage tank 110 is especially gaseous fuel 112 which as a pressurized gas 116 in the storage container 110 is stored, the anode side 114 of fuel cells 106 , especially the fuel cell stack 108 , feedable.

Beim Zuführen des gasförmigen Brennstoffs 112 wird die Turbinenvorrichtung 120 vorzugsweise von dem gasförmigen Brennstoff 112 durchströmt und dabei ein Turbinenrad der Turbinenvorrichtung 120 in Rotation versetzt, so dass die Turbinenvorrichtung 120 mechanische Leistung bereitstellt, welche mittels der Abtriebswelle 142 abgebbar ist.When feeding the gaseous fuel 112 becomes the turbine device 120 preferably the gaseous fuel 112 flows through and thereby a turbine wheel of the turbine device 120 rotated so that the turbine device 120 provides mechanical power, which by means of the output shaft 142 is dispensable.

Beispielsweise kann die Kompressorvorrichtung 146 mittels der Kupplungsvorrichtung 158 mit der Turbinenvorrichtung 120 gekoppelt werden.For example, the compressor device 146 by means of the coupling device 158 with the turbine device 120 be coupled.

Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Turbinenvorrichtung 120 nur mit der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 gekoppelt wird, welche dann als Generatorvorrichtung 159 betrieben wird, wobei elektrischer Strom in der elektrischen Speichereinrichtung 162 gespeichert wird.Alternatively, it is conceivable that the turbine device 120 only with the electric drive device 156 is coupled, which then as a generator device 159 is operated, wherein electrical current in the electrical storage device 162 is saved.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Brennstoffzellenvorrichtung 100. 2 shows a second embodiment of the fuel cell device 100 ,

Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Brennstoffzellenvorrichtung 100 einen Druckspeicherbehälter 170 zur Speicherung von komprimiertem Oxidationsmittelgas 132 umfasst.This in 2 illustrated second embodiment differs from that in 1 illustrated first embodiment essentially in that the fuel cell device 100 a pressure storage tank 170 for storing compressed oxidant gas 132 includes.

Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ferner eine Steuereinrichtung 172, mittels derer komprimiertes Oxidationsmittelgas 132 wahlweise den Brennstoffzellen 106, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel 108, und/oder dem Druckspeicherbehälter 170 zuführbar ist.This in 2 illustrated second embodiment of the fuel cell device 100 preferably further comprises a control device 172 , by means of which compressed oxidant gas 132 optionally the fuel cells 106 , in particular the fuel cell stack 108 , and / or the pressure storage container 170 is feedable.

Mittels der Steuereinrichtung 172 ist vorzugsweise ferner komprimiertes Oxidationsmittelsgas 132 aus dem Druckspeicherbehälter 170 den Brennstoffzellen 106, insbesondere dem Brennstoffzellenstapel 108, zuführbar.By means of the control device 172 is also preferably compressed oxidant gas 132 from the pressure storage tank 170 the fuel cells 106 , in particular the fuel cell stack 108 , feedable.

Vorzugsweise umfasst die Steuereinrichtung 172 hierzu ein Wegeventil 174.The control device preferably comprises 172 a directional valve 174 ,

Im Übrigen stimmt das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Brennstoffzellenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel überein, so dass auf dessen Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, that's true 2 illustrated second embodiment of the fuel cell device 100 in terms of structure and function with the in 1 shown first embodiment, so that reference is made to the description thereof.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Brennstoffzellenvorrichtung 100. 3 shows a third embodiment of the fuel cell device 100 ,

Das in 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Turbinenvorrichtung 120 nicht unmittelbar mittels der Abtriebswelle 142 mit der Kompressorvorrichtung 146 gekoppelt oder koppelbar ist.This in 3 illustrated third embodiment differs from that in 2 illustrated second embodiment essentially in that the turbine device 120 not directly by means of the output shaft 142 with the compressor device 146 is coupled or can be coupled.

Vielmehr ist die Turbinenvorrichtung 120 mittels der Abtriebswelle 142 mit einer Generatorvorrichtung 159 drehgekoppelt.Rather, the turbine device 120 by means of the output shaft 142 with a generator device 159 rotationally coupled.

Die Kompressorvorrichtung 146 ist zudem vorzugsweise mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 156 drehgekoppelt.The compressor device 146 is also preferably with an electric drive device 156 rotationally coupled.

Im Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels der Brennstoffzellenvorrichtung 100 kann durch Antreiben der Generatorvorrichtung 159 vorzugsweise elektrischer Strom erzeugt werden.In operation of the third embodiment of the fuel cell device 100 can by driving the generator device 159 preferably electrical current are generated.

Der mittels der Generatorvorrichtung 159 erzeugte elektrische Strom ist mittels der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 vorzugsweise zum Antreiben der Kompressorvorrichtung 146 nutzbar.That by means of the generator device 159 generated electric current is by means of the electric drive device 156 preferably for driving the compressor device 146 available.

Vorzugsweise kann somit die Kompressorvorrichtung 146 mittels durch die Generatorvorrichtung 159 erzeugtem elektrischen Strom angetrieben werden.The compressor device can thus preferably 146 by means of the generator device 159 generated electrical current are driven.

Die Kompressorvorrichtung 146 ist dabei mittelbar unter Verwendung von mittels der Generatorvorrichtung 159 erzeugtem elektrischem Strom durch die Turbinenvorrichtung 120 antreibbar.The compressor device 146 is indirect using the generator device 159 generated electrical current through the turbine device 120 drivable.

Alternativ oder ergänzend dazu ist es denkbar, dass die elektrische Antriebsvorrichtung 156 mittels durch die Brennstoffzellen 106, insbesondere den Brennstoffzellenstapel 108, erzeugtem elektrischen Strom betreibbar ist.Alternatively or in addition, it is conceivable that the electric drive device 156 by means of the fuel cells 106 , especially the fuel cell stack 108 , generated electric current is operable.

Denkbar ist es ferner, dass die elektrische Antriebsvorrichtung 156 mit einem Hauptantriebsmotor 140 eines Fahrzeugs 102 gekoppelt oder koppelbar ist.It is also conceivable that the electric drive device 156 with a main drive motor 140 of a vehicle 102 is coupled or can be coupled.

Ferner ist es denkbar, dass zum Betreiben der elektrischen Antriebsvorrichtung 156 elektrischer Strom aus der elektrischen Speichereinrichtung 162 verwendet wird.Furthermore, it is conceivable that to operate the electric drive device 156 electrical current from the electrical storage device 162 is used.

Im Übrigen stimmt das in 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Brennstoffzellenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit dem in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel überein, so dass auf dessen Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, that's true 3 illustrated third embodiment of the fuel cell device 100 in terms of structure and function with the in 2 shown second embodiment, so that reference is made to the description thereof.

Die 4 bis 6 zeigen vierte bis sechste Ausführungsbeispiele der Brennstoffzellenvorrichtung 100.The 4 to 6 show fourth to sixth embodiments of the fuel cell device 100 ,

Die in den 4 bis 6 dargestellten vierten bis sechsten Ausführungsbeispiele der Brennstoffzellenvorrichtung 100 unterscheiden sich von den in den 1 bis 3 dargestellten ersten bis dritten Ausführungsbeispielen der Brennstoffzellenvorrichtung 100 im Wesentlichen dadurch, dass die Brennstoffzellenvorrichtung 100 eine Brennkammervorrichtung 176 zum Verbrennen von in Brennstoffzellenabgas 130 der Brennstoffzellen 106, insbesondere des Brennstoffzellenstapels 108, enthaltenem gasförmigen Brennstoff 112 umfasst.The in the 4 to 6 Fourth to sixth embodiments of the fuel cell device shown 100 differ from those in the 1 to 3 illustrated first to third exemplary embodiments of the fuel cell device 100 essentially in that the fuel cell device 100 a combustion chamber device 176 for burning in fuel cell exhaust gas 130 of fuel cells 106 , especially the fuel cell stack 108 , contained gaseous fuel 112 includes.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst vorzugsweise ferner eine Zusatzturbinenvorrichtung 178 sowie eine Zusatzkompressorvorrichtung 180.The fuel cell device 100 preferably further comprises an auxiliary turbine device 178 and an additional compressor device 180 ,

Die Zusatzturbinenvorrichtung 178 und die Zusatzkompressorvorrichtung 180 bilden vorzugsweise eine Zusatzturboladervorrichtung 182.The auxiliary turbine device 178 and the auxiliary compressor device 180 preferably form an additional turbocharger device 182 ,

In der Brennkammervorrichtung 176 ist im Brennstoffzellenabgas 130 enthaltener gasförmiger Brennstoff 112 vorzugsweise mit Oxidationsmittelgas 132, insbesondere mit Umgebungsluft 134, thermisch umsetzbar.In the combustion chamber device 176 is in the fuel cell exhaust 130 contained gaseous fuel 112 preferably with oxidant gas 132 , especially with ambient air 134 , thermally convertible.

Hierzu ist Oxidationsmittelgas 132, insbesondere Umgebungsluft 134, mittels der Zusatzkompressorvorrichtung 180 vorzugsweise in die Brennkammervorrichtung 136 förderbar.This is oxidizing gas 132 , especially ambient air 134 , by means of the additional compressor device 180 preferably in the combustion chamber device 136 conveyed.

Die Zusatzturbinenvorrichtung 178 ist dabei vorzugsweise mittels Abgas aus der Brennkammervorrichtung 176 durchströmbar.The auxiliary turbine device 178 is preferably by means of exhaust gas from the combustion chamber device 176 flow through.

Die Zusatzturbinenvorrichtung 178 ist vorzugsweise zum Antreiben der Kompressorvorrichtung 146 und/oder einer Generatorvorrichtung 160 und/oder zum Antreiben von Nebenaggregaten nutzbar.The auxiliary turbine device 178 is preferably for driving the compressor device 146 and / or a generator device 160 and / or can be used to drive auxiliary units.

Insbesondere ist denkbar, dass mittels der Zusatzturbinenvorrichtung 178 eine Generatorvorrichtung 160 zum Erzeugen von elektrischem Strom antreibbar ist.In particular, it is conceivable that by means of the additional turbine device 178 a generator device 160 can be driven to generate electrical current.

Im Übrigen stimmen die in den 4 bis 6 dargestellten vierten bis sechsten Ausführungsbeispiele der Brennstoffzellenvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit den in den 1 bis 3 gezeigten ersten bis dritten Ausführungsbeispielen überein, so dass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Otherwise they are correct in the 4 to 6 Fourth to sixth embodiments of the fuel cell device shown 100 in terms of structure and function with the in the 1 to 3 shown first to third embodiments, so that reference is made to the description thereof.

7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der Brennstoffzellenvorrichtung 100. 7 shows a seventh embodiment of the fuel cell device 100 ,

Das in 7 dargestellte siebte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Brennstoffzellenvorrichtung 100 mehrere Wärmeübertrager 184 zum Erwärmen und/oder Abkühlen von gasförmigem Brennstoff 112 und/oder zum Abkühlen und/oder Erwärmen von komprimiertem Oxidationsmittelgas 132 umfasst.This in 7 shown seventh embodiment differs from that in 1 illustrated first embodiment essentially in that the fuel cell device 100 several heat exchangers 184 for heating and / or cooling gaseous fuel 112 and / or for cooling and / or heating compressed oxidant gas 132 includes.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jeweils ein Wärmeübertrager 184 in Strömungsrichtung vor und/oder nach der Turbinenvorrichtung 120 angeordnet ist.For example, it can be provided that one heat exchanger each 184 in the flow direction before and / or after the turbine device 120 is arranged.

Ferner ist es denkbar, dass ein Wärmeübertrager 184 in Strömungsrichtung nach der Kompressorvorrichtung 146 angeordnet ist.It is also conceivable that a heat exchanger 184 in the flow direction after the compressor device 146 is arranged.

Günstig kann es sein, wenn die Wärmeübertrager 184 mehrere, insbesondere voneinander getrennte, Strömungskanäle umfassen.It can be beneficial if the heat exchanger 184 comprise several, in particular separate, flow channels.

Beispielsweise ist denkbar, dass die Wärmeübertrager 184, welche in Strömungsrichtung vor und/oder nach der Turbinenvorrichtung 120 angeordnet sind, mittels des gasförmigen Brennstoffs 112 und mittels eines abzukühlenden und/oder zu erwärmenden Mediums, beispielsweise mittels eines Wärmeträgermediums, durchströmbar sind.For example, it is conceivable that the heat exchanger 184 which in the flow direction before and / or after the turbine device 120 are arranged by means of the gaseous fuel 112 and can be flowed through by means of a medium to be cooled and / or heated, for example by means of a heat transfer medium.

Ferner ist es denkbar, dass der in Strömungsrichtung nach der Kompressorvorrichtung 146 angeordnete Wärmeübertrager 184 mit komprimiertem Oxidationsmittelgas 132 und einem zu erwärmenden und/oder abzukühlenden Medium, beispielsweise mittels eines Wärmeträgermediums, durchströmbar ist.Furthermore, it is conceivable that the downstream of the compressor device 146 arranged heat exchangers 184 with compressed oxidant gas 132 and a medium to be heated and / or cooled can be flowed through, for example by means of a heat transfer medium.

Abgekühltes und/oder erwärmtes Wärmeträgermedium ist beispielsweise zum Kühlen und/oder Erwärmen eines Akkumulators 164 eines Fahrzeugs 102 und/oder zum Kühlen eines Hauptantriebsmotors 140 eines Fahrzeugs 102 und/oder zum Kühlen einer Leistungselektronik eines Fahrzeugs 102 und/oder zum Kühlen und/oder Erwärmen eines Innenraums eines Fahrzeugs 102 verwendbar.Cooled and / or heated heat transfer medium is, for example, for cooling and / or heating an accumulator 164 of a vehicle 102 and / or for cooling a main drive motor 140 of a vehicle 102 and / or for cooling a power electronics of a vehicle 102 and / or for cooling and / or heating an interior of a vehicle 102 usable.

Insgesamt kann eine Brennstoffzellenvorrichtung 100 bereitgestellt werden, welche mit einem vergleichsweise hohen Gesamtwirkungsgrad betreibbar ist.Overall, a fuel cell device 100 are provided, which can be operated with a comparatively high overall efficiency.

Claims (17)

Brennstoffzellenvorrichtung (100), umfassend: eine oder mehrere Brennstoffzellen (106), insbesondere einen Brennstoffzellenstapel (108), welcher mehrere Brennstoffzellen (106) umfasst; einen Speicherbehälter (110) zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs (112), wobei der gasförmige Brennstoff (112) zur Umsetzung desselben mit einem Oxidationsmittelgas (132) der einen oder den mehreren Brennstoffzellen (106), insbesondere dem Brennstoffzellenstapel (108), zuführbar ist; eine oder mehrere mit gasförmigem Brennstoff (112) aus dem Speicherbehälter (110) durchströmbare Turbinenvorrichtungen (120) zur Bereitstellung mechanischer Leistung.A fuel cell device (100) comprising: one or more fuel cells (106), in particular a fuel cell stack (108) which comprises a plurality of fuel cells (106); a storage container (110) for storing a gaseous fuel (112), the gaseous fuel (112) being able to be supplied with an oxidizing agent gas (132) to convert the one or more fuel cells (106), in particular the fuel cell stack (108); one or more turbine devices (120) through which gaseous fuel (112) can flow from the storage container (110) to provide mechanical power. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der einen oder den mehreren Turbinenvorrichtungen (120) bereitgestellte mechanische Leistung zum Komprimieren eines Oxidationsmittelgases (132), insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft, nutzbar ist.Fuel cell device (100) according to Claim 1 , characterized in that the mechanical power provided by the one or more turbine devices (120) can be used for compressing an oxidizing agent gas (132), in particular for compressing ambient air. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Abtriebswelle (142) umfasst, mittels welcher mechanische Leistung im Betrieb der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen (120) abgebbar ist.Fuel cell device (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises an output shaft (142), by means of which mechanical power can be output during the operation of the one or more turbine devices (120). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Kompressorvorrichtung (146) zum Komprimieren eines Oxidationsmittelgases (132), insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft (134), umfasst.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises a compressor device (146) for compressing an oxidant gas (132), in particular for compressing ambient air (134). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressorvorrichtung (146) mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen (120), insbesondere durch die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen (120), antreibbar ist.Fuel cell device (100) according to Claim 4 , characterized in that the compressor device (146) can be driven by means of the one or more turbine devices (120), in particular by the one or more turbine devices (120). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen (120) und die Kompressorvorrichtung (146) gemeinsam in einem Gehäuse (154) angeordnet sind.Fuel cell device (100) according to Claim 4 or 5 , characterized in that the one or more turbine devices (120) and the compressor device (146) are arranged together in one housing (154). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Generatorvorrichtung (159) zum Erzeugen von elektrischem Strom (138) umfasst, wobei die Generatorvorrichtung (159) mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen (120) antreibbar ist.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises a generator device (159) for generating electrical current (138), the generator device (159) being drivable by means of the one or more turbine devices (120). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Kupplungsvorrichtung (158) umfasst zum wahlweisen Verbinden der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen (120) mit einer Kompressorvorrichtung (146) und/oder einer Generatorvorrichtung (159) und/oder einer elektrischen Antriebsvorrichtung (156) und/oder dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Getriebevorrichtung (160) umfasst zum Anpassen einer Drehzahl der Turbinenvorrichtung (120) und/oder einer Generatorvorrichtung (159) und/oder einer Kompressorvorrichtung (146) und/oder einer elektrischen Antriebsvorrichtung (156).Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises a coupling device (158) for selectively connecting the one or more turbine devices (120) to a compressor device (146) and / or a generator device (159) and / or an electric drive device (156 ) and / or that the fuel cell device (100) comprises a transmission device (160) for adapting a rotational speed of the turbine device (120) and / or a generator device (159) and / or a compressor device (146) and / or an electric drive device (156) , Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Kompressorvorrichtung (146) zum Komprimieren eines Oxidationsmittelgases (132), insbesondere zum Komprimieren von Umgebungsluft (134), sowie eine elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben der Kompressorvorrichtung (146) umfasst.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the fuel cell device (100) comprises a compressor device (146) for compressing an oxidant gas (132), in particular for compressing ambient air (134), and an electric drive device, in particular an electric motor, for driving the compressor device (146). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine elektrische Speichereinrichtung (162) zum Speichern von elektrischer Energie umfasst, insbesondere einen Akkumulator (164) und/oder einen Kondensator (168).Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises an electrical storage device (162) for storing electrical energy, in particular an accumulator (164) and / or a capacitor (168). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) einen oder mehrere Wärmeübertrager (184) zum Erwärmen und/oder Abkühlen von gasförmigen Brennstoff (112) und/oder zum Abkühlen und/oder Erwärmen eines komprimierten Oxidationsmittelgases (132) umfasst.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises one or more heat exchangers (184) for heating and / or cooling gaseous fuel (112) and / or for cooling and / or heating a compressed oxidizing agent gas (132). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der einen oder der mehreren Turbinenvorrichtungen (120) der Druck von aus dem Speicherbehälter (110) austretendem gasförmigen Brennstoff (112) verringerbar ist.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the pressure of the gaseous fuel (112) emerging from the storage container (110) can be reduced by means of the one or more turbine devices (120). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Drosseleinrichtung zur Drosselung von aus dem Speicherbehälter (110) austretendem gasförmigen Brennstoff (112) umfasst.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 12 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises a throttle device for throttling gaseous fuel (112) emerging from the storage container (110). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) eine Brennkammervorrichtung (176) zum Verbrennen von in Brennstoffzellenabgas (130) der einen oder der mehreren Brennstoffzellen (106), insbesondere des Brennstoffzellenstapels (108), enthaltenem gasförmigem Brennstoff (112) umfasst, wobei die Brennstoffzellenvorrichtung (100) insbesondere eine Zusatzturbinenvorrichtung (178) umfasst, welche zur Bereitstellung mechanischer Leistung mittels Abgas aus der Brennkammervorrichtung (176) durchströmbar ist.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises a combustion chamber device (176) for burning of gaseous fuel (112) contained in fuel cell exhaust gas (130) of the one or more fuel cells (106), in particular the fuel cell stack (108), the fuel cell device (100) in particular comprising an auxiliary turbine device (178) which is used to provide mechanical power can be flowed through by means of exhaust gas from the combustion chamber device (176). Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzellenvorrichtung (100) einen Druckspeicherbehälter (170) zur Speicherung eines komprimierten Oxidationsmittelgases (132) umfasst, welcher von dem Speicherbehälter (110) zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs (112) verschieden ist, wobei dem Druckspeicherbehälter (170) wahlweise komprimiertes Oxidationsmittelgas (132) zuführbar ist und/oder aus dem Druckspeicherbehälter (170) entnehmbar ist.Fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 14 , characterized in that the fuel cell device (100) comprises a pressure storage container (170) for storing a compressed oxidant gas (132), which is different from the storage container (110) for storing a gaseous fuel (112), the pressure storage container (170) being optional compressed oxidant gas (132) can be supplied and / or can be removed from the pressure storage container (170). Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere zum Betreiben einer Brennstoffzelle (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer oder mehrerer Brennstoffzellen (106), insbesondere eines Brennstoffzellenstapels (108); Bereitstellen eines Speicherbehälters (110) zur Speicherung eines gasförmigen Brennstoffs (112); Bereitstellen einer oder mehrerer mit gasförmigem Brennstoff (112) aus dem Speicherbehälter (110) durchströmbarer Turbinenvorrichtungen (120) ; Zuführen des gasförmigen Brennstoffs (112) zu der einen oder den mehreren Brennstoffzellen (106), insbesondere zu dem Brennstoffzellenstapel (108), zur Umsetzung des gasförmigen Brennstoffs (112) mit einem Oxidationsmittelgas (132), wobei die eine oder die mehreren Turbinenvorrichtungen (120) beim Zuführen des gasförmigen Brennstoffs (112) von diesem durchströmt werden und dabei mechanische Leistung bereitstellen.Method for operating a fuel cell device (100), in particular for operating a fuel cell (100) according to one of the Claims 1 to 15 The method comprises: providing one or more fuel cells (106), in particular a fuel cell stack (108); Providing a storage container (110) for storing a gaseous fuel (112); Providing one or more turbine devices (120) through which gaseous fuel (112) can flow from the storage container (110); Supplying the gaseous fuel (112) to the one or more fuel cells (106), in particular to the fuel cell stack (108), for converting the gaseous fuel (112) with an oxidizing agent gas (132), the one or more turbine devices (120 ) through which the gaseous fuel (112) is flowed and thereby provide mechanical power. Fahrzeug (102), insbesondere Kraftfahrzeug (104), umfassend eine Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.Vehicle (102), in particular motor vehicle (104), comprising a fuel cell device (100) according to one of the Claims 1 to 15 ,
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