WO2023006362A2 - Fuel cell system and recirculation apparatus for a fuel cell system - Google Patents

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WO2023006362A2
WO2023006362A2 PCT/EP2022/068675 EP2022068675W WO2023006362A2 WO 2023006362 A2 WO2023006362 A2 WO 2023006362A2 EP 2022068675 W EP2022068675 W EP 2022068675W WO 2023006362 A2 WO2023006362 A2 WO 2023006362A2
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recirculation
fan
fuel
housing
outlet
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PCT/EP2022/068675
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Inventor
Martin Katz
Jochen Wessner
Benedikt Leibssle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system and a recirculation device for a fuel cell system.
  • Fuel cells are increasingly used as energy converters, including in vehicles, to convert chemical energy stored in a fuel, such as hydrogen, directly into electrical energy together with oxygen.
  • Fuel cells typically have an anode, a cathode, and an electrolytic membrane positioned between the anode and the cathode. The fuel is oxidized at the anode and the oxygen is reduced at the cathode. This creates water on the cathode side.
  • the anode of fuel cells is continuously supplied with excess gaseous fuel, that is, more fuel than would be stoichiometrically necessary for a given amount of oxygen supplied to the cathode.
  • the excess fuel is usually recirculated or fed back to the anode. Since the product water formed on the cathode side as a result of the chemical reaction may reach the anode side, the excess fuel may contain water which would be fed back to the anode when the excess fuel was recirculated. In order to avoid excessive accumulation of water at the anode, water separation is usually carried out when the excess fuel is recirculated. Furthermore, for reasons of efficiency, it is desirable to use the thermal potential of the separated water.
  • US Pat. No. 8,323,840 B2 discloses a fuel cell system with a water separator arranged in a recirculation path. Furthermore, a combined humidifier-heat exchanger unit is provided, in which fresh hydrogen to be supplied to the anode side is humidified and heated by the water separated from the anode waste gas. The water coming out of the humidifier heat exchanger unit is also used to cool a recirculation fan.
  • a recirculation device for a fuel cell system having the features of claim 1 and a fuel cell system having the features of claim 10 are provided.
  • a recirculation device for a fuel cell system comprises a recirculation fan with a conveyor device which has a fan inlet for connection to a fuel outlet of a fuel cell arrangement and a fan outlet for connection to a fuel inlet of the fuel cell arrangement and is designed to pump an anode exhaust gas stream coming from the fuel outlet Encourage blower inlet to blower outlet, and a drive device for driving the conveyor.
  • the recirculation device also includes a collection container attached to the recirculation fan for collecting water separated from the exhaust gas flow, the collection container having an inlet connection which is fluidically conductively connected to the delivery device and through which the collection container can be supplied with water that is separated from the exhaust gas flow in the delivery device. and an outlet port, and a drain valve connected to the outlet port of the sump for draining water from the sump.
  • a fuel cell system comprises a fuel cell arrangement with at least one fuel cell, a fuel inlet and a fuel outlet, a supply line connected to the fuel inlet for supplying gaseous fuel, a discharge line connected to the fuel outlet for discharging anode exhaust gas and a recirculation device according to the first aspect of the invention.
  • the fan inlet of the conveying device of the recirculation fan is connected to the discharge line and the fan outlet of the conveying device of the recirculation fan is connected to the supply line.
  • One idea underlying the invention is to increase the functional integration of the recirculation device by structurally and functionally combining the recirculation fan, a collection container or collection tank for the water separated from the recirculated anode gas and a drain valve into one unit.
  • the collection container is attached or fastened to the recirculation fan and the conveying device is connected to the collection container in a fluidically conductive manner.
  • water that is separated in the conveying device can be fed directly to the collection container over short distances, e.g. through channels or bores.
  • the collection tank can be flanged to the recirculation fan, for example.
  • One advantage of the invention lies in the compact overall structure of the fuel cell system.
  • a further advantage is that by attaching the collection container to the recirculation fan, the mass and the vibration characteristics of the recirculation device are changed, as a result of which vibrations are dampened more. Furthermore, the line routing for supplying the water, which is separated in the conveying device, into the collection container is simplified.
  • the drive device can generally have a drive unit and a drive housing, with the drive unit being arranged in a first housing section of the drive housing.
  • a second housing section can, for example, form a flange section which is connected to the conveyor device, in particular a housing of the conveyor device.
  • the drive unit or the first housing section with the drive unit accommodated therein can in particular be located in the collection container or surrounded by the collection container. This achieves a further reduction in noise and at the same time improves the cooling of the drive unit.
  • the delivery device has a housing and an impeller that can be rotated about an axis of rotation in an interior space of the housing, with the housing having a first bore that connects an area of the interior space of the housing that surrounds the impeller to the inlet connection of the collection container .
  • the conveying device can be designed as a side channel compressor or in a similar way.
  • the housing of the conveying device there can generally be a gas conveying duct, eg in the form of a ring-segment-shaped duct arranged on the front side of the impeller, and a collecting duct for collecting the water separated by the rotation of the impeller about the axis of rotation.
  • the drive device has a drive housing which is fastened to the housing of the delivery device, the drive housing preferably having a second bore which connects the first bore to the inlet connection of the collecting container.
  • the drive housing can be attached to the housing of the conveyor device, for example with a second housing section or flange section.
  • the drive housing and the housing of the conveyor device can be arranged adjacent to one another along the axis of rotation.
  • the collection container is arranged along the axis of rotation adjacent to the recirculation fan and is fastened to the housing of the delivery device and/or to the drive housing.
  • the drive device can be arranged between the conveyor device and the collection container.
  • the arrangement of the collection container and the recirculation fan adjacently along the axis of rotation advantageously results in a compact structure, in particular in relation to a radial direction extending transversely to the axis of rotation.
  • the attachment to the housing of the conveyor and / or the drive housing facilitates assembly.
  • the collection container is designed as a trough, which is attached to the recirculation fan with an edge region delimiting an opening in such a way that the recirculation fan covers the opening.
  • the trough can have a circular or rectangular opening which faces the recirculation fan and is covered, for example, by the drive housing and/or the housing of the conveying device.
  • the first housing section of the drive housing accommodating the drive unit can pass through the opening into the trough protrude.
  • the inlet connection of the collection container can be formed, for example, through an opening in the drive housing or in the housing of the conveyor device, which is arranged inside the opening of the trough.
  • the trough or a wall of the container can also have a recess that forms the inlet connection.
  • the outlet connection of the container can be formed in particular by a recess in the trough or a wall of the container.
  • the recirculation device has a fill level sensor, which is set up to detect a fill level of the container with liquid, and a control device, which is connected to the fill level sensor and set up to output a control signal when a predetermined fill level exceeded and/or fallen below.
  • the control device can optionally be connected to the drain valve and set up to output the control signal to the drain valve in order to open it, e.g. if the predetermined level is exceeded, and to close it, e.g. if the level falls below the predetermined level.
  • the filling level sensor is designed as an ultrasonic sensor, which is arranged in the container.
  • the level sensor is formed by a microphone, which is set up to detect a predetermined frequency spectrum of acoustic waves, which includes a noise spectrum generated by the recirculation fan, and wherein the control device is set up based on the detected frequency spectrum to determine the fill level.
  • the recirculation device has a purge valve which can be connected to the fuel outlet and is connected to a purge connection of the container. Accordingly, in addition to the separated water, the collection container can be flushed with flushing gas that is discharged from the fuel outlet Fuel cell assembly is discharged, are supplied. The functional integration of the recirculation device is thus further increased.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a hydraulic circuit diagram of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a recirculation device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a fuel cell system 200. As shown schematically in FIG.
  • the fuel cell arrangement 210 can have a multiplicity of fuel cells 213 arranged to form a stack, as is shown by way of example in FIG. 1 . In principle, however, it is also conceivable that only one fuel cell 213 is provided. As shown schematically in Fig. 1, each fuel cell 213 may have an anode 213A, a cathode 213B and an electrolyte 213C arranged therebetween, for example in the form of an electrolyte membrane.
  • the fuel cell arrangement 210 also has a fuel inlet 211, via which the anode 213A can be supplied with gaseous fuel, eg hydrogen or natural gas, and a fuel outlet 212, via which unused or unreacted fuel can be removed from the anode 213A. Unused fuel discharged at fuel outlet 212 can also be referred to as excess fuel or anode exhaust.
  • gaseous fuel eg hydrogen or natural gas
  • fuel outlet 212 can also be referred to as excess fuel or anode exhaust.
  • the fuel cell arrangement 210 can have an oxygen inlet 221, via which the cathode 213 B can be supplied with gaseous oxygen, either as pure oxygen or as oxygen contained in the ambient air, and a product outlet 222, via which unused or unreacted oxygen and chemical reaction products from of the cathode 213B can be discharged.
  • Gaseous oxygen either as pure oxygen or as oxygen contained in the ambient air
  • product outlet 222 via which unused or unreacted oxygen and chemical reaction products from of the cathode 213B can be discharged.
  • Water is formed during the reduction reaction taking place at the cathode. Most of this is discharged via the product outlet 222 . However, it can happen that part of this water reaches the anode 213A through the electrolyte 213C and is transported away as part of the excess fuel or anode waste gas.
  • the supply line 201 serves to supply the fuel to the fuel inlet 211.
  • the supply line 202 is connected to the fuel inlet 211 accordingly.
  • An inlet of the supply line 201 can, for example, be connected to a fuel container or tank (not shown).
  • the discharge line 202 is used to discharge the anode waste gas from the fuel outlet 212 and is accordingly connected to the fuel outlet 202 .
  • the recirculation device 100 is shown only schematically in FIG. 1 and is designed to recirculate the anode waste gas or to feed it back from the fuel outlet 212 to the fuel inlet 211 .
  • the recirculation device 100 has a recirculation fan 1 , a collection container 2 , a drain valve 3 and an optional purge valve 6 .
  • the recirculation device 100 can have a level sensor 4 (FIG. 2) and a control device 5 (FIG. 2).
  • the recirculation fan 1 is shown only symbolically in Fig. 1 and includes a conveyor 10 and a drive device 13, which is kinematically coupled to the conveyor 10 to drive it.
  • the conveyor device 10 has a blower inlet 11 and a blower outlet 12 .
  • the fan inlet 11 is connected to the discharge line 202 and the fan outlet 12 is connected to the supply line 201 .
  • the drive device 13 can generally have a drive unit 135 (FIG. 2), for example in the form of an electric motor.
  • the collection container 2 is shown only schematically in Fig. 1 and is used to hold water that is separated from the anode off-gas, e.g. in the conveyor 10 and in an optional water separator (not shown).
  • the sump 2 defines an internal volume or interior space for containing the water.
  • the collecting container 2 has at least one inlet connection 21 , one outlet connection 22 and an optional purge connection 23 .
  • the delivery device 10 is fluidically connected to the inlet connection 21 in such a way that the water that is separated from the exhaust gas flow in the delivery device 10 can be fed to the collection container 2 through the inlet connection 21 .
  • the outlet connection 22 is used to drain water from the collection container 2, e.g. when a predetermined filling level is exceeded.
  • the drain valve 3 is connected to the outlet port 22 and is configured to open and close the outlet port 22 .
  • the drain valve can be designed as a solenoid valve.
  • the optional purge valve 6 is connected to the optional purge connection 23 of the container 2 and to the discharge line 202 or the fuel outlet 212 .
  • Purge gas can be introduced into the container 2 when the purge valve 6 is in an open state.
  • the purge valve 6 can also be designed as a solenoid valve.
  • the recirculation fan 1, the collection container 2 and the drain valve 3 and the optional purge valve 6 are combined into one unit.
  • the collection container 2 is attached to the recirculation fan 1 .
  • the drive device 13 can be accommodated in the collection container 2 in whole or in part. A compact device 100 that is highly integrated in functional terms is thus created and the water and exhaust gas management of the fuel cell system 200 is simplified.
  • FIG. 2 shows, by way of example and in a schematic manner, a recirculation device 100 as can be used, for example, in the fuel cell system 200 shown in FIG.
  • the conveyor device 10 can have a conveyor housing 110 and an impeller 120 , for example.
  • the conveyor housing 110 generally defines an interior space in which the impeller 120 is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation A1.
  • a radial direction RI extends transversely to the axis of rotation Al. 2 shows, purely by way of example, that the conveyor housing 110 is formed from a first housing part 110A and a second housing part HOB attached thereto, with the first and second housing parts 110A, 110B jointly defining the interior.
  • the first and the second housing part H0A, HOB are arranged adjacent to one another along the axis of rotation A1.
  • the conveying device 10 is implemented as a side channel compressor.
  • the invention is not limited to this.
  • the conveying device 10 can also be implemented as a radial compressor or the like.
  • the conveyor device 10 can have a side channel 115 which is formed in the housing HO and extends in the form of a ring segment around the axis of rotation A1.
  • the blower inlet 11 and the blower outlet 12 are arranged at opposite ends of the side channel 115 , as shown schematically in FIG. 2 .
  • a side channel 115A, 115B be trained.
  • the side channels 115A, 115B are arranged opposite one another, as shown in FIG.
  • the impeller 120 is circular and has a plurality of blades 121 along its circumference. As already mentioned, the impeller 120 is mounted so as to be rotatable about the axis of rotation A1, e.g. As shown in Fig. 2, if the delivery device 10 is implemented as a side channel compressor, the blades 121 can be arranged within the side channels 115 in relation to the radial direction RI and between the side channels 115 in relation to an axial direction extending parallel to the axis of rotation Al .
  • a collecting channel 125 can be formed in a region of the conveyor housing 110 surrounding the impeller 120, which can extend in particular along the circumference of the impeller 120, as shown schematically in FIG.
  • the impeller 120 rotates about the axis of rotation A1
  • the water contained in the anode exhaust gas is transported radially outwards due to the centrifugal force and collects in the collection channel 125, from where it can be directed into the collection container 2, as will be explained below.
  • the drive device 13 has a drive unit 135 , for example an electric motor, and a drive housing 130 .
  • the drive housing 130 may include, for example, a first housing portion 130A defining an interior space in which the drive unit 135 is accommodated, and a second housing portion 130B.
  • the first housing section 130A can be configured, for example, in the shape of a cylinder.
  • the first housing section 130A can have cooling ribs 130C on an outer surface, as shown purely by way of example in FIG. 2 .
  • the second housing section 130B can be formed, for example, in a substantially plate shape and extend transversely to the first housing section 130A, as shown in FIG. 2 .
  • a connection channel 130D through which, for example, electrical connection lines (not shown) can be inserted into the interior of the first housing section 130A can be formed, for example, in the second housing section 130B.
  • the drive unit 135 can be arranged coaxially with the impeller 120 .
  • the second housing section 130B of the drive housing 130 can be attached or fastened to the conveyor housing 110 , in particular to the second housing part HOB of the conveyor housing 110 .
  • the drive housing 130 and the conveyor housing 110 can be screwed together (not shown).
  • the drive device 13 can thus be arranged adjacent to the conveyor device 10 along the axis of rotation A1.
  • the drive unit 135 is kinematically coupled to the impeller 120 in order to rotate it about the axis of rotation A1.
  • a rotor shaft (not shown) of drive unit 135 may be connected to impeller 120 .
  • the impeller 120 and the rotor shaft can also be coupled to one another, for example via pairs of magnets, one magnet or a magnetizable structure being connected to the rotor shaft and one magnet or a magnetizable structure to the impeller 120 .
  • the collection container 2 can be designed, for example, as a trough 2A, as is shown schematically in FIG.
  • the collection container 2A can have, for example, a base 2D and a closed peripheral wall 2E extending from this. At an end remote from the base 2D, the peripheral wall 2E or an edge region 2C of the trough 2A delimits an opening 2B.
  • the trough 2A thus defines an interior space 20 which is open on one side.
  • the collection container 2 can define an interior space or an interior volume 20 .
  • the outlet connection 22 and the purge connection 23 can be designed as bores, for example.
  • the outlet port 22 may be formed in the bottom 2D, for example.
  • the purge connection can be arranged, for example, in the peripheral wall 2E, in particular in the region of the end of the peripheral wall 2E that faces away from the base 2D.
  • the collection container 2 can be arranged, for example with the edge region 2C surrounding the opening 2B, lying against the drive housing 130, in particular the second housing section 130B.
  • the drive housing 130 and the collection container 2 can be screwed together (not shown).
  • the collection container 2 can also be attached to the conveyor housing 110 .
  • the collection container 2 can thus be arranged adjacent to the recirculation fan 1 along the axis of rotation A1.
  • other mounting positions of the trough 2A are also conceivable.
  • the trough 2A is arranged in such a way that the recirculation fan 1 covers the opening 2B or the recirculation fan 1 and the trough 2A jointly delimit the interior space 20 .
  • the drive unit 135 or the first housing section 130A of the drive housing 130 surrounding it can be arranged in the interior space 20 .
  • the drive unit 135 is thus completely encapsulated from the environment outside of the recirculation device 100, which advantageously brings about a noise reduction.
  • the collecting channel 125 of the conveyor housing 110 is formed by a first bore 111, which is formed in the conveyor housing 110, and a second bore 131, which is formed in the drive housing 130, in particular the second housing section 130B of the drive housing 130 is formed, connected to the interior 20 of the collecting container 2 .
  • the opening formed by the bore 111, 131 in the drive housing 130 thus forms the inlet connection 21 of the collection container 2. Since the drive unit 135 or the first housing section 130A of the drive housing 130 surrounding it is arranged in the interior 20, the discharged, separated water advantageously carried out a cooling of the drive device 13.
  • the filling level sensor 4 is connected to the control device 5 in a signal-conducting manner, for example via a data bus or a wireless connection such as Wi-Fi.
  • the control device 5 is designed as an electronic control device, for example with a processor and a data memory. Furthermore, the Control device 5 designed to generate and output electrical and/or electromagnetic output signals based on electrical and/or electromagnetic input signals.
  • the fill level sensor 4 is generally set up to detect a fill level of the collection container 2 with liquid.
  • the filling level sensor 4 can be in the form of a microphone 4A, which is arranged in the vicinity of the unit made up of the recirculation fan 1 and the collection container 2.
  • the microphone is set up to capture a predetermined frequency spectrum of acoustic waves, which includes a noise spectrum generated or emitted by the recirculation fan 1 .
  • the frequency spectrum recorded by the microphone 4A can be evaluated using the control device 5, e.g. by comparing the recorded spectrum with a reference spectrum in order to determine the fill level based on the recorded frequency spectrum. For example, a frequency shift towards lower frequencies can occur as the fill level increases.
  • the filling level sensor 4 can also be designed as an ultrasonic sensor which is coupled to the interior 20 of the collection container 2 .
  • the control device 5 can also be connected to the drain valve 4 in a signal-conducting manner. Alternatively or additionally, the control device 5 can be connected to the purge valve 6 in a signal-conducting manner, as is shown in FIG. 2 .
  • the control device 5 can be set up to output a control signal, e.g. if a predetermined fill level is exceeded and/or fallen below.
  • the control device 5 can output a first control signal to the drain valve 3 in order to open it when a first filling level is exceeded, and a second control signal in order to close the drain valve 3 when a second filling level that is lower than the first filling level is undercut.

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Abstract

A recirculation apparatus for a fuel cell system comprises a recirculation fan with a delivery device which has a fan input for connection to a fuel outlet of a fuel cell arrangement and a fan output for connection to a fuel inlet of the fuel cell arrangement and is designed to deliver an anode exhaust gas flow coming from the fuel outlet from the fan input to the fan output, and with a drive device for driving the delivery device. The recirculation apparatus furthermore comprises a collecting container, which is attached to the recirculation fan, for collecting water precipitated from the exhaust gas flow, wherein the collecting container has an inlet connection, which is connected to the delivery device so as to be fluidically conducting and through which water which is precipitated in the conveying device from the exhaust gas flow can be supplied to the collecting container, and an outlet connection, and a release valve which is connected to the outlet connection of the collecting container and is intended for releasing water from the collecting container.

Description

Beschreibung Description
Titel title
Brennstoffzellensystem und Rezirkulationsvorrichtung für einFuel cell system and recirculation device for a
Brennstoffzellensystem fuel cell system
Technisches Gebiet technical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Rezirkulationsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem. The present invention relates to a fuel cell system and a recirculation device for a fuel cell system.
Stand der Technik State of the art
Brennstoffzellen kommen zunehmend als Energiewandler, unter anderem auch in Fahrzeugen, zum Einsatz, um in einem Brennstoff, wie z.B. Wasserstoff, gespeicherte chemische Energie zusammen mit Sauerstoff direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Brennstoffzellen weisen typischerweise eine Anode, eine Kathode und eine zwischen Anode und Kathode angeordnete elektrolytische Membrane auf. An der Anode erfolgt eine Oxidation des Brennstoffs und an der Kathode eine Reduktion des Sauerstoffs. Dabei entsteht auf der Kathodenseite Wasser. Fuel cells are increasingly used as energy converters, including in vehicles, to convert chemical energy stored in a fuel, such as hydrogen, directly into electrical energy together with oxygen. Fuel cells typically have an anode, a cathode, and an electrolytic membrane positioned between the anode and the cathode. The fuel is oxidized at the anode and the oxygen is reduced at the cathode. This creates water on the cathode side.
Typischerweise wird der Anode von Brennstoffzellen kontinuierlich gasförmiger Brennstoff im Überschuss zugeführt, das heißt, mehr Brennstoff, als bei einer gegebenen Zufuhrmenge an Sauerstoff an die Kathode stöchiometrisch notwendig wäre. Der Brennstoffüberschuss wird in der Regel rezirkuliert bzw. der Anode erneut zugeführt. Da das auf der Kathodenseite in Folge der chemischen Reaktion entstehende Produktwasser unter Umständen auf die Anodenseite gelangt, kann in dem Brennstoffüberschuss Wasser enthalten sein, welches bei der Rezirkulation des Brennstoffüberschusses der Anode erneut zugeführt würde. Um eine übermäßige Ansammlung von Wasser an der Anode zu vermeiden, wird üblicherweise bei der Rezirkulation des Brennstoffü bersch usses eine Wasserabscheidung vorgenommen. Ferner ist es aus Effizienzgründen wünschenswert, das Wärmepotenzial des abgeschiedenen Wassers zu nutzen. Typically, the anode of fuel cells is continuously supplied with excess gaseous fuel, that is, more fuel than would be stoichiometrically necessary for a given amount of oxygen supplied to the cathode. The excess fuel is usually recirculated or fed back to the anode. Since the product water formed on the cathode side as a result of the chemical reaction may reach the anode side, the excess fuel may contain water which would be fed back to the anode when the excess fuel was recirculated. In order to avoid excessive accumulation of water at the anode, water separation is usually carried out when the excess fuel is recirculated. Furthermore, for reasons of efficiency, it is desirable to use the thermal potential of the separated water.
Die US 8323840 B2 offenbart vor diesem Hintergrund ein Brennstoffzellensystem mit einem in einem Rezirkulationspfad angeordneten Wasserabscheider. Ferner ist eine kombinierte Befeuchter-Wärmetauscher- Einheit vorgesehen, in welcher frischer, der Anodenseite zuzuführender Wasserstoff durch das aus dem Anodenabgas abgeschiedene Wasser befeuchtet und erwärmt wird. Das aus der Befeuchter-Wärmetauscher-Einheit kommende Wasser ferner wird zum Kühlen eines Rezirkulationsgebläses verwendet. Against this background, US Pat. No. 8,323,840 B2 discloses a fuel cell system with a water separator arranged in a recirculation path. Furthermore, a combined humidifier-heat exchanger unit is provided, in which fresh hydrogen to be supplied to the anode side is humidified and heated by the water separated from the anode waste gas. The water coming out of the humidifier heat exchanger unit is also used to cool a recirculation fan.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Erfindungsgemäß ist eine Rezirkulationsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgesehen. According to the invention, a recirculation device for a fuel cell system having the features of claim 1 and a fuel cell system having the features of claim 10 are provided.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Rezirkulationsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem ein Rezirkulationsgebläse mit einer Fördereinrichtung, welche einen Gebläseeingang zur Verbindung mit einem Brennstoffauslass einer Brennstoffzellenanordnung und einen Gebläseausgang zur Verbindung mit einem Brennstoffeinlass der Brennstoffzellenanordnung aufweist und dazu ausgebildet ist, einen vom Brennstoffauslass kommenden Anodenabgasstrom vom Gebläseeingang zum Gebläseausgang fördern, und einer Antriebseinrichtung zum Antrieb der Fördereinrichtung. Die Rezirkulationsvorrichtung umfasst ferner einen an dem Rezirkulationsgebläse angebrachten Sammelbehälter zum Sammeln von aus dem Abgasstrom abgeschiedenem Wasser, wobei der Sammelbehälter einen fluidisch leitend mit der Fördereinrichtung verbundenen Einlassanschluss, durch welchen dem Sammelbehälter Wasser, das in der Fördereinrichtung aus dem Abgasstrom abgeschieden wird, zuführbar ist, und einen Auslassanschluss aufweist, und ein mit dem Auslassanschluss des Sammelbehälters verbundenes Ablassventil zum Ablassen von Wasser aus dem Sammelbehälter. According to a first aspect of the invention, a recirculation device for a fuel cell system comprises a recirculation fan with a conveyor device which has a fan inlet for connection to a fuel outlet of a fuel cell arrangement and a fan outlet for connection to a fuel inlet of the fuel cell arrangement and is designed to pump an anode exhaust gas stream coming from the fuel outlet Encourage blower inlet to blower outlet, and a drive device for driving the conveyor. The recirculation device also includes a collection container attached to the recirculation fan for collecting water separated from the exhaust gas flow, the collection container having an inlet connection which is fluidically conductively connected to the delivery device and through which the collection container can be supplied with water that is separated from the exhaust gas flow in the delivery device. and an outlet port, and a drain valve connected to the outlet port of the sump for draining water from the sump.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Brennstoffeinlass und einem Brennstoffauslass, eine mit den Brennstoffeinlass verbundene Zufuhrleitung zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff, eine mit den Brennstoffauslass verbundene Abfuhrleitung zum Abführen von Anodenabgas und eine Rezirkulationsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung. Der Gebläseeingang der Fördereinrichtung des Rezirkulationsgebläses ist mit der Abfuhrleitung und der Gebläseausgang der Fördereinrichtung des Rezirkulationsgebläses ist mit der Zufuhrleitung verbunden. According to a second aspect of the invention, a fuel cell system comprises a fuel cell arrangement with at least one fuel cell, a fuel inlet and a fuel outlet, a supply line connected to the fuel inlet for supplying gaseous fuel, a discharge line connected to the fuel outlet for discharging anode exhaust gas and a recirculation device according to the first aspect of the invention. The fan inlet of the conveying device of the recirculation fan is connected to the discharge line and the fan outlet of the conveying device of the recirculation fan is connected to the supply line.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die Funktionsintegration der Rezirkulationsvorrichtung zu erhöhen, indem das Rezirkulationsgebläse, ein Sammelbehälter oder Sammeltank für das aus dem rezirkulierten Anodengas abgeschiedene Wasser und ein Ablassventil baulich und funktional zu einer Einheit zusammengefasst werden. Hierzu ist der Sammelbehälter an dem Rezirkulationsgebläse angebracht bzw. befestigt und die Fördereinrichtung ist fluidisch leitend mit dem Sammelbehälter verbunden. Somit kann Wasser, das in der Fördereinrichtung abgeschieden wird, direkt, z.B. durch Kanäle oder Bohrungen, auf kurzen Wegen dem Sammelbehälter zugeführt werden. Der Sammelbehälter kann z.B. an das Rezirkulationsgebläse angeflanscht sein. One idea underlying the invention is to increase the functional integration of the recirculation device by structurally and functionally combining the recirculation fan, a collection container or collection tank for the water separated from the recirculated anode gas and a drain valve into one unit. For this purpose, the collection container is attached or fastened to the recirculation fan and the conveying device is connected to the collection container in a fluidically conductive manner. In this way, water that is separated in the conveying device can be fed directly to the collection container over short distances, e.g. through channels or bores. The collection tank can be flanged to the recirculation fan, for example.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in dem kompakten Gesamtaufbau des Brennstoffzellensystems. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Anbringung des Sammelbehälters am Rezirkulationsgebläses die Masse und die Schwingungseigenschaften der Rezirkulationsvorrichtung verändert werden, wodurch Vibrationen stärker gedämpft werden. Ferner wird die Leitungsführung zur Zuführung des Wassers, das in der Fördereinrichtung abgeschieden wird, in den Sammelbehälter vereinfacht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung. One advantage of the invention lies in the compact overall structure of the fuel cell system. A further advantage is that by attaching the collection container to the recirculation fan, the mass and the vibration characteristics of the recirculation device are changed, as a result of which vibrations are dampened more. Furthermore, the line routing for supplying the water, which is separated in the conveying device, into the collection container is simplified. Advantageous refinements and developments result from the further dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Sammelbehälter einen Innenraum definiert, und wobei die Antriebseinrichtung eine Antriebseinheit, z.B. in Form eines Elektromotors, aufweist, welche in dem Innenraum des Sammelbehälters angeordnet ist. Die Antriebseinrichtung kann allgemein eine Antriebseinheit und ein Antriebsgehäuse aufweisen, wobei die Antriebseinheit in einem ersten Gehäuseabschnitt des Antriebsgehäuses angeordnet ist. Ein zweiter Gehäuseabschnitt kann z.B. einen Flanschabschnitt bilden, welcher mit der Fördereinrichtung, insbesondere einem Gehäuse der Fördereinrichtung, verbunden ist. Die Antriebseinheit bzw. der erste Gehäuseabschnitt mit der darin aufgenommenen Antriebseinheit kann insbesondere in dem Sammelbehälter gelegen bzw. von dem Sammelbehälter umschlossen sein. Dadurch wird eine weitere Geräuschreduktion erzielt und gleichzeitig die Kühlung der Antriebseinheit verbessert. According to some embodiments, provision can be made for the collection container to define an interior space, and for the drive device to have a drive unit, e.g. in the form of an electric motor, which is arranged in the interior space of the collection container. The drive device can generally have a drive unit and a drive housing, with the drive unit being arranged in a first housing section of the drive housing. A second housing section can, for example, form a flange section which is connected to the conveyor device, in particular a housing of the conveyor device. The drive unit or the first housing section with the drive unit accommodated therein can in particular be located in the collection container or surrounded by the collection container. This achieves a further reduction in noise and at the same time improves the cooling of the drive unit.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Fördereinrichtung ein Gehäuse und ein in einem Innenraum des Gehäuses um eine Drehachse rotierbares Laufrad aufweist, wobei das Gehäuse eine erste Bohrung aufweist, welche einen das Laufrad umgebenden Bereich des Innenraums des Gehäuses mit dem Einlassanschluss des Sammelbehälters verbindet. Beispielsweise kann die Fördereinrichtung als Seitenkanalverdichter oder in ähnlicher Weise ausgeführt sein. In dem Gehäuse der Fördereinrichtung kann allgemein ein Gasförderkanal, z.B. in Form eines stirnseitig zu dem Laufrad angeordneten, ringsegmentförmigen Kanals, und ein Sammelkanal zum Sammeln des durch die Rotation des Laufrads um die Drehachse abgeschiedenen Wassers vorgesehen sein. Der Sammelkanal, welcher sich entlang des Umfangs des Laufrads erstreckt, ist durch die Bohrung mit dem Einlassanschluss des Sammelbehälters verbunden. Somit wird eine interne Leitungsführung zwischen Fördereinrichtung und Sammelkanal realisiert, was günstig in Bezug auf den Bauraum und die Montage der Rezirkulationsvorrichtung ist. Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung ein Antriebsgehäuse aufweist, welches an dem Gehäuse der Fördereinrichtung befestigt ist, wobei das Antriebsgehäuse vorzugsweise eine zweite Bohrung aufweist, welche die erste Bohrung mit dem Einlassanschluss des Sammelbehälters verbindet. Wie oben bereits beispielhaft erläutert, kann das Antriebsgehäuse z.B. mit einem zweiten Gehäuseabschnitt oder Flanschabschnitt an dem Gehäuse der Fördereinrichtung angebracht sein. Optional können das Antriebsgehäuse und das Gehäuse der Fördereinrichtung entlang der Drehachse aneinander angrenzend angeordnet sein. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, einen durchgehenden Kanal zwischen dem Innenraum bzw. dem Sammelkanal des Gehäuses der Fördereinrichtung und dem Sammelbehälter durch die erste Bohrung, die im Gehäuse der Fördereinrichtung ausgebildet ist, und eine im Antriebsgehäuse ausgebildete zweite Bohrung zu realisieren. According to some embodiments, it can be provided that the delivery device has a housing and an impeller that can be rotated about an axis of rotation in an interior space of the housing, with the housing having a first bore that connects an area of the interior space of the housing that surrounds the impeller to the inlet connection of the collection container . For example, the conveying device can be designed as a side channel compressor or in a similar way. In the housing of the conveying device there can generally be a gas conveying duct, eg in the form of a ring-segment-shaped duct arranged on the front side of the impeller, and a collecting duct for collecting the water separated by the rotation of the impeller about the axis of rotation. The collecting channel, which extends along the circumference of the impeller, is connected to the inlet port of the collecting tank through the bore. Thus, an internal routing of the lines between the conveyor device and the collecting channel is realized, which is favorable with regard to the installation space and the assembly of the recirculation device. According to some embodiments, it can be provided that the drive device has a drive housing which is fastened to the housing of the delivery device, the drive housing preferably having a second bore which connects the first bore to the inlet connection of the collecting container. As already explained above by way of example, the drive housing can be attached to the housing of the conveyor device, for example with a second housing section or flange section. Optionally, the drive housing and the housing of the conveyor device can be arranged adjacent to one another along the axis of rotation. In this case, it can be advantageous to implement a continuous channel between the interior or the collecting channel of the housing of the delivery device and the collection container through the first bore, which is formed in the housing of the delivery device, and a second bore formed in the drive housing.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Sammelbehälter entlang der Drehachse benachbart zu dem Rezirkulationsgebläse angeordnet und an dem Gehäuse der Fördereinrichtung und/oder an dem Antriebsgehäuse befestigt ist. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung zwischen der Fördereinrichtung und dem Sammelbehälter angeordnet sein. Durch die Anordnung von Sammelbehälter und Rezirkulationsgebläse benachbart entlang der Drehachse ergibt sich vorteilhaft ein kompakter Aufbau, insbesondere in Bezug auf eine sich quer zur Drehachse erstreckende radiale Richtung. Die Anbringung an dem Gehäuse der Fördereinrichtung und/oder dem Antriebsgehäuse erleichtert die Montage. According to some embodiments, it can be provided that the collection container is arranged along the axis of rotation adjacent to the recirculation fan and is fastened to the housing of the delivery device and/or to the drive housing. For example, the drive device can be arranged between the conveyor device and the collection container. The arrangement of the collection container and the recirculation fan adjacently along the axis of rotation advantageously results in a compact structure, in particular in relation to a radial direction extending transversely to the axis of rotation. The attachment to the housing of the conveyor and / or the drive housing facilitates assembly.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Sammelbehälter als Wanne ausgebildet ist, welche mit einem eine Öffnung umgrenzenden Randbereich derart an dem Rezirkulationsgebläse angebracht ist, dass das Rezirkulationsgebläse die Öffnung abdeckt. Beispielsweise kann die Wanne eine kreisförmige oder rechteckförmige Öffnung aufweisen, welche dem Rezirkulationsgebläse zugewandt gelegen ist und z.B. durch das Antriebsgehäuse und/oder das Gehäuse der Fördereinrichtung abgedeckt ist. Beispielsweise kann der die Antriebseinheit aufnehmende erste Gehäuseabschnitt des Antriebsgehäuses durch die Öffnung in die Wanne hineinragen. Der Einlassanschluss des Sammelbehälters kann z.B. durch eine Öffnung des Antriebsgehäuses oder des Gehäuses der Fördereinrichtung ausgebildet sein, die innerhalb der Öffnung der Wanne angeordnet ist. Alternativ kann auch die Wanne bzw. eine Wandung des Behälters eine Ausnehmung aufweisen, die den Einlassanschluss bildet. Der Auslassanschluss des Behälters kann insbesondere durch eine Ausnehmung der Wanne bzw. einer Wandung des Behälters gebildet sein. According to some embodiments, it can be provided that the collection container is designed as a trough, which is attached to the recirculation fan with an edge region delimiting an opening in such a way that the recirculation fan covers the opening. For example, the trough can have a circular or rectangular opening which faces the recirculation fan and is covered, for example, by the drive housing and/or the housing of the conveying device. For example, the first housing section of the drive housing accommodating the drive unit can pass through the opening into the trough protrude. The inlet connection of the collection container can be formed, for example, through an opening in the drive housing or in the housing of the conveyor device, which is arranged inside the opening of the trough. Alternatively, the trough or a wall of the container can also have a recess that forms the inlet connection. The outlet connection of the container can be formed in particular by a recess in the trough or a wall of the container.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Rezirkulationsvorrichtung einen Füllstandssensor, welcher dazu eingerichtet ist, einen Füllstand des Behälters mit Flüssigkeit zu erfassen, und eine Steuerungsvorrichtung aufweist, welche mit dem Füllstandssensor verbunden und dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal auszugeben, wenn ein vorbestimmter Füllstand überschritten und/oder unterschritten wird. Optional kann die Steuerungsvorrichtung mit dem Ablassventil verbunden und dazu eingerichtet sein, das Steuersignal an das Ablassventil auszugeben, um dieses zu öffnen, z.B. wenn der vorbestimmte Füllstand überschritten wird, und zu schließen, z.B. wenn der vorbestimmte Füllstand unterschritten wird. According to some embodiments, it can be provided that the recirculation device has a fill level sensor, which is set up to detect a fill level of the container with liquid, and a control device, which is connected to the fill level sensor and set up to output a control signal when a predetermined fill level exceeded and/or fallen below. The control device can optionally be connected to the drain valve and set up to output the control signal to the drain valve in order to open it, e.g. if the predetermined level is exceeded, and to close it, e.g. if the level falls below the predetermined level.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Füllstandssensor als Ultraschallsensor ausgebildet ist, welcher in dem Behälter angeordnet ist. According to some embodiments, it can be provided that the filling level sensor is designed as an ultrasonic sensor, which is arranged in the container.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Füllstandssensor durch ein Mikrophon ausgebildet, welches dazu eingerichtet ist, ein vorbestimmtes Frequenzspektrum an akustischen Wellen, welches ein von dem Rezirkulationsgebläse erzeugtes Geräuschspektrum umfasst, zu erfassen, und wobei die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, basierend auf dem erfassten Frequenzspektrum den Füllstand zu ermitteln. According to some embodiments, it can be provided that the level sensor is formed by a microphone, which is set up to detect a predetermined frequency spectrum of acoustic waves, which includes a noise spectrum generated by the recirculation fan, and wherein the control device is set up based on the detected frequency spectrum to determine the fill level.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Rezirkulationsvorrichtung ein Purge-Ventil aufweist, welches mit dem Brennstoffauslass verbindbar und mit einem Purge-Anschluss des Behälters verbunden ist. Demnach kann dem Sammelbehälter zusätzlich zu dem abgeschiedenen Wasser Spülgas, das über den Brennstoffauslass von der Brennstoffzellenanordnung abgeführt wird, zugeführt werden. Somit wird die Funktionsintegration der Rezirkulationsvorrichtung weiter vergrößert. According to some embodiments, it can be provided that the recirculation device has a purge valve which can be connected to the fuel outlet and is connected to a purge connection of the container. Accordingly, in addition to the separated water, the collection container can be flushed with flushing gas that is discharged from the fuel outlet Fuel cell assembly is discharged, are supplied. The functional integration of the recirculation device is thus further increased.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen: The invention is explained below with reference to the figures of the drawings. From the figures show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Schaltbildes eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 1 shows a schematic representation of a hydraulic circuit diagram of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the invention; and
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Rezirkulationsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 shows a schematic sectional view of a recirculation device according to an exemplary embodiment of the invention.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. In the figures, the same reference symbols designate identical or functionally identical components, unless otherwise stated.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Brennstoffzellensystem 200. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, weist das Brennstoffzellensystem 200 eine Zufuhrleitung 201, eine Abfuhrleitung 202, eine Brennstoffzellenanordnung 210 und eine Rezirkulationsvorrichtung 100 auf. 1 schematically shows a fuel cell system 200. As shown schematically in FIG.
Die Brennstoffzellenanordnung 210 kann eine Vielzahl von zu einem Stack angeordneten Brennstoffzellen 213 aufweisen, wie dies in Fig. 1 beispielhaft gezeigt ist. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass lediglich eine Brennstoffzelle 213 vorgesehen ist. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, kann jede Brennstoffzelle 213 eine Anode 213A, eine Kathode 213B und einen dazwischen angeordneten Elektrolyten 213C, z.B. in Form einer Elektrolytmembrane aufweisen. The fuel cell arrangement 210 can have a multiplicity of fuel cells 213 arranged to form a stack, as is shown by way of example in FIG. 1 . In principle, however, it is also conceivable that only one fuel cell 213 is provided. As shown schematically in Fig. 1, each fuel cell 213 may have an anode 213A, a cathode 213B and an electrolyte 213C arranged therebetween, for example in the form of an electrolyte membrane.
Die Brennstoffzellenanordnung 210 weist ferner einen Brennstoffeinlass 211, über welchen der Anode 213 A gasförmiger Brennstoff, z.B. Wasserstoff oder Erdgas, zuführbar ist, und einen Brennstoffauslass 212 auf, über welchen unverbrauchter bzw. nicht reagierter Brennstoff von der Anode 213A abführbar ist. Unverbrauchter Brennstoff, welcher an dem Brennstoffauslass 212 abgeführt wird, kann auch als Brennstoffüberschuss oder Anodenabgas bezeichnet werden. The fuel cell arrangement 210 also has a fuel inlet 211, via which the anode 213A can be supplied with gaseous fuel, eg hydrogen or natural gas, and a fuel outlet 212, via which unused or unreacted fuel can be removed from the anode 213A. Unused fuel discharged at fuel outlet 212 can also be referred to as excess fuel or anode exhaust.
Weiterhin kann die Brennstoffzellenanordnung 210 einen Sauerstoffeinlass 221, über welchen der Kathode 213 B gasförmiger Sauerstoff, entweder als reiner Sauerstoff oder als in Umgebungsluft enthaltener Sauerstoff, zuführbar ist, und einen Produktauslass 222 aufweisen, über welchen unverbrauchter bzw. nicht reagierter Sauerstoff sowie chemische Reaktionsprodukte von der Kathode 213B abführbar sind. Bei der an der Kathode stattfindenden Reduktionsreaktion entsteht Wasser. Dieses wird größtenteils über den Produktauslass 222 abgeführt. Es kann jedoch Vorkommen, dass ein Teil dieses Wassers durch den Elektrolyten 213C zur Anode 213A gelangt und als Teil des Brennstoffüberschusses bzw. Anodenabgases abtransportiert wird. Furthermore, the fuel cell arrangement 210 can have an oxygen inlet 221, via which the cathode 213 B can be supplied with gaseous oxygen, either as pure oxygen or as oxygen contained in the ambient air, and a product outlet 222, via which unused or unreacted oxygen and chemical reaction products from of the cathode 213B can be discharged. Water is formed during the reduction reaction taking place at the cathode. Most of this is discharged via the product outlet 222 . However, it can happen that part of this water reaches the anode 213A through the electrolyte 213C and is transported away as part of the excess fuel or anode waste gas.
Die Zufuhrleitung 201 dient zum Zuführen des Brennstoffs an den Brennstoffeinlass 211. Dementsprechend ist die Zufuhrleitung 202 mit dem Brennstoffeinlass 211 verbunden. Ein Einlass der Zufuhrleitung 201 kann beispielsweise mit einem Brennstoff behälter oder -tank (nicht gezeigt) verbunden sein. The supply line 201 serves to supply the fuel to the fuel inlet 211. The supply line 202 is connected to the fuel inlet 211 accordingly. An inlet of the supply line 201 can, for example, be connected to a fuel container or tank (not shown).
Die Abfuhrleitung 202 dient zum Abführung des Anodenabgases vom Brennstoffauslass 212 und ist dementsprechend mit dem Brennstoffauslass 202 verbunden. The discharge line 202 is used to discharge the anode waste gas from the fuel outlet 212 and is accordingly connected to the fuel outlet 202 .
Die Rezirkulationsvorrichtung 100 ist in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt und dazu ausgebildet, das Anodenabgas zu rezirkulieren bzw. vom Brennstoffauslass 212 erneut dem Brennstoffeinlass 211 zuzuführen. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, weist die Rezirkulationsvorrichtung 100 ein Rezirkulationsgebläse 1, einen Sammelbehälter 2, ein Ablassventil 3 und ein optionales Purge-Ventil 6 auf. Weiter optional kann die Rezirkulationsvorrichtung 100 einen Füllstandssensor 4 (Fig. 2) und eine Steuerungsvorrichtung 5 (Fig. 2) aufweisen. The recirculation device 100 is shown only schematically in FIG. 1 and is designed to recirculate the anode waste gas or to feed it back from the fuel outlet 212 to the fuel inlet 211 . As shown schematically in FIG. 1 , the recirculation device 100 has a recirculation fan 1 , a collection container 2 , a drain valve 3 and an optional purge valve 6 . Further optionally, the recirculation device 100 can have a level sensor 4 (FIG. 2) and a control device 5 (FIG. 2).
Das Rezirkulationsgebläse 1 ist in Fig. 1 lediglich symbolisch dargestellt und umfasst eine Fördereinrichtung 10 und eine Antriebseinrichtung 13, welche kinematisch an die Fördereinrichtung 10 gekoppelt ist, um diese anzutreiben. Die Fördereinrichtung 10 weist einen Gebläseeingang 11 und einen Gebläseausgang 12 aus. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, ist der Gebläseeingang 11 mit der Abfuhrleitung 202 verbunden, und der Gebläseausgang 12 ist mit der Zufuhrleitung 201 verbunden. Die Fördereinrichtung 11, welche z.B. ein Laufrad oder Schaufelrad aufweisen kann, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird, ist durch die Antriebseinrichtung 13 antreibbar und dazu ausgebildet den vom Brennstoffauslass 212 kommenden Anodenabgasstrom vom Gebläseeingang 11 zum Gebläseausgang 12 und somit vom Brennstoffauslass 212 zurück zum Brennstoffeinlass 211 zu fördern. Die Antriebsvorrichtung 13 kann allgemein eine Antriebseinheit 135 (Fig. 2), z.B. in Form eines Elektromotors, aufweisen. The recirculation fan 1 is shown only symbolically in Fig. 1 and includes a conveyor 10 and a drive device 13, which is kinematically coupled to the conveyor 10 to drive it. The conveyor device 10 has a blower inlet 11 and a blower outlet 12 . As shown schematically in FIG. 1 , the fan inlet 11 is connected to the discharge line 202 and the fan outlet 12 is connected to the supply line 201 . The conveyor device 11, which can have an impeller or paddle wheel, for example, as will be explained in detail below, can be driven by the drive device 13 and is designed to transport the anode exhaust gas flow coming from the fuel outlet 212 from the fan inlet 11 to the fan outlet 12 and thus from the fuel outlet 212 back to the fuel inlet 211 to promote. The drive device 13 can generally have a drive unit 135 (FIG. 2), for example in the form of an electric motor.
Der Sammelbehälter 2 ist in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt und dient zur Aufnahme von Wasser, das aus dem Anodenabgas abgeschieden wird, z.B. in der Fördereinrichtung 10 und in einem optionalen Wasserabscheider (nicht gezeigt). Der Sammelbehälter 2 definiert ein Innenvolumen oder einen Innenraum zur Aufnahme des Wassers. Ferner weist der Sammelbehälter 2 zumindest einen Einlassanschluss 21, einen Auslassanschluss 22 und einen optionalen Purge-Anschluss 23 auf. Die Fördereinrichtung 10 ist derart fluidisch leitend mit dem Einlassanschluss 21 verbunden, dass dem Sammelbehälter 2 das Wasser, das in der Fördereinrichtung 10 aus dem Abgasstrom abgeschieden wird, durch den Einlassanschluss 21 zuführbar ist. Der Auslassanschluss 22 dient zum Ablassen von Wasser aus dem Sammelbehälter 2, z.B. wenn ein vorbestimmter Füllstand überschritten wird. The collection container 2 is shown only schematically in Fig. 1 and is used to hold water that is separated from the anode off-gas, e.g. in the conveyor 10 and in an optional water separator (not shown). The sump 2 defines an internal volume or interior space for containing the water. Furthermore, the collecting container 2 has at least one inlet connection 21 , one outlet connection 22 and an optional purge connection 23 . The delivery device 10 is fluidically connected to the inlet connection 21 in such a way that the water that is separated from the exhaust gas flow in the delivery device 10 can be fed to the collection container 2 through the inlet connection 21 . The outlet connection 22 is used to drain water from the collection container 2, e.g. when a predetermined filling level is exceeded.
Das Ablassventil 3 ist mit dem Auslassanschluss 22 verbunden und ist dazu ausgebildet, den Auslassanschluss 22 zu öffnen und zu schließen. The drain valve 3 is connected to the outlet port 22 and is configured to open and close the outlet port 22 .
Beispielsweise kann das Ablassventil als Magnetventil ausgebildet sein. Das optionale Purge-Ventil 6 ist mit dem optionalen Purge-Anschluss 23 des Behälters 2 sowie mit der Abfuhrleitung 202 bzw. dem Brennstoffauslass 212 verbunden. In einem geöffneten Zustand des Purge-Ventils 6 kann Spülgas in den Behälter 2 eingeleitet werden. Das Purge-Ventil 6 kann ebenfalls als Magnetventil ausgebildet sein. Wie in Fig. 1 rein schematisch gezeigt, sind das Rezirkulationsgebläse 1, der Sammelbehälter 2 sowie das Ablassventil 3 und das optionale Purge-Ventil 6 zu einer Einheit zusammengefasst. Insbesondere ist der Sammelbehälter 2 an dem Rezirkulationsgebläse 1 angebracht bzw. befestigt. Wie in Fig. 1 schematisch und lediglich beispielhaft gezeigt, kann die Antriebseinrichtung 13 ganz oder teilweise in dem Sammelbehälter 2 aufgenommen sein. Somit wird eine kompakte, in funktionaler Hinsicht hochintegrierte Vorrichtung 100 geschaffen und das Wasser- und Abgasmanagement des Brennstoffzellensystems 200 wird vereinfacht. For example, the drain valve can be designed as a solenoid valve. The optional purge valve 6 is connected to the optional purge connection 23 of the container 2 and to the discharge line 202 or the fuel outlet 212 . Purge gas can be introduced into the container 2 when the purge valve 6 is in an open state. The purge valve 6 can also be designed as a solenoid valve. As shown purely schematically in FIG. 1, the recirculation fan 1, the collection container 2 and the drain valve 3 and the optional purge valve 6 are combined into one unit. In particular, the collection container 2 is attached to the recirculation fan 1 . As shown schematically in FIG. 1 and only by way of example, the drive device 13 can be accommodated in the collection container 2 in whole or in part. A compact device 100 that is highly integrated in functional terms is thus created and the water and exhaust gas management of the fuel cell system 200 is simplified.
Fig. 2 zeigt beispielhaft und in schematischer Weise eine Rezirkulationsvorrichtung 100, wie sie z.B. in dem in Fig. 1 gezeigten Brennstoffzellensystem 200 eingesetzt werden kann. 2 shows, by way of example and in a schematic manner, a recirculation device 100 as can be used, for example, in the fuel cell system 200 shown in FIG.
Wie in Fig. 2 beispielhaft gezeigt, kann die Fördereinrichtung 10 beispielsweise ein Fördergehäuse 110 und ein Laufrad 120 aufweisen. Das Fördergehäuse 110 definiert allgemein einen Innenraum, in welchem das Laufrad 120 um eine Drehachse Al drehbar gelagert ist. Eine radiale Richtung RI erstreckt sich quer zur Drehachse Al. In Fig. 2 ist rein beispielhaft gezeigt, dass das Fördergehäuse 110 aus einem ersten Gehäuseteil 110A und einem an diesem befestigten zweiten Gehäuseteil HOB ausgebildet ist, wobei das erste und das zweite Gehäuseteil 110A, 110B gemeinsam den Innenraum definieren. Das erste und das zweite Gehäuseteil H0A, HOB sind entlang der Drehachse Al aneinander angrenzend angeordnet. As shown by way of example in FIG. 2 , the conveyor device 10 can have a conveyor housing 110 and an impeller 120 , for example. The conveyor housing 110 generally defines an interior space in which the impeller 120 is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation A1. A radial direction RI extends transversely to the axis of rotation Al. 2 shows, purely by way of example, that the conveyor housing 110 is formed from a first housing part 110A and a second housing part HOB attached thereto, with the first and second housing parts 110A, 110B jointly defining the interior. The first and the second housing part H0A, HOB are arranged adjacent to one another along the axis of rotation A1.
Bei der in Fig. 2 beispielhaft gezeigten Rezirkulationsvorrichtung 100 ist die Fördereinrichtung 10 als Seitenkanalverdichter realisier. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die Fördereinrichtung 10 auch als Radialverdichter oder dergleichen realisiert werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Fördereinrichtung 10 einen Seitenkanal 115 aufweisen, welcher in dem Gehäuse HO ausgebildet ist und sich ringsegmentförmig um die Drehachse Al herum erstreckt. Der Gebläseeinlass 11 und der Gebläseauslass 12 sind dabei, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, an entgegengesetzten Enden des Seitenkanals 115 angeordnet. Optional kann sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Gehäuseteil H0A, HOB jeweils ein Seitenkanal 115A, 115B ausgebildet sein. Die Seitenkanäle 115A, 115B sind dabei einander gegenüberliegend angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt. In the case of the recirculation device 100 shown by way of example in FIG. 2, the conveying device 10 is implemented as a side channel compressor. However, the invention is not limited to this. For example, the conveying device 10 can also be implemented as a radial compressor or the like. As shown in FIG. 2, the conveyor device 10 can have a side channel 115 which is formed in the housing HO and extends in the form of a ring segment around the axis of rotation A1. The blower inlet 11 and the blower outlet 12 are arranged at opposite ends of the side channel 115 , as shown schematically in FIG. 2 . Optionally, a side channel 115A, 115B be trained. The side channels 115A, 115B are arranged opposite one another, as shown in FIG.
Das Laufrad 120 ist kreisförmige ausgebildet und weist entlang seines Umfangs eine Vielzahl von Schaufeln 121 auf. Wie bereits erwähnt, ist das Laufrad 120 um die Drehachse Al drehbar gelagert, z.B. mithilfe eines Drehlagers 122, welches an dem ersten Gehäuseteil 110A angebracht ist, wie in Fig. 2 beispielhaft gezeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt, können im Falle der Realisierung der Fördereinrichtung 10 als Seitenkanalverdichter die Schaufeln 121 in Bezug auf die radiale Richtung RI innerhalb der Seitenkanäle 115 und in Bezug auf eine sich parallel zur Drehachse Al erstreckende axiale Richtung zwischen den Seitenkanälen 115 angeordnet sein. The impeller 120 is circular and has a plurality of blades 121 along its circumference. As already mentioned, the impeller 120 is mounted so as to be rotatable about the axis of rotation A1, e.g. As shown in Fig. 2, if the delivery device 10 is implemented as a side channel compressor, the blades 121 can be arranged within the side channels 115 in relation to the radial direction RI and between the side channels 115 in relation to an axial direction extending parallel to the axis of rotation Al .
Unabhängig von der konkreten Gestaltung der Fördereinrichtung 10 als Seitenkanalverdichter kann in einem das Laufrad 120 umgebenden Bereich des Fördergehäuses 110 ein Sammelkanal 125 ausgebildet sein, welcher sich insbesondere entlang des Umfangs des Laufrads 120 erstrecken kann, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt. Wenn das Laufrad 120 um die Drehachse Al rotiert, wird das im Anodenabgas enthaltene Wasser aufgrund der Fliehkraftwirkung radial nach außen transportiert und sammelt sich im Sammelkanal 125, von wo aus es in den Sammelbehälter 2 geleitet werden kann, wie nachfolgend noch erläutert wird. Irrespective of the specific design of the conveyor device 10 as a side channel compressor, a collecting channel 125 can be formed in a region of the conveyor housing 110 surrounding the impeller 120, which can extend in particular along the circumference of the impeller 120, as shown schematically in FIG. When the impeller 120 rotates about the axis of rotation A1, the water contained in the anode exhaust gas is transported radially outwards due to the centrifugal force and collects in the collection channel 125, from where it can be directed into the collection container 2, as will be explained below.
Die Antriebseinrichtung 13 weist eine Antriebseinheit 135, z.B. einen Elektromotor, und ein Antriebsgehäuse 130 auf. Das Antriebsgehäuse 130 kann z.B. einen ersten Gehäuseabschnitt 130A aufweisen, welcher einen Innenraum definiert, in dem die Antriebseinheit 135 aufgenommen ist, und einen zweiten Gehäuseabschnitt 130B. Wie in Fig. 2 schematisch gezeigt, kann der erste Gehäuseabschnitt 130A z.B. zylinderförmig ausgebildet sein. Optional kann der erste Gehäuseabschnitt 130A an einer Außenfläche Kühlrippen 130C aufweisen, wie in Fig. 2 rein beispielhaft dargestellt. Der zweite Gehäuseabschnitt 130B kann beispielsweise im wesentlichen Plattenförmig ausgebildet sein und sich quer zum ersten Gehäuseabschnitt 130A erstrecken, wie in Fig. 2 gezeigt. Ein Anschlusskanal 130D, durch welchen z.B. elektrische Anschlussleitungen (nicht gezeigt) in den Innenraum des ersten Gehäuseabschnitts 130A einführbar sind, kann beispielsweise in dem zweiten Gehäuseabschnitt 130B ausgebildet sein. The drive device 13 has a drive unit 135 , for example an electric motor, and a drive housing 130 . The drive housing 130 may include, for example, a first housing portion 130A defining an interior space in which the drive unit 135 is accommodated, and a second housing portion 130B. As shown schematically in FIG. 2, the first housing section 130A can be configured, for example, in the shape of a cylinder. Optionally, the first housing section 130A can have cooling ribs 130C on an outer surface, as shown purely by way of example in FIG. 2 . The second housing section 130B can be formed, for example, in a substantially plate shape and extend transversely to the first housing section 130A, as shown in FIG. 2 . A connection channel 130D, through which, for example, electrical connection lines (not shown) can be inserted into the interior of the first housing section 130A can be formed, for example, in the second housing section 130B.
Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, kann die Antriebseinheit 135 koaxial zum Laufrad 120 angeordnet sein. Wie in Fig. 2 weiterhin gezeigt, kann der zweite Gehäuseabschnitt 130B des Antriebsgehäuses 130 an dem Fördergehäuse 110, insbesondere an dem zweiten Gehäuseteil HOB des Fördergehäuses 110 angebracht bzw. befestigt sein. Beispielsweise können das Antriebsgehäuses 130 und das Fördergehäuse 110 verschraubt sein (nicht dargestellt). Allgemein kann die Antriebsvorrichtung 13 somit entlang der Drehachse Al benachbart zu der Fördereinrichtung 10 angeordnet sein. As shown schematically in FIG. 2 , the drive unit 135 can be arranged coaxially with the impeller 120 . As also shown in FIG. 2 , the second housing section 130B of the drive housing 130 can be attached or fastened to the conveyor housing 110 , in particular to the second housing part HOB of the conveyor housing 110 . For example, the drive housing 130 and the conveyor housing 110 can be screwed together (not shown). In general, the drive device 13 can thus be arranged adjacent to the conveyor device 10 along the axis of rotation A1.
Die Antriebseinheit 135 ist kinematisch an das Laufrad 120 gekoppelt, um dieses um die Drehachse Al zu rotieren. Beispielsweise kann eine Rotorwelle (nicht gezeigt) der Antriebseinheit 135 mit dem Laufrad 120 verbunden sein. Alternativ können das Laufrad 120 und die Rotorwelle beispielsweise auch über Magnetpaare aneinander gekoppelt sein, wobei jeweils ein Magnet oder eine magnetisierbare Struktur mit der Rotorwelle und ein Magnet oder eine magnetisierbare Struktur mit dem Laufrad 120 verbunden ist. The drive unit 135 is kinematically coupled to the impeller 120 in order to rotate it about the axis of rotation A1. For example, a rotor shaft (not shown) of drive unit 135 may be connected to impeller 120 . Alternatively, the impeller 120 and the rotor shaft can also be coupled to one another, for example via pairs of magnets, one magnet or a magnetizable structure being connected to the rotor shaft and one magnet or a magnetizable structure to the impeller 120 .
Der Sammelbehälter 2 kann beispielsweise als Wanne 2A ausgeführt sein, wie dies in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Hierbei kann der Sammelbehälter 2A z.B. einen Boden 2D und eine sich von diesem aus erstreckende, geschlossene Umfangswandung 2E aufweisen. An einem abgewandt von dem Boden 2D gelegenen Ende umgrenzt die Umfangswandung 2E bzw. ein Randbereich 2C der Wanne 2A eine Öffnung 2B. Somit definiert die Wanne 2A einen einseitig offenen Innenraum 20. Allgemein kann der Sammelbehälter 2 einen Innenraum bzw. ein Innenvolumen 20 definieren. Wie in Fig. 2 gezeigt, können der Auslassanschluss 22 und der Purge-Anschluss 23 z.B. als Bohrungen ausgeführt sein. Der Auslassanschluss 22 kann z.B. im Boden 2D ausgebildet sein. Der Purge-Anschluss kann z.B. in der Umfangswandung 2E, insbesondere im Bereich des abgewandt von dem Boden 2D gelegenen Endes der Umfangswandung 2E angeordnet sein. Wie in Fig. 2 weiterhin dargestellt, kann der Sammelbehälter 2 z.B. mit dem die Öffnung 2B umgrenzenden Randbereich 2C an dem Antriebsgehäuse 130, insbesondere dem zweiten Gehäuseabschnitt 130B anliegend angeordnet sein. Beispielsweise können das Antriebsgehäuse 130 und der Sammelbehälter 2 miteinander verschraubt sein (nicht gezeigt). Alternativ oder zusätzlich kann der Sammelbehälter 2 auch an dem Fördergehäuse 110 befestigt sein. Allgemein kann der Sammelbehälter 2 somit entlang der Drehachse Al benachbart zu dem Rezirkulationsgebläse 1 angeordnet sein. Grundsätzlich sind auch andere Anbaupositionen der Wanne 2A denkbar. Allgemein ist die Wanne 2A derart angeordnet, dass das Rezirkulationsgebläse 1 die Öffnung 2B abdeckt bzw. das Rezirkulationsgebläse 1 und die Wanne 2A gemeinsam den Innenraum 20 begrenzen. The collection container 2 can be designed, for example, as a trough 2A, as is shown schematically in FIG. Here, the collection container 2A can have, for example, a base 2D and a closed peripheral wall 2E extending from this. At an end remote from the base 2D, the peripheral wall 2E or an edge region 2C of the trough 2A delimits an opening 2B. The trough 2A thus defines an interior space 20 which is open on one side. In general, the collection container 2 can define an interior space or an interior volume 20 . As shown in FIG. 2, the outlet connection 22 and the purge connection 23 can be designed as bores, for example. The outlet port 22 may be formed in the bottom 2D, for example. The purge connection can be arranged, for example, in the peripheral wall 2E, in particular in the region of the end of the peripheral wall 2E that faces away from the base 2D. As also shown in FIG. 2, the collection container 2 can be arranged, for example with the edge region 2C surrounding the opening 2B, lying against the drive housing 130, in particular the second housing section 130B. For example, the drive housing 130 and the collection container 2 can be screwed together (not shown). Alternatively or additionally, the collection container 2 can also be attached to the conveyor housing 110 . In general, the collection container 2 can thus be arranged adjacent to the recirculation fan 1 along the axis of rotation A1. In principle, other mounting positions of the trough 2A are also conceivable. In general, the trough 2A is arranged in such a way that the recirculation fan 1 covers the opening 2B or the recirculation fan 1 and the trough 2A jointly delimit the interior space 20 .
Wie in Fig. 2 weiterhin gezeigt, kann die Antriebseinheit 135 bzw. der diese umgebende erste Gehäuseabschnitt 130A des Antriebsgehäuses 130 in dem Innenraum 20 angeordnet sein. Somit wird die Antriebseinheit 135 vollständig von der Umgebung außerhalb der Rezirkulationsvorrichtung 100 abgekapselt, was vorteilhaft eine Geräuschreduktion bewirkt. As also shown in FIG. 2 , the drive unit 135 or the first housing section 130A of the drive housing 130 surrounding it can be arranged in the interior space 20 . The drive unit 135 is thus completely encapsulated from the environment outside of the recirculation device 100, which advantageously brings about a noise reduction.
Wie in Fig. 2 außerdem erkennbar ist, ist der Sammelkanal 125 des Fördergehäuses 110 durch eine erste Bohrung 111, die in dem Fördergehäuse 110 ausgebildet ist, und eine zweite Bohrung 131, die in dem Antriebsgehäuse 130, insbesondere dem zweiten Gehäuseabschnitt 130B des Antriebsgehäuses 130 ausgebildet ist, mit dem Innenraum 20 des Sammelbehälters 2 verbunden. Die durch die Bohrung 111, 131 im Antriebsgehäuse 130 ausgebildete Öffnung bildet somit den Einlassanschluss 21 des Sammelbehälters 2. Da die Antriebseinheit 135 bzw. der diese umgebende erste Gehäuseabschnitt 130A des Antriebsgehäuses 130 in dem Innenraum 20 angeordnet ist, kann durch das aus der Fördereinrichtung 10 abgeführte, abgeschiedene Wasser vorteilhaft eine Kühlung der Antriebseinrichtung 13 erfolgen. As can also be seen in Fig. 2, the collecting channel 125 of the conveyor housing 110 is formed by a first bore 111, which is formed in the conveyor housing 110, and a second bore 131, which is formed in the drive housing 130, in particular the second housing section 130B of the drive housing 130 is formed, connected to the interior 20 of the collecting container 2 . The opening formed by the bore 111, 131 in the drive housing 130 thus forms the inlet connection 21 of the collection container 2. Since the drive unit 135 or the first housing section 130A of the drive housing 130 surrounding it is arranged in the interior 20, the discharged, separated water advantageously carried out a cooling of the drive device 13.
Der Füllstandssensor 4 ist signalleitend, z.B. über einen Datenbus oder eine drahtlose Verbindung wie Wi Fi, mit der Steuerungsvorrichtung 5 verbunden. Die Steuerungsvorrichtung 5 ist als elektronische Steuerungsvorrichtung ausgebildet, z.B. mit einem Prozessor und einem Datenspeicher. Ferner ist die Steuerungsvorrichtung 5 dazu ausgebildet, basierend auf elektrischen und/oder elektromagnetischen Eingangssignalen elektrische und/oder elektromagnetische Ausgangssignale zu erzeugen und auszugeben. The filling level sensor 4 is connected to the control device 5 in a signal-conducting manner, for example via a data bus or a wireless connection such as Wi-Fi. The control device 5 is designed as an electronic control device, for example with a processor and a data memory. Furthermore, the Control device 5 designed to generate and output electrical and/or electromagnetic output signals based on electrical and/or electromagnetic input signals.
Der Füllstandssensor 4 ist allgemein dazu eingerichtet, einen Füllstand des Sammelbehälters 2 mit Flüssigkeit zu erfassen. Beispielsweise kann der Füllstandssensor 4, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, durch ein Mikrophon 4A ausgebildet sein, welches in der Umgebung der Einheit aus Rezirkulationsgebläse 1 und Sammelbehälter 2 angeordnet ist. Das Mikrophon ist dazu eingerichtet, ein vorbestimmtes Frequenzspektrum an akustischen Wellen zu erfassen, welches ein von dem Rezirkulationsgebläse 1 erzeugtes bzw. emittiertes Geräuschspektrum umfasst. Das vom Mikrophon 4A erfasste Frequenzspektrum kann mithilfe der Steuerungsvorrichtung 5 ausgewertet werden, z.B. indem diese das erfasste Spektrum mit einem Referenzspektrum vergleicht, um basierend auf dem erfassten Frequenzspektrum den Füllstand zu ermitteln. Beispielsweise kann mit steigendem Füllstand eine Frequenzverschiebung hin zu niedrigeren Frequenzen auftreten. The fill level sensor 4 is generally set up to detect a fill level of the collection container 2 with liquid. For example, as shown schematically in FIG. 2, the filling level sensor 4 can be in the form of a microphone 4A, which is arranged in the vicinity of the unit made up of the recirculation fan 1 and the collection container 2. The microphone is set up to capture a predetermined frequency spectrum of acoustic waves, which includes a noise spectrum generated or emitted by the recirculation fan 1 . The frequency spectrum recorded by the microphone 4A can be evaluated using the control device 5, e.g. by comparing the recorded spectrum with a reference spectrum in order to determine the fill level based on the recorded frequency spectrum. For example, a frequency shift towards lower frequencies can occur as the fill level increases.
Alternativ kann der Füllstandssensor 4 auch als Ultraschallsensor ausgebildet sein, welcher an den Innenraum 20 des Sammelbehälters 2 gekoppelt ist. Alternatively, the filling level sensor 4 can also be designed as an ultrasonic sensor which is coupled to the interior 20 of the collection container 2 .
Die Steuerungsvorrichtung 5 kann ferner mit dem Ablassventil 4 signalleitend verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungsvorrichtung 5 signalleitend mit dem Purge-Ventil 6 signalleitend verbunden sein, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Allgemein kann die Steuerungsvorrichtung 5 dazu eingerichtet sein, ein Steuersignal auszugeben, z.B. wenn ein vorbestimmter Füllstand überschritten und/oder unterschritten wird. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung 5 an das Ablassventil 3 ein erstes Steuersignal ausgeben, um dieses öffnen, wenn ein erster Füllstand überschritten wird, und ein zweites Steuersignal, um das Ablassventil 3 zu schließen, wenn ein zweiter Füllstand, der kleiner als der erste Füllstand ist, unterschritten wird. The control device 5 can also be connected to the drain valve 4 in a signal-conducting manner. Alternatively or additionally, the control device 5 can be connected to the purge valve 6 in a signal-conducting manner, as is shown in FIG. 2 . In general, the control device 5 can be set up to output a control signal, e.g. if a predetermined fill level is exceeded and/or fallen below. For example, the control device 5 can output a first control signal to the drain valve 3 in order to open it when a first filling level is exceeded, and a second control signal in order to close the drain valve 3 when a second filling level that is lower than the first filling level is undercut.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar. Although the present invention has been explained above by means of exemplary embodiments, it is not based thereon limited, but can be modified in many ways. In particular, combinations of the above exemplary embodiments are also conceivable.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Rezirkulationsvorrichtung (100) für ein Brennstoffzellensystem (200), aufweisend: ein Rezirkulationsgebläse (1) mit einer Fördereinrichtung (10), welche einen Gebläseeingang (11) zur Verbindung mit einem Brennstoffauslass (212) einer Brennstoffzellenanordnung (210) und einen Gebläseausgang (12) zur Verbindung mit einem Brennstoffeinlass (211) der Brennstoffzellenanordnung (210) aufweist und dazu ausgebildet ist, einen vom Brennstoffauslass (212) kommenden Anodenabgasstrom vom Gebläseeingang (11) zum Gebläseausgang (12) fördern, und einer Antriebseinrichtung (13) zum Antrieb der Fördereinrichtung (10); einen an dem Rezirkulationsgebläse (1) angebrachten Sammelbehälter (2) zum Sammeln von aus dem Abgasstrom abgeschiedenem Wasser, wobei der Sammelbehälter (2) einen fluidisch leitend mit der Fördereinrichtung (10) verbundenen Einlassanschluss (21), durch welchen dem Sammelbehälter (2) Wasser, das in der Fördereinrichtung (10) aus dem Abgasstrom abgeschieden wird, zuführbar ist, und einen Auslassanschluss (22) aufweist; und ein mit dem Auslassanschluss (22) des Sammelbehälters (2) verbundenes Ablassventil (3) zum Ablassen von Wasser aus dem Sammelbehälter (2). 1. Recirculation device (100) for a fuel cell system (200), comprising: a recirculation fan (1) with a conveyor (10) which has a fan inlet (11) for connection to a fuel outlet (212) of a fuel cell arrangement (210) and a fan outlet ( 12) for connection to a fuel inlet (211) of the fuel cell arrangement (210) and is designed to convey an anode waste gas flow coming from the fuel outlet (212) from the fan inlet (11) to the fan outlet (12), and a drive device (13) for driving the conveyor (10); a collection container (2) attached to the recirculation fan (1) for collecting water separated from the exhaust gas flow, the collection container (2) having an inlet connection (21) which is fluidically conductively connected to the conveying device (10) and through which the collection container (2) receives water , which is separated from the exhaust gas stream in the conveyor (10), can be fed and has an outlet connection (22); and a drain valve (3) connected to the outlet port (22) of the sump (2) for draining water from the sump (2).
2. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Sammelbehälter (2) einen Innenraum (20) definiert, und wobei die Antriebseinrichtung (13) eine Antriebseinheit (135), insbesondere in Form eines Elektromotors, aufweist, welche in dem Innenraum (20) des Sammelbehälters (2) angeordnet ist. 2. Recirculation device (100) according to claim 1, wherein the collection container (2) defines an interior space (20), and wherein the drive device (13) has a drive unit (135), in particular in the form of an electric motor, which is located in the interior space (20 ) of the collection container (2) is arranged.
3. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fördereinrichtung (10) ein Gehäuse (110) und ein in einem Innenraum des Gehäuses (110) um eine Drehachse (Al) rotierbares Laufrad (120) aufweist, wobei das Gehäuse (110) eine erste Bohrung (111) aufweist, welche einen das Laufrad (120) umgebenden Bereich des Innenraums des Gehäuses (110) mit dem Einlassanschluss (21) des Sammelbehälters (2) verbindet. 3. Recirculation device (100) according to claim 1 or 2, wherein the conveying device (10) has a housing (110) and an impeller (120) which can be rotated about an axis of rotation (Al) in an interior space of the housing (110). wherein the housing (110) has a first bore (111) which connects an area of the interior of the housing (110) surrounding the impeller (120) to the inlet connection (21) of the collecting container (2).
4. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Antriebseinrichtung (13) ein Antriebsgehäuse (130) aufweist, welches an dem Gehäuse (110) der Fördereinrichtung (10) befestigt ist, und wobei das Antriebsgehäuse (130) vorzugsweise eine zweite Bohrung (131) aufweist, welche die erste Bohrung (111) mit dem Einlassanschluss (21) des Sammelbehälters (2) verbindet. 4. Recirculation device (100) according to claim 3, wherein the drive device (13) has a drive housing (130) which is attached to the housing (110) of the conveyor device (10), and wherein the drive housing (130) preferably has a second bore ( 131) which connects the first bore (111) to the inlet connection (21) of the collecting container (2).
5. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Sammelbehälter (2) entlang der Drehachse (Al) benachbart zu dem Rezirkulationsgebläse (1) angeordnet und an dem Gehäuse (110) der Fördereinrichtung (10) und/oder an dem Antriebsgehäuse (130) befestigt ist. 5. Recirculation device (100) according to claim 3 or 4, wherein the collection container (2) is arranged along the axis of rotation (A1) adjacent to the recirculation fan (1) and on the housing (110) of the conveyor device (10) and/or on the drive housing (130) is attached.
6. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Sammelbehälter (2) als Wanne (2A) ausgebildet ist, welche mit einem eine Öffnung (2B) umgrenzenden Randbereich (2C) derart an dem Rezirkulationsgebläse (1) angebracht ist, dass das Rezirkulationsgebläse (1) die Öffnung (2B) abdeckt. 6. Recirculation device (100) according to one of the preceding claims, wherein the collection container (2) is designed as a trough (2A) which is attached to the recirculation fan (1) with an edge region (2C) surrounding an opening (2B) in such a way that the recirculation fan (1) covers the opening (2B).
7. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend: einen Füllstandssensor (4), welcher dazu eingerichtet ist, einen Füllstand des Behälters (2) mit Flüssigkeit zu erfassen; und eine Steuerungsvorrichtung (5), welche mit dem Füllstandssensor (4) verbunden und dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal auszugeben, wenn ein vorbestimmter Füllstand überschritten und/oder unterschritten wird. 7. recirculation device (100) according to any one of the preceding claims, additionally comprising: a fill level sensor (4), which is set up to detect a fill level of the container (2) with liquid; and a control device (5) which is connected to the filling level sensor (4) and is set up to output a control signal when a predetermined filling level is exceeded and/or fallen below.
8. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei der Füllstandssensor (4) als Ultraschallsensor ausgebildet ist, welcher in dem Behälter (2) angeordnet ist, oder wobei der Füllstandssensor (4) durch ein Mikrophon (4A) ausgebildet, welches dazu eingerichtet ist, ein vorbestimmtes Frequenzspektrum an akustischen Wellen, welches ein von dem Rezirkulationsgebläse (1) erzeugtes Geräuschspektrum umfasst, zu erfassen, und wobei die Steuerungsvorrichtung (5) dazu eingerichtet ist, basierend auf dem erfassten Frequenzspektrum den Füllstand zu ermitteln. 8. recirculation device (100) according to claim 7, wherein the level sensor (4) is designed as an ultrasonic sensor, which is arranged in the container (2), or wherein the level sensor (4) by a Microphone (4A) configured to detect a predetermined frequency spectrum of acoustic waves, which includes a noise spectrum generated by the recirculation fan (1), and wherein the control device (5) is configured to, based on the detected frequency spectrum to determine the fill level.
9. Rezirkulationsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend: ein Purge-Ventil (6), welches mit dem Brennstoffauslass (212) verbindbar und mit einem Purge-Anschluss (23) des Behälters (2) verbunden ist. 9. Recirculation device (100) according to one of the preceding claims, additionally comprising: a purge valve (6) which can be connected to the fuel outlet (212) and to a purge connection (23) of the container (2).
10. Brennstoffzellensystem (200), mit: einer Brennstoffzellenanordnung (210) mit zumindest einer Brennstoffzelle (213), einem Brennstoffeinlass (211) und einem Brennstoffauslass (212); einer mit den Brennstoffeinlass (211) verbundenen Zufuhrleitung (201) zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff; einer mit den Brennstoffauslass (212) verbundenen Abfuhrleitung (202) zum Abführen von Anodenabgas; und einer Rezirkulationsvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche; wobei der Gebläseeingang (12) der Fördereinrichtung (10) des Rezirkulationsgebläses (2) mit der Abfuhrleitung (202) und der Gebläseausgang (22) der Fördereinrichtung (20) des Rezirkulationsgebläses (2) mit der Zufuhrleitung (202) verbunden ist. A fuel cell system (200), comprising: a fuel cell assembly (210) having at least one fuel cell (213), a fuel inlet (211) and a fuel outlet (212); a supply line (201) connected to the fuel inlet (211) for supplying gaseous fuel; a discharge line (202) connected to the fuel outlet (212) for discharging anode off-gas; and a recirculation device (100) according to any one of the preceding claims; the fan inlet (12) of the delivery device (10) of the recirculation fan (2) being connected to the discharge line (202) and the fan outlet (22) of the delivery device (20) of the recirculation fan (2) being connected to the supply line (202).
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