• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Es ist ein Brennstoffzellensystem offenbart, das einen Anodenabfluss von einem Brennstoffzellenstapel an die Anodenseite eines anderen Brennstoffzellenstapels führt, um nicht verbrauchten Wasserstoff bei der Erzeugung von Elektrizität zu verbrauchen. Das Führen des Anodenabflusses von einem Brennstoffzellenstapel zu einem anderen wird dadurch erreicht, dass Durchflusswege vorgesehen werden, die die Anodenseiten der verschiedenen Brennstoffzellestapel miteinander verbinden. Die Durchflusswege enthalten Ventile, die dazu dienen, einen Durchfluss durch die verschiedenen Durchflusswege nach Bedarf selektiv zu blockieren. Optional dazu können die Durchflusswege ohne jegliche Ventile betrieben werden. Es sind auch Verfahren zum Betrieb derartiger Brennstoffzellensysteme offenbart.A fuel cell system is disclosed that directs anode drain from one fuel cell stack to the anode side of another fuel cell stack to consume unused hydrogen in the generation of electricity. Guiding the anode drain from one fuel cell stack to another is achieved in that flow paths are provided which connect the anode sides of the various fuel cell stacks to one another. The flow paths include valves that serve to selectively block flow through the various flow paths as needed. Optionally, the flow paths can be operated without any valves. Methods for operating such fuel cell systems are also disclosed.
    公开号:DE102004008703A1
    申请号:DE102004008703
    申请日:2004-02-23
    公开日:2004-09-16
    发明作者:Robert Schäfer
    申请人:Motors Liquidation Co；
    IPC主号:H01M8-02
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betrifftallgemein Brennstoffzellensysteme und insbesondere eine Rezirkulierungvon Anodenabfluss in einem Brennstoffzellensystem.The present invention relates togenerally fuel cell systems and in particular recirculationof anode runoff in a fuel cell system.
    [0002] H2-O2- (Luft) -Brennstoffzellen sind in der Technikgut bekannt und sind fürviele Anwendungen als Energie- bzw. Antriebsquelle vorgeschlagenworden. Es existieren verschiedene Typen von H2-O2-Brennstoffzellenbeispielsweise vom sauren Typ, alkalischen Typ, Typ mit geschmolzenemCarbonat und Festoxidtyp. Sogenannte PEM-Brennstoffzellen (Brennstoffzellen mitProtonenaustauschmembran) (auch bekannt als SPE-Brennstoffzellen (Brennstoffzellenmit Festpolymerelektrolyt)) sind vom sauren Typ, besitzen potentielleine hohe Leistung und ein niedriges Gewicht und sind demgemäß für mobileAnwendungen (beispielsweise Elektrofahrzeuge) geeignet. PEM-Brennstoffzellensind in der Technik gut bekannt und umfassen eine "Membranelektrodenanordnung" (auch bekannt alsMEA) mit einem dünnen,protonendurchlässigen,Festpolymermembranelektrolyten, der auf einer seiner Seiten eineAnode und auf der entgegengesetzten Seite eine Kathode besitzt.Die MEA ist schichtartig zwischen einem Paar elektrisch leitenderElemente angeordnet, die (1) als Stromkollektoren für die Anode undKathode dienen und (2) geeignete Kanäle und/oder Öffnungendarin zur Verteilung der gasförmigenReaktanden der Brennstoffzelle überdie Oberflächender jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren umfassen. Üblicherweisewird eine Vielzahl einzelner Zellen miteinander gebündelt, um einenPEM-Brennstoffzellenstapelbzw. PEM-Brennstoffzellenstack zu bilden.H 2 -O 2 - (air) fuel cells are well known in the art and have been proposed as an energy or drive source for many applications. There are various types of H 2 -O 2 fuel cells, for example of the acid type, the alkaline type, the molten carbonate type and the solid oxide type. So-called PEM fuel cells (fuel cells with a proton exchange membrane) (also known as SPE fuel cells (fuel cells with solid polymer electrolyte)) are of the acid type, have potentially high performance and low weight and are accordingly suitable for mobile applications (for example electric vehicles). PEM fuel cells are well known in the art and include a "membrane electrode assembly" (also known as MEA) with a thin, proton permeable, solid polymer membrane electrolyte that has an anode on one side and a cathode on the opposite side. The MEA is arranged in layers between a pair of electrically conductive elements, which (1) serve as current collectors for the anode and cathode and (2) suitable channels and / or openings therein for distributing the gaseous reactants of the fuel cell over the surfaces of the respective anode and Include cathode catalysts. A large number of individual cells are usually bundled with one another in order to form a PEM fuel cell stack or PEM fuel cell stack.
    [0003] Bei PEM-Brennstoffzellen ist Wasserstoffder Anodenreaktand (d.h. Brennstoff), und Sauerstoff ist der Kathodenreaktand(d.h. Oxidationsmittel). Der Sauerstoff kann entweder in reinerForm (d.h. O2) oder als Luft (d.h. O2 gemischt mit N2)vorliegen. Die Festpolymerelektrolyten bestehen typischerweise ausIonentauscherharzen, wie beispielsweise perfluorierter Sulfonsäure. DieAnode bzw. Kathode umfasst typischerweise feingeteilte katalytischePartikel (oftmals getragen auf Kohlenstoffpartikeln) gemischt mitprotonenleitendem Harz.In PEM fuel cells, hydrogen is the anode reactant (ie fuel) and oxygen is the cathode reactant (ie oxidant). The oxygen can either be in pure form (ie O 2 ) or as air (ie O 2 mixed with N 2 ). The solid polymer electrolytes typically consist of ion exchange resins such as perfluorinated sulfonic acid. The anode or cathode typically comprises finely divided catalytic particles (often carried on carbon particles) mixed with proton-conducting resin.
    [0004] Währendder Umwandlung des Anodenreaktanden und des Kathodenreaktanden inelektrische Energie erzeugt die Brennstoffzelle ungeachtet des TypsAnoden- und Kathodenabflüsse,die von dem Brennstoffzellenstapel ausgetragen werden. Da der Anodenreaktand(Wasserstoff) in einer überschüssigen Menge(d.h. überder erforderlichen stöchiometrischenMenge) geliefert wird, enthältder Anodenabfluss nicht verwendeten Wasserstoff, der eine ungenutzteEnergiequelle darstellt. Ähnlicherweisewird auch der Kathodenreaktand (Sauerstoff) in einer überschüssigen Mengegeliefert, und infolgedessen enthält der Kathodenabfluss überschüssigen Sauerstoffoder Luft, der währendder Erzeugung von Elektrizitätin dem Brennstoffzellenstapel nicht verbraucht wurde. Die Mengenan Wasserstoff und Sauerstoff, die in den Anoden- und Kathodenabflüssen verbleiben,sind abhängigvon einer Anzahl von Faktoren und variieren je nach Fall. Beispielsweisekann sich der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle stark auf die Mengean Wasserstoff und Sauerstoff auswirken, die in den jeweiligen Anoden-und Kathodenabflüssen ausgetragenwird. Zusätzlichbeeinflusst auch der stöchiometrischeBetrieb des Brennstoffzellenstapels (d.h. die Mengen an Wasserstoffund Sauerstoff, die in den jeweiligen Anoden- und Kathodenreaktanden enthaltensind) die Menge an verbleibendem Wasserstoff und Sauerstoff in denjeweiligen Anoden- und Kathodenabflüssen. Der Anodenabfluss kannvon dem Brennstoffzellenstapel abhängig von dem gewünschtenBetrieb des Brennstoffzellensystems, in dem der Brennstoffzellenstapelverwendet wird, entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich (intermittierend)ausgetragen werden.Whileconverting the anode reactant and cathode reactant toThe fuel cell generates electrical energy regardless of the typeAnode and cathode drains,which are discharged from the fuel cell stack. Because the anode reactant(Hydrogen) in excess(i.e. aboutthe required stoichiometricQuantity) is delivered containsthe anode drain did not use hydrogen, which is an unused oneRepresents energy source. Similarly,also the cathode reactant (oxygen) in an excessive amountsupplied, and as a result, the cathode drain contains excess oxygenor air that duringthe generation of electricitywas not consumed in the fuel cell stack. The amountsof hydrogen and oxygen remaining in the anode and cathode drainsare dependenton a number of factors and vary depending on the case. For exampleThe efficiency of the fuel cell can greatly affect the amountaffect hydrogen and oxygen that are present in the respective anodeand cathode drainsbecomes. additionallyalso affects the stoichiometricOperation of the fuel cell stack (i.e. the amounts of hydrogenand oxygen contained in the respective anode and cathode reactantsare) the amount of hydrogen and oxygen remaining in therespective anode and cathode drains. The anode drain canof the fuel cell stack depending on the desired oneOperation of the fuel cell system in which the fuel cell stackis used, either continuously or discontinuously (intermittent)be carried out.
    [0005] Da der überschüssige Wasserstoff von dem Brennstoffzellenstapelin dem Anodenabfluss ausgetragen wird, ist es nützlich, die in dem überschüssigen Wasserstoffenthaltene Energie abzufangen. Eine Art, den überschüssigen Wasserstoff zu verwenden,besteht darin, zumindest einen Anteil des Anodenabflusses durchdie Anodenseite dieses oder eines anderen Brennstoffzellenstapelszurückzu führen.Um dies zu erreichen, verwenden Brennstoffzellensysteme nach demStand der Technik eine Pumpe, um einen Anteil des Anodenabflussesdurch die Anodenseite des Brennstoffzellenstapels zurück zu rezirkulieren.Jedoch sind die fürsolche Zwecke verwendeten Pumpen teuer und tragen zu einer Kostensteigerungeines solchen Brennstoffzellensystems bei. Zusätzlich sind die Pumpen relativgroß underhöhenden erforderlichen Packungsraum des Brennstoffzellensystems. Daherist es erwünscht,zumindest einen Anteil des Anodenabflusses auf eine einfache undkostengünstigeArt und Weise durch einen Brennstoffzellenstapel zu rezirkulierenbzw. im Kreislauf zu führen.Ferner ist es erwünscht,zumindest einen Anteil des Anodenabflusses mit einer Ausrüstung zurückzuführen, diezu einem Brennstoffzellensystem relativ wenig oder überhauptkeinen zusätzlicherforderlichen Packungsraum beiträgt.Because the excess hydrogen from the fuel cell stackin the anode drain, it is useful in the excess hydrogenintercept energy contained. One way to use the excess hydrogenconsists of passing at least a portion of the anode drainthe anode side of this or another fuel cell stackbackrespectively.To achieve this, use fuel cell systems afterState of the art a pump to a portion of the anode drainto recirculate through the anode side of the fuel cell stack.However, they are forPumps used for such purposes are expensive and add to the costof such a fuel cell system. In addition, the pumps are relativebig andincreasethe required packaging space of the fuel cell system. Thereforeis it desirableat least a portion of the anode drain on a simple andinexpensiveWay to recirculate through a fuel cell stackor in a cycle.It is also desirableattributed at least a portion of the anode runoff with equipment thatto a fuel cell system relatively little or at allno additionalnecessary packaging space contributes.
    [0006] Ein Brennstoffzellensystem gemäß den Grundsätzen dervorliegenden Erfindung und den Verfahren, die hier offenbart sind,sorgt füreine Rückführung vonAnodenabfluss, der von einem Brennstoffzellenstapel ausgetragenwird, indem zumindest ein Anteil des Anodenabflusses durch eineAnodenseite eines anderen Brennstoffzellenstapels geführt wird.Dies wird ohne die Verwendung teurer und raumaufwändiger Pumpenerreicht.A fuel cell system according to the principles of the present invention and the methods disclosed herein provides for anode effluent discharge from a fuel cell stack by passing at least a portion of the anode effluent through an anode side of another fuel cell stack becomes. This is achieved without the use of expensive and space-consuming pumps.
    [0007] Es ist ein Verfahren zum Betriebeines Brennstoffzellensystems offenbart, das eine Vielzahl von Brennstoffzellenstapelnbesitzt, von denen jeder dazu dient, einen wasserstoffhaltigen Anodenreaktandauf einer Anodenseite des Brennstoffzellenstapels und einen oxidationsmittelhaltigenKathodenreaktand auf einer Kathodenseite des Brennstoffzellenstapelsin Elektrizität,einen wasserstoffhaltigen Anodenabfluss auf der Anodenseite undeinen oxidationsmittelhaltigen Kathodenabfluss auf der Kathodenseiteumzuwandeln, wobei die Anodenseite jedes Brennstoffzellenstapelsmit der Anodenseite eines anderen Brennstoffzellenstapels über einenDurchflusspfad verbunden ist. Das Verfahren umfasst, dass: (1) einwasserstoffhaltiger Anodenreaktandenstrom an eine Anodenseite zumindesteines Brennstoffzellenstapels der Vielzahl von Brennstoffzellenstapelnzur Reaktion darin und zur Erzeugung eines ersten Anodenabflussstromesgeliefert wird; (2) der erste Anodenabflussstrom an die Anodenseitezumindest eines der anderen Brennstoffzellenstapel der Vielzahlvon Brennstoffzellenstapeln überdie Durchflusspfade zur Reaktion darin und zur Erzeugung eines zweitenAnodenabflussstromes geliefert wird; und (3) der bzw. die Brennstoffzellenstapelausgewähltwerden, die den Anodenreaktandenstrom erhalten sollen.It is an operation methoddiscloses a fuel cell system that includes a plurality of fuel cell stackspossesses, each of which serves a hydrogenated anode reactanton an anode side of the fuel cell stack and one containing oxidizing agentCathode reactant on a cathode side of the fuel cell stackin electricity,a hydrogen-containing anode drain on the anode side andan oxidant-containing cathode drain on the cathode sideconvert, with the anode side of each fuel cell stackwith the anode side of another fuel cell stack over oneFlow path is connected. The process includes that: (1) ahydrogen-containing anode reactant stream at least on one anode sidea fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacksto react therein and to generate a first anode drain streamis delivered; (2) the first anode drain stream to the anode sideat least one of the other fuel cell stacks of the pluralityof fuel cell stacks overthe flow paths for reaction therein and generation of a second oneAnode drain current is supplied; and (3) the fuel cell stack (s)selectedare to receive the anode reactant stream.
    [0008] Zusätzlich ist auch ein Verfahrenzum Betrieb eines Brennstoffzellensystems offenbart, das eine Vielzahlvon Brennstoffzellenstapeln besitzt, von denen jeder dazu dient,einen wasserstoffhaltigen Anodenreaktand auf einer Anodenseite desBrennstoffzellenstapels und einen oxidationsmittelhaltigen Kathodenreaktandauf einer Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels in Elektrizität, einenwasserstoffhaltigen Anodenabfluss auf der Anodenseite und einenoxidationsmittelhaltigen Kathodenabfluss auf der Kathodenseite umzuwandeln.Das Verfahren umfasst, dass (1) ein wasserstoffhaltiger Anodenreaktandenstroman die Anodenseiten jedes Brennstoffzellenstapels in einem erstenSegment des Systems zur Reaktion darin geliefert wird, um zumindesteinen Anodenabflussstrom des ersten Segments zu erzeugen, wobeidas erste Segment einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel derVielzahl von Brennstoffzellenstapeln umfasst; (2) der zumindesteine Anodenabflussstrom des ersten Segments an die Anodenseite derBrennstoffzellenstapel in einem zweiten Segment des Systems zurReaktion darin geliefert wird, um zumindest einen Anodenabflussstromdes zweiten Segments zu erzeugen, wobei das zweite Segment andereBrennstoffzellenstapel der Vielzahl von Brennstoffzellenstapelnumfasst; und (3) eine Auswahl des einen oder der mehreren Brennstoffzellenstapelgeändertwird, die das erste Segment umfasst.In addition, there is also a proceduredisclosed for operating a fuel cell system that a varietyof fuel cell stacks, each of which is useda hydrogenated anode reactant on an anode side of theFuel cell stack and an oxidant-containing cathode reactanton a cathode side of the fuel cell stack in electricity, onehydrogen-containing anode drain on the anode side and oneto convert oxidant-containing cathode drain on the cathode side.The method includes that (1) a hydrogen-containing anode reactant streamto the anode sides of each fuel cell stack in a firstSegment of the system for reaction in it is delivered to at leastgenerate an anode drain stream of the first segment, whereinthe first segment is one or more fuel cell stacksIncludes a plurality of fuel cell stacks; (2) the leastan anode drain stream of the first segment to the anode side of theFuel cell stack in a second segment of the systemReaction therein is delivered to at least one anode drain streamof the second segment, the second segment being differentFuel cell stacks of the plurality of fuel cell stacksincludes; and (3) a selection of the one or more fuel cell stackschangedthat includes the first segment.
    [0009] Es ist ein Brennstoffzellensystemgemäß den Grundsätzen dervorliegenden Erfindung offenbart. Das Brennstoffzellensystem umfassteine Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, von denen jeder eine Anodenseitemit einem Einlassabschnitt und einem Auslassabschnitt und eine Kathodenseitemit einem Einlassabschnitt und einem Auslassabschnitt umfasst. JederBrennstoffzellenstapel dient dazu, einen wasserstoffhaltigen Anodenreaktandenzufuhrstrom undeinen oxidationsmittelhaltigen Kathodenreaktandenzufuhrstrom inElektrizitätumzuwandeln und einen wasserstoffhaltigen Anodenabfluss und einen oxidationsmittelhaltigenKathodenabfluss zu erzeugen. Es exsistiert eine Vielzahl von Durchflusspfaden,die jeweils den Anodeneinlassabschnitt von einem der Brennstoffzellenstapelmit dem Anodenauslassabschnitt eines anderen der Brennstoffzellenstapelverbinden. Es steht zumindest ein Entlüftungsventil mit dem Anodenauslassabschnittzumindest eines der Brennstoffzellenstapel in Verbindung, das dazudient, den Anodenabfluss selektiv zu entlüften bzw. abzulassen.It is a fuel cell systemaccording to the principles ofpresent invention disclosed. The fuel cell system includesa variety of fuel cell stacks, each having an anode sidewith an inlet section and an outlet section and a cathode sidewith an inlet section and an outlet section. EveryoneThe fuel cell stack serves to supply a hydrogen-containing anode reactant feed stream andan oxidant-containing cathode reactant feed stream inelectricityconvert and a hydrogen-containing anode drain and an oxidantGenerate cathode drain. There are a variety of flow paths,each of which is the anode inlet portion of one of the fuel cell stackswith the anode outlet portion of another one of the fuel cell stacksconnect. There is at least one vent valve with the anode outlet sectionat least one of the fuel cell stacks connected to itis used to selectively vent or drain the anode drain.
    [0010] Weitere Anwendungsgebiete der vorliegendenErfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibungoffensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibungund die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsformder Erfindung beschreiben, nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmtsind und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindungzu beschränken.Further areas of application of the presentInvention will become apparent from the detailed description that followsobviously. It should be understood that the detailed descriptionand the specific examples while showing the preferred embodimentdescribe the invention, intended for illustration purposes onlyare and are not intended to limit the scope of the inventionto restrict.
    [0011] Die vorliegende Erfindung ist imFolgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitendenZeichnungen beschrieben, in welchen:The present invention is inThe following only by way of example with reference to the accompanyingDescribed drawings in which:
    [0012] 1 eineschematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsformeines Brennstoffzellensystems gemäß den Grundsätzen dervorliegenden Erfindung ist; 1 Figure 3 is a schematic representation of a first preferred embodiment of a fuel cell system according to the principles of the present invention;
    [0013] 2 eineschematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsformdes Brennstoffzellensystems gemäß den Grundsätzen dervorliegenden Erfindung ist; 2 FIG. 2 is a schematic illustration of a second preferred embodiment of the fuel cell system according to the principles of the present invention;
    [0014] 3 eineerste alternative Ausführungsformdes Brennstoffzellensystems von 2 mit Rückschlagventilenin den Durchflusspfaden zwischen den Brennstoffzellenstapeln ist;und3 a first alternative embodiment of the fuel cell system of 2 with check valves in the flow paths between the fuel cell stacks; and
    [0015] 4 einezweite alternative Ausführungsformdes Brennstoffzellensystems von 2 ohne Ventilein den Durchflusspfaden zwischen den Brennstoffzellenstapeln ist. 4 a second alternative embodiment of the fuel cell system of 2 without valves in the flow paths between the fuel cell stacks.
    [0016] Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformenist lediglich beispielhafter Beschaffenheit und nicht dazu bestimmt,die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Gebräuche zu beschränken.The following description of the preferred embodimentsis only an example and is not intendedto limit the invention, its application, or uses.
    [0017] In 1 isteine erste bevorzugte Ausführungsformeines Brennstoffzellensystems 20 gemäß den Grundsätzen dervorliegenden Erfindung gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 20 umfassteinen ersten und zweiten Brennstoffzellenstapel 22 und 24, diejeweils eine Anodenseite und eine Kathodenseite zur Aufnahme vonwasserstoffhaltigem Anodenreaktand bzw. sauerstoffhaltigem Kathodenreaktandbesitzen. Jeder Brennstoffzellenstapel 22 und 24 dient dazu,die Anoden- und Kathodenreaktanden in Elektrizität, einen wasserstoffhaltigenAnodenabfluss und einen sauerstoffhaltigen Kathodenabfluss umzuwandeln.In 1 is a first preferred embodiment of a fuel cell system 20 according to the principles of the present invention. The fuel cell system 20 includes first and second fuel cell stacks 22 and 24 , each having an anode side and a cathode side for receiving hydrogen-containing anode freaks have or cathode reactant containing oxygen. Every fuel cell stack 22 and 24 is used to convert the anode and cathode reactants into electricity, a hydrogen-containing anode drain and an oxygen-containing cathode drain.
    [0018] Der wasserstoffhaltige Anodenreaktand kannvon einer Vielzahl von Quellen geliefert werden. Derartige Quellenkönnenbeispielsweise einen Reformatstrom von einem Reformer und Wasserstoff voneiner Wasserstoffspeichervorrichtung umfassen. Der Kathodenreaktandkann auch von einer Vielzahl von Quellen geliefert werden. DerartigeQuellen könnenbeispielsweise Sauerstoff, der von einer Sauerstoffspeichervorrichtunggeliefert wird, und Luft umfassen, die von der Umgebung, in derdas Brennstoffzellensystem 20 verwendet wird, gezogen wird.Auf die Versorgung der Brennstoffzellenstapel mit Kathodenreaktandwie auch die Entlüftungdes Kathodenabflusses, der in den Brennstoffzellenstapeln erzeugt wird,wird hier nicht detailliert eingegangen. Es sei zu verstehen, dassder Kathodenreaktand an die verschiedenen Brennstoffzellenstapelin einer Menge geliefert wird, die ausreichend ist, um die Betriebsanforderungendes Brennstoffzellensystems 20 zu erfüllen, und dass Kathodenabflussvon den Brennstoffzellensystem 20 nach Bedarf beseitigtwird.The hydrogenated anode reactant can be supplied from a variety of sources. Such sources may include, for example, a reformate stream from a reformer and hydrogen from a hydrogen storage device. The cathode reactant can also be supplied from a variety of sources. Such sources may include, for example, oxygen provided by an oxygen storage device and air coming from the environment in which the fuel cell system is located 20 is used, is pulled. The supply of the fuel cell stacks with cathode reactant and the venting of the cathode outflow which is generated in the fuel cell stacks are not dealt with in detail here. It should be understood that the cathode reactant is supplied to the various fuel cell stacks in an amount sufficient to meet the operating requirements of the fuel cell system 20 to meet and that cathode drain from the fuel cell system 20 is eliminated as needed.
    [0019] Eine erste und eine zweite Anodenversorgungsvorrichtung 26 und 28,in diesem Fall in der Form von Gasinjektoren bzw. -einspritzeinrichtungen,liefern Anodenreaktand an die jeweiligen Anodenseiten des erstenund zweiten Brennstoffzellenstapels 22 und 24.Der erste Injektor 26 liefert den Anodenreaktand an denersten Brennstoffzellenstapel 22 über den Durchflusspfad 30,der mit einem Anodeneinlassabschnitt 32 des ersten Brennstoffzellenstapels 22 verbundenist. Der zweite Gasinjektor 28 liefert Anodenreaktand aneinen zweiten Brennstoffzellenstapel 24 über einenDurchflusspfad 34, der mit einem Anodeneinlassabschnitt 36 deszweiten Brennstoffzellenstapels 24 verbunden ist. Ein Anodenauslassabschnitt 38 desersten Brennstoffzellenstapels 22 ist mit einem Anodeneinlassabschnitt 36 deszweiten Brennstoffzellenstapels 24 über Durchflusspfad 40 verbunden.Ein Anodenaunlassabschnitt 42 des zweiten Brennstoffzellenstapels 24 ist mitdem Anodeneinlassabschnitt 32 des ersten Brennstoffzellenstapels 22 über einenDurchflusspfad 44 verbunden. Ventile 46 und 48 sindin den jeweiligen Durchflusspfaden 40 und 44 positioniert.Die Ventile 46 und 48 dienen dazu, einen Durchfluss durchdie jeweiligen Durchflusspfade 40 und 44 selektivzu unterbinden. Der Durchflusspfad 40 in Verbindung mitVentil 46 dient dazu, selektiv zuzulassen, dass der Anodenabflussvon dem ersten Brennstoffzellenstapel 22 an die Anodenseitedes zweiten Brennstoffzellenstapels 24 strömen kann. Ähnlicherweisedient der Durchflusspfad 44 in Verbindung mit Ventil 48 danndazu, selektiv zuzulassen, dass der Anodenabfluss von dem zweitenBrennstoffzellenstapel 24 an die Anodenseite des erstenBrennstoffzellenstapels 22 strömen kann, wie nachfolgend beschriebenist.First and second anode supply devices 26 and 28 , in this case in the form of gas injectors or injectors, deliver anode reactants to the respective anode sides of the first and second fuel cell stacks 22 and 24 , The first injector 26 delivers the anode reactant to the first fuel cell stack 22 via the flow path 30 that with an anode inlet section 32 of the first fuel cell stack 22 connected is. The second gas injector 28 delivers anode reactant to a second fuel cell stack 24 via a flow path 34 that with an anode inlet section 36 of the second fuel cell stack 24 connected is. An anode outlet section 38 of the first fuel cell stack 22 is with an anode inlet section 36 of the second fuel cell stack 24 via flow path 40 connected. An anode outlet section 42 of the second fuel cell stack 24 is with the anode inlet section 32 of the first fuel cell stack 22 via a flow path 44 connected. valves 46 and 48 are in the respective flow paths 40 and 44 positioned. The valves 46 and 48 serve to flow through the respective flow paths 40 and 44 selectively prevent. The flow path 40 in connection with valve 46 serves to selectively allow the anode drain from the first fuel cell stack 22 to the anode side of the second fuel cell stack 24 can flow. The flow path serves similarly 44 in connection with valve 48 then to selectively allow the anode drain from the second fuel cell stack 24 to the anode side of the first fuel cell stack 22 can flow as described below.
    [0020] In dem Durchflusspfad 52 istein Ventil 50 angeordnet, das mit dem Anodenauslassabschnitt 38 desersten Brennstoffzellenstapels 22 verbunden ist. Das Ventil 50 dientdazu, eine Strömungdurch den Durchflusspfad 52 selektiv zu begrenzen und zublockieren. In dem Durchflusspfad 56 ist ein Ventil 54 angeordnet,das mit dem Anodenauslassabschnitt 42 des zweiten Brennstoffzellenstapels 24 verbunden ist.Das Ventil 54 dient dazu, eine Strömung durch den Durchflusspfad 56 selektivzu begrenzen und zu blockieren. Der Durchflusspfad 52 unddas Ventil 50 dienen dazu, einen Anodenabfluss von demBrennstoffzellensystem 20 selektiv zu entlüften bzw.abzulassen, wie nachfolgend beschrieben ist. Gleichermaßen dientder Durchflusspfad 56 mit dem Ventil 54 dazu,einen Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20 selektivzu entlüften,wie nachfolgend beschrieben ist. Bei der Entlüftung des Anodenabflusses vondem Brennstoffzellensystem 20 werden auch Wasser und Stickstoffvon dem Brennstoffzellensystem 20 entfernt. Somit kanndurch eine Entlüftungdes Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem 20 auchStickstoff und Wasser von der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20 entlüftet bzw.abgelassen werden.In the flow path 52 is a valve 50 arranged with the anode outlet section 38 of the first fuel cell stack 22 connected is. The valve 50 serves to flow through the flow path 52 selectively limit and block. In the flow path 56 is a valve 54 arranged with the anode outlet section 42 of the second fuel cell stack 24 connected is. The valve 54 serves to flow through the flow path 56 selectively limit and block. The flow path 52 and the valve 50 serve to drain an anode from the fuel cell system 20 to bleed or drain selectively, as described below. The flow path also serves 56 with the valve 54 an anode drain from the fuel cell system 20 selectively vent as described below. When venting the anode drain from the fuel cell system 20 water and nitrogen from the fuel cell system 20 away. Thus, by venting the anode drain from the fuel cell system 20 also nitrogen and water from the anode side of the fuel cell system 20 be vented or drained.
    [0021] Das in 1 gezeigteBrennstoffzellensystem 20 ermöglicht, dass der erste undder zweite Brennstoffzellenstapel 22 und 24 inSerie bzw. Reihe geschaltet betrieben werden können, so dass der Anodenreaktand,der an einen der Brennstoffzellenstapel geliefert wird, durch dieAnodenseite dieses Brennstoffzellenstapels gelangen und dann alsAnodenabfluss weiter an die Anodenseite des anderen Brennstoffzellenstapels über Durchflusspfade 40 und 44 strömen kann,was den Stickstoff und das Wasser homogener über das gesamte Brennstoffzellensystem 20 verteiltund die Menge an überschüssigem Wasserstoff,der von dem Brennstoffzellensystem 20 entlüftet werdenmuss, verringert. Diese Aus führung desBrennstoffzellensystems 20 erlaubt einen Betrieb in zweigetrennten Betriebsarten, wie nachfolgend beschrieben ist.This in 1 shown fuel cell system 20 enables the first and second fuel cell stacks 22 and 24 can be operated in series or series, so that the anode reactant, which is supplied to one of the fuel cell stacks, passes through the anode side of this fuel cell stack and then as an anode outflow to the anode side of the other fuel cell stack via flow paths 40 and 44 can flow, making the nitrogen and water more homogeneous across the entire fuel cell system 20 distributed and the amount of excess hydrogen from the fuel cell system 20 must be vented, reduced. This implementation of the fuel cell system 20 allows operation in two separate modes, as described below.
    [0022] Ein Mikroprozessor (nicht gezeigt)wird dazu verwendet, den Betrieb des Brennstoffzellensystems 20 zusteuern. Der Mikroprozessor steuert einen Betrieb des ersten undzweiten Gasinjektors 26 und 28, der Ventile 46 und 48 wieauch der Ventile 50 und 54. Der Mikroprozessorsteuert den individuellen Betrieb der Ventile, um das Brennstoffzellensystem 20 ineiner gewünschtenBetriebsart zu betreiben, wie nachfolgend beschrieben ist.A microprocessor (not shown) is used to operate the fuel cell system 20 to control. The microprocessor controls operation of the first and second gas injectors 26 and 28 , the valves 46 and 48 as well as the valves 50 and 54 , The microprocessor controls the individual operation of the valves around the fuel cell system 20 to operate in a desired operating mode as described below.
    [0023] Bei der ersten Betriebsart des Brennstoffzellensystems 20 wirdAnodenreaktand an das Brennstoffzellensystem 20 und andie Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 22 durcheinen ersten Gasinjektor 26 geliefert, während sichder zweite Gasinjektor 28 außer Betrieb befindet (keinAnodenreaktand liefert). Ebenfalls sind bei der ersten Betriebsartdie Ventile 46 und 54 offen, um einen Durchflussdurch diese zu ermöglichen,währenddie Ventile 48 und 50 geschlossen sind, wodurchein Durchfluss durch diese blockiert wird. Somit liefert bei der erstenBetriebsart der erste Gasinjektor 26 einen Anodenreaktandan die Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 22 über einenDurchflusspfad 30. Der Anodenreaktand strömt durchdie Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 22,währendein Anteil des Anodenreaktanden verbraucht wird, um in dem erstenBrennstoffzellenstapel 22 Elektrizität zu erzeugen. Ein wasserstoffhaltigerAnodenabfluss in dem ersten Brennstoffzellenstapel 22 wird über einen Durchflusspfad 40 durchVentil 46 an die Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 24 geführt. EinAnteil des wasserstoffhaltigen Anodenabflusses, der an die Anodenseitedes zweiten Brennstoffzellenstapels 24 geliefert wird,wird in dem zweiten Brennstoffzellenstapel 24 in Elektrizität umgewandelt.Ein Anodenabfluss von dem zweiten Brennstoffzellenstapel 24 wird über einenDurchflusspfad 56 durch das Ventil 54 an eineunterstromige Komponente (nicht gezeigt) geführt, wie beispielsweise einenAbgasbrenner. Somit strömtbei der ersten Betriebsart ein Anodenreaktand durch den ersten Brennstoffzellenstapel 22,und von dem ersten Brennstoffzellenstapel 22 in seinemAnodenabfluss ausgetragener überschüssiger Wasserstoffwird als ein Anodenreaktand an einen zweiten Brennstoffzellenstapel 24 geliefert, beidem ein Anteil des verbleibenden Wasserstoffes weiter verbrauchtwird, um zusätzlicheElektrizitätzu erzeugen, und der Anodenabfluss, der von dem zweiten Brennstoffzellenstapel 24 erzeugtwird, wird an eine unterstromige Komponente entlüftet.In the first operating mode of the fuel cell system 20 becomes anode reactant to the fuel cell system 20 and to the anode side of the first fuel cell stack 22 through a first gas injector 26 delivered while the second gas injector 28 out of order (no anodes reactant supplies). The valves are also in the first operating mode 46 and 54 open to allow flow through this while the valves 48 and 50 are closed, which blocks a flow through them. The first gas injector thus delivers in the first operating mode 26 an anode reactant on the anode side of the first fuel cell stack 22 via a flow path 30 , The anode reactant flows through the anode side of the first fuel cell stack 22 while a portion of the anode reactant is consumed to in the first fuel cell stack 22 To generate electricity. A hydrogen-containing anode drain in the first fuel cell stack 22 is via a flow path 40 through valve 46 to the anode side of the second fuel cell stack 24 guided. A portion of the hydrogen-containing anode drain that flows to the anode side of the second fuel cell stack 24 is delivered in the second fuel cell stack 24 converted into electricity. An anode drain from the second fuel cell stack 24 is via a flow path 56 through the valve 54 to a downstream component (not shown), such as an exhaust burner. Thus, in the first mode of operation, an anode reactant flows through the first fuel cell stack 22 , and from the first fuel cell stack 22 Excess hydrogen discharged from its anode drain is used as an anode reactant on a second fuel cell stack 24 supplied, in which a portion of the remaining hydrogen is further consumed to generate additional electricity and the anode effluent from the second fuel cell stack 24 is generated, is vented to a downstream component.
    [0024] Bei der zweiten Betriebsart des Brennstoffzellensystems 20 liefertein zweiter Gasinjektor 28 über einen Durchflusspfad 34 einenAnodenreaktand an die Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 24,währendsich der erste Gasinjektor 26 außer Betrieb befindet. Die Ventile 48 und 50 sindoffen, um einen Durchfluss durch diese zu ermöglichen, während die Ventile 46 und 54 geschlossensind, wodurch ein Durchfluss durch diese blockiert wird. Die zweiteBetriebsart hat zur Folge, dass der Anodenreaktand an die Anodenseitedes zweiten Brennstoffzellenstapels 24 geliefert wird,währendein Anteil des Anodenreaktanden verbraucht wird, um Elektrizität zu erzeugen.Der wasserstoffhaltige Anodenabfluss in dem zweiten Brennstoffzellenstapel 24 wird über Durchflusspfad 44 durchVentil 48 an die Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 22 geführt. Dererste Brennstoffzellenstapel 22 verbraucht einen Anteildes wasserstoffhaltigen Anodenabflusses von dem zweiten Brennstoffzellenstapel 24,um Elektrizitätzu erzeugen. Ein Anodenabfluss von dem ersten Brennstoffzellenstapel 22 wird über einen Durchflusspfad 52 durchVentil 50 an eine unterstromige Komponente (nicht gezeigt)geführt,wie beispielsweise einen Abgasbrenner. Somit strömt bei der zweiten Betriebsartder Anodenreaktand durch den zweiten Brennstoffzellenstapel 24,und durch den zweiten Brennstoffzellenstapel 24 in seinemAnodenabfluss ausgestoßener überschüssiger Wasserstoffwird als ein Anodenreaktand an den ersten Brennstoffzellenstapel 22 geliefert,währendein Anteil des verbleibenden Wasserstoffs weiter verbraucht wird,um zusätzlicheElektrizitätzu erzeugen, und der Anodenabfluss, der von dem ersten Brennstoffzellenstapel 22 erzeugtwird, an eine unterstromige Komponente entlüftet bzw. abgelassen wird.In the second operating mode of the fuel cell system 20 delivers a second gas injector 28 via a flow path 34 an anode reactant on the anode side of the second fuel cell stack 24 while the first gas injector 26 is out of order. The valves 48 and 50 are open to allow flow through this while the valves 46 and 54 are closed, which blocks a flow through them. The second operating mode has the result that the anode reactant is on the anode side of the second fuel cell stack 24 is supplied while a portion of the anode reactant is consumed to generate electricity. The hydrogen-containing anode drain in the second fuel cell stack 24 is via flow path 44 through valve 48 to the anode side of the first fuel cell stack 22 guided. The first fuel cell stack 22 consumes a portion of the hydrogen-containing anode drain from the second fuel cell stack 24 to generate electricity. An anode drain from the first fuel cell stack 22 is via a flow path 52 through valve 50 to a downstream component (not shown), such as an exhaust burner. Thus, in the second mode of operation, the anode reactant flows through the second fuel cell stack 24 , and through the second fuel cell stack 24 Excess hydrogen ejected in its anode drain is used as an anode reactant on the first fuel cell stack 22 supplied while a portion of the remaining hydrogen continues to be consumed to generate additional electricity and the anode effluent from the first fuel cell stack 22 is generated, vented to a downstream component or drained.
    [0025] Ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 20 wirdzwischen den ersten und zweiten Betriebsarten geschaltet. Dies bedeutet,dass das Brennstoffzellensystem 20 für eine Zeitdauer in der erstenBetriebsart betrieben wird und anschließend für eine Zeitdauer in der zweitenBetriebsart betrieben wird und zwischen einem Betrieb in den erstenund zweiten Betriebsarten hin- und hergeschaltet wird. Die Betriebsdauerin den ersten und zweiten Betriebsarten variiert und kann auf einerVielzahl von Steuer- bzw. Regelszenarien basieren. Ein derartigesSteuerszenario kann auf einem Vergleich des gegenwärtigen Betriebszustandes(Last an dem System) mit empirischen Daten basieren und zur Grundlagehaben, dass die empirischen Daten einen Betrieb zwischen erstenund zweiten Betriebsarten umschalten. Die empirischen Daten werdendurch den Betrieb des Brennstoffzellensystems 20 oder einergleichwertigen Vorrichtung in einem Testaufbau gebildet, wobei dieLast an dem Brennstoffzellensystem geändert wird, während andereBetriebsparameter des Systems überwachtwerden, wie beispielsweise die Stickstoffmenge wie auch die Stickstoffverteilung,die Wassermenge wie auch Wasserverteilung und Zellenspannungen.Die Last auf das Brennstoffzellensystem wird konstant gehalten,währenddie Betriebsdauer in jeder Betriebsart variiert wird. Basierendauf diesen Beobachtungen werden zum Umschalten zwischen einem Betriebin den ersten und zweiten Betriebsarten optimale Schaltzeiten (Schaltfrequenzbzw. -häufigkeit)oder Zeitbereiche zum Schalten gebildet, die einen günstigenBetrieb des Brennstoffzellensystems vorsehen, wie beispielsweiseeine im Wesentlichen homogene Verteilung von Stickstoff und/oderWasser überdas gesamte Brennstoffzellensystem 20 und eine Verringerungder Menge an überschüssigem Wasserstoff,der von dem Brennstoffzellensystem 20 entlüftet wird.Die Last auf das Brennstoffzellensystem wird anschließend eingestellt,und die Frequenz bzw. Häufigkeit,mit der das Brennstoffzellensystem in jedem der Betriebsarten betriebenwird, wird erneut variiert, um optimale Schaltzeiten oder Schaltzeitbereichezu erhalten, in denen zwischen den Betriebsarten geschaltet werdensoll. Die Optimierung der Schaltzeiten kann auf einer Vielzahl vonFaktoren basieren, wie beispielsweise dem Erhalt einer gewünschtenStickstoffverteilung, einer gewünschtenWasserverteilung und/oder einem gewünschten Zellenspannungsausgang.Es sei jedoch zu verstehen, dass auch andere Betriebsparameter beider Entwicklung der empirischen Daten und der zugeordneten Schaltzeiten,zu denen die Brennstoffzellensysteme zwischen Betriebsarten geschaltetwerden sollen, überwachtund optimiert werden können.Operation of the fuel cell system 20 is switched between the first and second operating modes. This means that the fuel cell system 20 is operated for a period of time in the first operating mode and is subsequently operated for a period of time in the second operating mode and is switched back and forth between an operation in the first and second operating modes. The operating time in the first and second operating modes varies and can be based on a variety of control scenarios. Such a control scenario can be based on a comparison of the current operating state (load on the system) with empirical data and is based on the fact that the empirical data switch an operation between first and second operating modes. The empirical data are generated by the operation of the fuel cell system 20 or an equivalent device in a test setup, wherein the load on the fuel cell system is changed while monitoring other operating parameters of the system, such as the amount of nitrogen as well as the nitrogen distribution, the amount of water as well as water distribution and cell voltages. The load on the fuel cell system is kept constant while the operating time is varied in each operating mode. Based on these observations, optimal switching times (switching frequency or frequency) or time ranges for switching, which provide favorable operation of the fuel cell system, such as, for example, an essentially homogeneous distribution of nitrogen and / or water across the entire fuel cell system 20 and a reduction in the amount of excess hydrogen from the fuel cell system 20 is vented. The load on the fuel cell system is then adjusted and the frequency or frequency with which the fuel cell system is operated in each of the operating modes is varied again in order to obtain optimal switching times or switching time ranges in which switching between the operating modes is to take place. The optimization of the switching times can be based on a number of factors, such as, for example, obtaining a desired nitrogen distribution, a desired water distribution and / or a desired cell voltage output. It However, it should be understood that other operating parameters can also be monitored and optimized during the development of the empirical data and the associated switching times at which the fuel cell systems are to be switched between operating modes.
    [0026] Ein zweites Betriebsszenario, mitdem ein Brennstoffzellensystem 20 betrieben werden kann, betrifftdie Verwendung eines Algorithmus, der Schaltzeiten bestimmt unddann Betriebsarten auf Grundlage des Algorithmus umschaltet. DerAlgorithmus bestimmt eine Frequenz bzw. Häufigkeit, mit der ein Betriebdes Brennstoffzellensystems 20 zwischen den Betriebsartengeschaltet werden soll, auf Grundlage der Last auf das Brennstoffzellensystem.Dem gewähltenAlgorithmus liegt zugrunde, dass er einen gewünschten Betrieb des Brennstoffzellensystems 20 vorsieht,wie beispielsweise eine gewünschte Stickstoffverteilung,eine gewünschte Wasserverteilungund/oder einen gewünschtenZellenspannungsausgang.A second operating scenario with which a fuel cell system 20 can be operated relates to the use of an algorithm that determines switching times and then switches operating modes based on the algorithm. The algorithm determines a frequency or frequency with which the fuel cell system operates 20 to switch between modes based on the load on the fuel cell system. The algorithm chosen is based on the desired operation of the fuel cell system 20 provides such as a desired nitrogen distribution, a desired water distribution and / or a desired cell voltage output.
    [0027] Bei einem bevorzugten Szenario besitztjeder Brennstoffzellenstapel 22 und 24 die gleiche Mengean Zellen wie auch die gleiche aktive Zellenoberfläche, unddas Brennstoffzellensystem 20 wird mit einem Anodenreaktandin einer Menge beliefert, die ausreichend ist, um Wasserstoff anden ersten Brennstoffzellenstapel in einer stöchiometrischen Menge von zumindest2,0 zu liefern. Wenn eine stöchiometrischeMenge von zumindest 2,0 geliefert wird, müsste der Anodenabfluss, derzurückgeführt wird,eine Menge an Wasserstoff besitzen, die ausreichend ist, um einestöchiometrischeMenge in dem zweiten Brennstoffzellenstapel von 1,0 oder höher vorzusehen.Alternativ und/oder zusätzlichdazu kann der Anodenreaktand auch auf Grundlage der Beibehaltungeines gewünschtenDruckniveaus in der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20 geliefertwerden.In a preferred scenario, each fuel cell stack has 22 and 24 the same amount of cells as the same active cell surface, and the fuel cell system 20 is supplied with an anode reactant in an amount sufficient to deliver hydrogen to the first fuel cell stack in a stoichiometric amount of at least 2.0. If a stoichiometric amount of at least 2.0 is provided, the anode effluent that is recycled should have an amount of hydrogen sufficient to provide a stoichiometric amount in the second fuel cell stack of 1.0 or higher. Alternatively and / or in addition to this, the anode reactant can also be based on maintaining a desired pressure level in the anode side of the fuel cell system 20 to be delivered.
    [0028] Wie oben beschrieben ist, dienendie Ventile 54 und 50 dazu, eine kontinuierlicheEntlüftungdes Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem 20 vorzusehen,wenn sich dieses in den ersten bzw. zweiten Betriebsarten befindet.Bevorzugt dienen die Ventile 54 und 50 dazu, einegesteuerte Menge an Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20 zuentlüften,so dass ein gewünschterBetrieb des Brennstoffzellensystems 20 erreicht werdenkann. Beispielsweise könnendie Ventile 54 und 50 betätigt werden, um ein Druckniveauin der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20 auf einemgewünschten Niveaubeizubehalten und/oder eine gewünschte Durchflussratedurch die Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20 hindurchbeizubehalten. Alternativ dazu könnendie Entlüftungsventile 54 und 50 in einernormalerweise geschlossenen Betriebsart betrieben und dann selektivgeöffnetwerden, um einen Anoden reaktand von dem Brennstoffzellensystem 20 zuentlüften.Dies bedeutet, dass die Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20"außer Betrieb" betrieben wird,so dass der Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20 ungeachtetder Betriebsart normalerweise nicht entlüftet wird. Das Ventil 54 und/oder 50 wirddann ggf. geöffnet,um einen Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20 zu entlüften. Einderartiger Betrieb wird als "Aufstoßen" bzw. "Rülpsen" (eng. "burping") des Brennstoffzellensystems bezeichnet.Bei Verwendung der Ventile 54 und 50, um das Brennstoffzellensystem 20 aufstoßen zu lassen,sei angemerkt, dass das Brennstoffzellensystem 20 zwischender ersten und zweiten Betriebsart schalten kann, ohne dass eineEntlüftungdes Anodenabflusses immer dann auftritt, wenn das Brennstoffzellensystem 20 ineiner der Betriebsarten betrieben wird. Mit anderen Worten kanndas Brennstoffzellensystem 20 zwischen einem Betrieb inder ersten und zweiten Betriebsart mehrere Male vor einem Auftreteneiner Entlüftungdes Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem 20 umschalten.Dieser Betriebstyp hilft, den Stickstoff und das Wasser homogen über dasgesamte Brennstoffzellensystem 20 zu verteilen.As described above, the valves serve 54 and 50 in addition, a continuous venting of the anode drain from the fuel cell system 20 to be provided if this is in the first or second operating modes. The valves are preferably used 54 and 50 a controlled amount of anode drain from the fuel cell system 20 to vent, so that a desired operation of the fuel cell system 20 can be achieved. For example, the valves 54 and 50 operated to a pressure level in the anode side of the fuel cell system 20 maintain at a desired level and / or a desired flow rate through the anode side of the fuel cell system 20 to maintain through. Alternatively, the vent valves 54 and 50 Operated in a normally closed mode and then selectively opened to react anode from the fuel cell system 20 to vent. This means that the anode side of the fuel cell system 20 " is operated "so that the anode drain from the fuel cell system 20 is not normally vented regardless of the operating mode. The valve 54 and or 50 is then optionally opened to drain an anode from the fuel cell system 20 to vent. Such an operation is referred to as "burping" or "burping" the fuel cell system. When using the valves 54 and 50 to the fuel cell system 20 let it open, it should be noted that the fuel cell system 20 can switch between the first and second operating mode without venting the anode drain always occurs when the fuel cell system 20 is operated in one of the operating modes. In other words, the fuel cell system 20 between operation in the first and second modes several times before venting of the anode drain from the fuel cell system occurs 20 switch. This type of operation helps the nitrogen and water to be homogeneous across the entire fuel cell system 20 to distribute.
    [0029] Wenn der erste und zweite Brennstoffzellenstapel 22 und 24 sobetrieben werden, dass sich an den Anodenseiten der Brennstoffzellenstapelkein flüssigesWasser aufbaut, kann eines der Ventile 50 und 54 vondem Brennstoffzellenstapel 20 weggelassen werden. Diesbedeutet, dass die gesamte Entlüftungdes Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem 20 durchein einzelnes Ventil (entweder Ventil 50 oder 54)erfolgt. Diese Ausführungist dahingehend vorteilhaft, dass sie ein zusätzliches Ventil von dem Brennstoffzellensystem 20 beseitigt.Zusätzlichbewirkt, da im Wesentlichen kein flüssiges Wasser an der Anodenseitedes Brennstoffzellensystems 20 erzeugt wird, die Verwendungvon nur einem einzelnen Ventil zur Entlüftung des Anodenabflusses, dassvor einer Entlüftungkein flüssigesWasser, das in der Anodenseite von einem der Brennstoffzellenstapelerzeugt wird, durch die Anodenseite des anderen Brennstoffzellenstapelszusammen mit dem Anodenabfluss aus dem Brennstoffzellensystem geführt werdenmuss. Somit kann das Brennstoffzellensystem 20 ein einzelnesVentil anstelle der zwei Ventile 50 und 54 verwenden,die gezeigt sind und immer noch innerhalb des Schutzumfanges dervorliegenden Erfindung liegen. Wenn flüssiges Wasser erzeugt wird,könnenWasserabscheider (nicht gezeigt) in Durchflussströmen 40 und/oder 44 dazuverwendet werden, um zu verhindern, dass flüssiges Wasser von einem Brennstoffzellenstapelzu einem anderen Brennstoffzellenstapel strömen kann, jedoch können einigeder Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht verwirklicht werden.When the first and second fuel cell stacks 22 and 24 One of the valves can be operated so that no liquid water builds up on the anode sides of the fuel cell stack 50 and 54 from the fuel cell stack 20 be omitted. This means that the entire venting of the anode drain from the fuel cell system 20 through a single valve (either valve 50 or 54 ) he follows. This embodiment is advantageous in that it has an additional valve from the fuel cell system 20 eliminated. In addition, there is essentially no liquid water on the anode side of the fuel cell system 20 is generated, the use of only a single valve for venting the anode drain, that before venting, no liquid water, which is generated in the anode side of one of the fuel cell stacks, has to be led through the anode side of the other fuel cell stack together with the anode drain from the fuel cell system , Thus the fuel cell system 20 a single valve instead of the two valves 50 and 54 that are shown and are still within the scope of the present invention. When liquid water is produced, water separators (not shown) can flow through them 40 and or 44 may be used to prevent liquid water from flowing from one fuel cell stack to another fuel cell stack, but some of the advantages of the present invention cannot be realized.
    [0030] In 2 isteine zweite bevorzugte Ausführungsformeines Brennstoffzellensystems 20' gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 20' besitzt eine Vielzahlvon Brennstoffzellenstapeln, deren Anodenseiten über Durchflusspfade miteinanderverbunden sind, so dass ein Anodenabfluss, der durch einen Brennstoffzellenstapelerzeugt wird, in eine andere Anodenseite eines anderen Brennstoffzellenstapels strömen kann.Genauer umfasst das Brennstoffzellensystem 20' einen erstenBrennstoffzellenstapel 80, einen zweiten Brennstoffzellenstapel 82,einen dritten Brennstoffzellenstapel 84 bis zu einem n-ten Brennstoffzellenstapel 86.Es existiert eine erste, zweite, dritte und n-te Vorrichtung 88, 90, 92 und 94 zurLieferung von Anodenreaktand, in diesem Fall in Form von Gasinjektoren.Durchflusspfade 96, 98, 100 und 102 verbindendie jeweiligen Gasinjektoren 88, 90, 92 und 94 mitAnodeneinlassabschnitten 104, 106, 108 und 110 derAnodenseiten der jeweiligen Brennstoffzellenstapel 80, 82, 84 und 86.Die Kathodenseiten von jedem der Brennstoffzellenstapel 80, 82, 84 und 86 werdenmit Kathodenreaktand (O2) versorgt, derdurch die Kathodenseiten der Brennstoffzellenstapel strömt, wiein 2 gezeigt ist. Jeder derBrennstoffzellenstapel 80, 82, 84 und 86 dientdazu, die Anoden- und Kathodenreaktanden zu verwenden, um Elektrizität zusammenmit einem wasserstoffhaltigen Anodenabfluss und einem sauerstoffhaltigenKathodenabfluss zu erzeugen. Die Lieferung von Kathodenreaktandan die Brennstoffzellenstapel und die Entlüftung des Kathodenabflusses, derin den Brennstoffzellenstapeln erzeugt wird, sind hier nicht näher beschrieben.Es sei zu verstehen, dass der Kathodenreaktand an die verschiedenen Brennstoffzellenstapelgeliefert wird, und der Kathodenabfluss, der in den Brennstoffzellenstapelnerzeugt wird, von dem Brennstoffzellensystem in einer Menge entlüftet wird,die ausreichend ist, um die Betriebsanforderungen des Brennstoffzellensystemszu erfüllen.In 2 is a second preferred embodiment of a fuel cell system 20 ' shown. The fuel cell system 20 ' has a large number of fuel cell stacks, the anode sides of which are connected to one another via flow paths, so that an anode outflow through a Fuel cell stack is generated, can flow into another anode side of another fuel cell stack. More precisely, the fuel cell system includes 20 ' a first fuel cell stack 80 , a second fuel cell stack 82 , a third fuel cell stack 84 up to an nth fuel cell stack 86 , There are first, second, third and nth devices 88 . 90 . 92 and 94 to supply anode reactant, in this case in the form of gas injectors. Flow paths 96 . 98 . 100 and 102 connect the respective gas injectors 88 . 90 . 92 and 94 with anode inlet sections 104 . 106 . 108 and 110 the anode sides of the respective fuel cell stacks 80 . 82 . 84 and 86 , The cathode sides of each of the fuel cell stacks 80 . 82 . 84 and 86 are supplied with cathode reactant (O 2 ), which flows through the cathode sides of the fuel cell stack, as in 2 is shown. Each of the fuel cell stacks 80 . 82 . 84 and 86 serves to use the anode and cathode reactants to produce electricity along with a hydrogen-containing anode drain and an oxygen-containing cathode drain. The delivery of cathode reactant to the fuel cell stacks and the venting of the cathode outflow that is generated in the fuel cell stacks are not described in more detail here. It should be understood that the cathode reactant is supplied to the various fuel cell stacks and the cathode effluent generated in the fuel cell stacks is vented from the fuel cell system in an amount sufficient to meet the operating requirements of the fuel cell system.
    [0031] Wie oben angemerkt wurde, wird derin den Anodenseiten von jedem der Brennstoffzellenstapel erzeugteAnodenabfluss an einen Anodeneinlassabschnitt eines anderen Brennstoffzellenstapelsgeführt,so dass die Anodenseite jedes Brennstoffzellenstapels einen Anodenabflussvon einem anderen Brennstoffzellenstapel aufnehmen kann. Genauerist ein Anodenauslassabschnitt 112 des ersten Brennstoffzellenstapels 80 miteinem Anodeneinlassabschnitt 106 des zweiten Brennstoffzellenstapels 82 über einenDurchflusspfad 114 verbunden. Ein Anodenauslassabschnitt 116 deszweiten Brennstoffzellenstapels 82 ist über einen Durchflusspfad 118 mit demAnodeneinlassabschnitt 108 eines dritten Brennstoffzellenstapels 84 verbunden.Ein Anodenauslassabschnitt 120 eines dritten Brennstoffzellenstapels 84 ist über einenDurchflusspfad 122 mit einem Anodeneinlassabschnitt 110 einesn-ten Brennstoffzellenstapels 86 verbunden. Ein Anodenauslassabschnitt 124 desn-ten Brennstoffzellenstapels 86 ist über den Durchflusspfad 126 mitdem Anodeneinlassabschnitt 104 des ersten Brennstoffzellenstapels 80 verbunden.Somit sind die Anodenseiten der Vielzahl von Brennstoffzellenstapelnin dem Brennstoffzellensystem 20' alle miteinander durch die Durchflusspfadein Serie bzw. Reihe geschaltet verbunden. Ventile 128, 130, 132 und 134 sindin den jeweiligen Durchflusspfaden 114, 118, 122 und 126 positioniert.Die Ventile 128, 130, 132 und 134 dienendazu, eine Strömungdurch die jeweiligen Durchflusspfade 114, 118, 122 und 126 selektivzu unterbinden.As noted above, the anode drain generated in the anode sides of each of the fuel cell stacks is routed to an anode inlet portion of another fuel cell stack so that the anode side of each fuel cell stack can receive anode drain from another fuel cell stack. More specifically, an anode outlet section 112 of the first fuel cell stack 80 with an anode inlet section 106 of the second fuel cell stack 82 via a flow path 114 connected. An anode outlet section 116 of the second fuel cell stack 82 is via a flow path 118 with the anode inlet section 108 a third fuel cell stack 84 connected. An anode outlet section 120 a third fuel cell stack 84 is via a flow path 122 with an anode inlet section 110 of an nth fuel cell stack 86 connected. An anode outlet section 124 of the nth fuel cell stack 86 is across the flow path 126 with the anode inlet section 104 of the first fuel cell stack 80 connected. Thus, the anode sides of the plurality of fuel cell stacks are in the fuel cell system 20 ' all connected to one another by the flow paths connected in series or series. valves 128 . 130 . 132 and 134 are in the respective flow paths 114 . 118 . 122 and 126 positioned. The valves 128 . 130 . 132 and 134 serve to create a flow through the respective flow paths 114 . 118 . 122 and 126 selectively prevent.
    [0032] Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 sindmit Anodenauslassabschnitten 112, 116, 120 und 124 derjeweiligen Brennstoffzellenstapel 80, 82, 84 und 86 über Durchflusspfade 144, 146, 148 und 150 verbunden.Die Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 dienendazu, einen Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20' und von jeweiligen Brennstoffzellenstapeln 80, 82, 84 und 86 selektivzu entlüften.Zusammen mit der Entlüftungvon Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20' entlüften dieEntlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 auchStickstoff und/oder Wasser, die sich an der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20' angesammelthaben können.vent valves 136 . 138 . 140 and 142 are with anode outlet sections 112 . 116 . 120 and 124 the respective fuel cell stack 80 . 82 . 84 and 86 via flow paths 144 . 146 . 148 and 150 connected. The vent valves 136 . 138 . 140 and 142 serve to drain an anode from the fuel cell system 20 ' and from respective fuel cell stacks 80 . 82 . 84 and 86 to bleed selectively. Along with venting anode drain from the fuel cell system 20 ' bleed the vent valves 136 . 138 . 140 and 142 also nitrogen and / or water, which are on the anode side of the fuel cell system 20 ' may have accumulated.
    [0033] Zur Steuerung des Betriebs der Gasinjektoren 88, 90, 92 und 94,der Ventile 128, 130, 132 und 134 undder Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 wirdein Mikroprozessor (nicht gezeigt) verwendet. Der Mikroprozessorsteuert den individuellen Betrieb der Ventile, um das Brennstoffzellensystem 20' in einer gewünschtenBetriebsart zu betreiben, wie nachfolgend beschrieben ist.To control the operation of the gas injectors 88 . 90 . 92 and 94 , the valves 128 . 130 . 132 and 134 and the vent valves 136 . 138 . 140 and 142 a microprocessor (not shown) is used. The microprocessor controls the individual operation of the valves around the fuel cell system 20 ' to operate in a desired operating mode as described below.
    [0034] Die Ausführung des Brennstoffzellensystems 20' erlaubt, dassdas Brennstoffzellensystem 20' in einer Vielzahl verschiedenerBetriebsarten betrieben werden kann, wie für Fachleute nach einem Studiumder Figuren und der zugehörigenBeschreibung hier offensichtlich wird. Eine Betriebsart zum Betriebdes Brennstoffzellensystems 20' erfolgt in Paaren, wobei Paarevon Brennstoffzellenstapeln in Serie geschaltet betrieben werdenund jedes Paar parallel zu den anderen Paaren des Brennstoffzellensystemsbetrieben wird. Die Brennstoffzellen sind, wie hier und in der gesamtenAnmeldung geschehen, in Serie geschaltet, wenn ein wasserstoffhaltiger Strom,der an einen der Brennstoffzellenstapel geliefert wird, durch dieAnodenseite dieses Brennstoffzellenstapels gelangen kann und dannweiter als Anodenabfluss zu der Anodenseite des bzw. der anderen Brennstoffzellenstapelströmt.Die Brennstoffzellenstapel sind, wie hier und in der gesamten Anmeldung geschehen,parallel geschaltet, wenn der in einem Brennstoffzellenstapel erzeugteAnodenabfluss nicht an die Anodenseite des bzw. der anderen parallelangeordneten Brennstoffzellenstapel strömt. Jedoch kann ein Anodenabflussvon jedem der parallel angeordneten Brennstoffzellenstapel in Serienanordnung zuanderen Brennstoffzellenstapeln strömen. Die spezifischen beidenBrennstoffzellenstapel, die als ein Paar betrieben werden, können dannderart geschaltet werden, dass jeder Brennstoffzellenstapel zu verschiedenenZeiten mit einem anderen Brennstoffzellenstapel gepaart wird. Beispielsweisekann ein erster und ein zweiter Brennstoffzellenstapel 80 und 82 alsein Paar von Brennstoffzellenstapeln in Serie geschaltet betriebenwerden, währendein dritter und ein n-ter Brennstoffzellenstapel 84 und 86 alsein Paar von Brennstoffzellenstapeln in Serie geschaltet betriebenwerden. Um dies zu erreichen, wird ein Anodenreaktand durch einenersten Gasinjektor 88 und einen dritten Gasinjektor 92 andie Anodenseiten des jeweiligen ersten und dritten Brennstoffzellenstapels 80 und 84 geliefert,währendder zweite und n-te Gasinjektor 90 und 94 außer Betriebsind. Die Ventile 130 und 134 sind zusammen mitEntlüftungsventilen 136 und 140,die geschlossen sind, geschlossen.The execution of the fuel cell system 20 ' allowed the fuel cell system 20 ' can be operated in a variety of different modes, as will become apparent to those skilled in the art after studying the figures and the associated description. An operating mode for operating the fuel cell system 20 ' takes place in pairs, pairs of fuel cell stacks being operated in series and each pair being operated in parallel with the other pairs of the fuel cell system. As has been done here and throughout the application, the fuel cells are connected in series if a hydrogen-containing stream which is supplied to one of the fuel cell stacks can pass through the anode side of this fuel cell stack and then further as an anode drain to the anode side of the other Fuel cell stack flows. As has been done here and throughout the application, the fuel cell stacks are connected in parallel if the anode drain generated in a fuel cell stack does not flow to the anode side of the other fuel cell stack (s) arranged in parallel. However, an anode drain may flow from each of the parallel fuel cell stacks in series to other fuel cell stacks. The specific two fuel cell stacks, which are operated as a pair, can then be switched such that each fuel cell stack is paired with a different fuel cell stack at different times. For example, a first and a second fuel cell stack 80 and 82 as a pair of fuel cell stacks in series operated switched, while a third and an nth fuel cell stack 84 and 86 operated as a pair of fuel cell stacks connected in series. To achieve this, an anode reactant is passed through a first gas injector 88 and a third gas injector 92 to the anode sides of the respective first and third fuel cell stacks 80 and 84 delivered while the second and nth gas injector 90 and 94 are out of order. The valves 130 and 134 are together with vent valves 136 and 140 that are closed, closed.
    [0035] Der an den ersten Brennstoffzellenstapel 80 strömende Anodenreaktandgelangt dann durch die Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 80, wobeiein Anteil des Wasserstoffs in dem Anodenreak tand verbraucht wird,um Elektrizitätzu erzeugen. Ein von dem ersten Brennstoffzellenstapel 80 erzeugterAnodenabfluss strömtdann an die Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 82 über Durchflusspfad 114.Der zweite Brennstoffzellenstapel 82 verbraucht dann einenAnteil des in dem Anodenabfluss enthaltenen Wasserstoffs, um Elektrizität zu erzeugen.Der in dem zweiten Brennstoffzellenstapel 82 erzeugte Anodenabflusskann dann an eine unterstromige Komponente (nicht gezeigt) über einenDurchflusspfad 146 und ein Entlüftungsventil 138 entlüftet werden.Gleichermaßengelangt dann ein an den dritten Brennstoffzellenstapel 84 strömender Anodenreaktanddurch die Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84,wobei ein Anteil des Wasserstoffs in dem Anodenreaktand verbraucht wird,um Elektrizitätzu erzeugen. Der von dem dritten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugteAnodenabfluss strömtdann an die Anodenseite des n-ten Brenstoffzellenstapels 86 über denDurchflusspfad 122 und das Ventil 132. Der n-teBrennstoffzellenstapel 86 verbraucht dann einen Anteildes Wasserstoffs in dem Anodenabfluss, um Elektrizität zu erzeugen.Ein in dem n-ten Brennstoffzellenstapel 86 erzeugter Anodenabflusskann dann übereinen Durchflusspfad 150 und ein Entlüftungsventil 142 aneine unterstromige Komponente (nicht gezeigt) entlüftet werden.The one on the first fuel cell stack 80 flowing anode reactant then passes through the anode side of the first fuel cell stack 80 , wherein a portion of the hydrogen in the anode reactant is consumed to generate electricity. One of the first fuel cell stack 80 Anode runoff generated then flows to the anode side of the second fuel cell stack 82 via flow path 114 , The second fuel cell stack 82 then consumes a portion of the hydrogen contained in the anode drain to produce electricity. The one in the second fuel cell stack 82 Anode runoff generated can then be sent to a downstream component (not shown) via a flow path 146 and a vent valve 138 be vented. In the same way, one arrives at the third fuel cell stack 84 flowing anode reactant through the anode side of the third fuel cell stack 84 , wherein a portion of the hydrogen in the anode reactant is consumed to produce electricity. The one from the third fuel cell stack 84 Anode runoff generated then flows to the anode side of the nth fuel cell stack 86 via the flow path 122 and the valve 132 , The nth fuel cell stack 86 then consumes a portion of the hydrogen in the anode drain to generate electricity. One in the nth fuel cell stack 86 Anode runoff generated can then via a flow path 150 and a vent valve 142 to a downstream component (not shown).
    [0036] Nach einer Zeitdauer kann der Betriebdes Brennstoffzellensystems 20' dann derart geschaltet werden,dass jeder Brennstoffzellenstapel mit einem anderen Brennstoffzellenstapelgepaart wird. Beispielsweise kann der zweite und n-te Gasinjektor 90 und 94 sobetrieben werden, dass ein Anodenreaktand an einen zweiten und n-tenBrennstoffzellenstapel 82 und 84 geliefert wird,währendsich der erste und dritte Gasinjektor 88 und 82 außer Betriebbefindet. Die Ventile 132 und 128 sind zusammenmit Entlüftungsventilen 138 und 142,die geschlossen sind, geschlossen. Bei dieser Betriebsart werdender zweite und der dritte Brennstoffzellenstapel 82 und 84 in Seriemiteinander betrieben, währendder n-te und erste Brennstoffzellenstapel 86 und 80 inSerie miteinander betrieben werden. Ein an die Anodenseite des zweitenBrennstoffzellenstapels 82 strömender Anodenreaktand wirddazu verwendet, Elektrizitätzu erzeugen, währendder Anodenabfluss von dem zweiten Brennstoffzellenstapel 82 andie Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84 über einen Durchflusspfad 118 undein Ventil 130 geführtwird. Der dritte Brennstoffzellenstapel 84 verwendet dann denAnodenabfluss, um Elektrizitätzu erzeugen, und der von dem dritten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugteAnodenabfluss wird an eine unterstromige Komponente (nicht gezeigt) über einenDurchflusspfad 148 und ein Entlüftungsventil 140 entlüftet. Gleichermaßen wirdder an die Anodenseite des n-ten Brennstoffzellenstapels 86 gelieferteAnodenreaktand dazu verwendet, um Elektrizität zu erzeugen, und der in demn-ten Brennstoffzellenstapel 86 erzeugte Anodenabflusswird an die Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 80 über einenDurchflusspfad 126 und ein Ventil 134 geführt. Dererste Brennstoffzellenstapel 80 verwendet den Anodenabflussvon dem n-ten Brennstoffzellenstapel 86, um Elektrizität zu erzeugen.Der in dem ersten Brennstoffzellenstapel 80 erzeugte Anodenabflusswird übereinen Durchflusspfad 144 und ein Entlüftungsventil 136 aneine unterstromige Komponente (nicht gezeigt) entlüftet.After a period of time, the operation of the fuel cell system can 20 ' are then switched such that each fuel cell stack is paired with a different fuel cell stack. For example, the second and nth gas injector 90 and 94 operated so that an anode reactant to a second and nth fuel cell stack 82 and 84 is delivered while the first and third gas injector 88 and 82 is out of order. The valves 132 and 128 are together with vent valves 138 and 142 that are closed, closed. In this mode, the second and third fuel cell stacks 82 and 84 operated in series with each other during the nth and first fuel cell stacks 86 and 80 be operated in series with each other. One on the anode side of the second fuel cell stack 82 flowing anode reactant is used to generate electricity during the anode drain from the second fuel cell stack 82 to the anode side of the third fuel cell stack 84 via a flow path 118 and a valve 130 to be led. The third fuel cell stack 84 then uses the anode drain to generate electricity and that from the third fuel cell stack 84 Anode runoff generated is sent to a downstream component (not shown) via a flow path 148 and a vent valve 140 vented. Likewise, the one on the anode side of the nth fuel cell stack 86 supplied anode reactant used to generate electricity and that in the nth fuel cell stack 86 Anode runoff generated is on the anode side of the first fuel cell stack 80 via a flow path 126 and a valve 134 guided. The first fuel cell stack 80 uses the anode drain from the nth fuel cell stack 86 to generate electricity. The one in the first fuel cell stack 80 Anode runoff is generated via a flow path 144 and a vent valve 136 vented to a downstream component (not shown).
    [0037] Nach einer Zeitdauer wird der Betriebdes Brennstoffzellensystems 20' dann erneut eingestellt, so dassder Betrieb zu der ursprünglichenBetriebsart, die oben beschrieben ist, zurückkehren kann oder weiter durchdie Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln fortgesetzt werden kann,so dass ein anderes Paar von Brennstoffzellenstapeln in Serie undparallel mit einem oder mehreren anderen neuen Paaren der Brennstoffzellenstapelbetrieben wird, die in Serie geschaltet betrieben werden. Zusätzlich können abhängig vonder Anzahl von Brennstoffzellenstapeln in dem Brennstoffzellensystem 20' die verschiedenen Ventilein dem Bennstoffzellensystem 20' so eingestellt werden, dass mehrals zwei Brennstoffzellenstapel in Serie betrieben werden. Beispielsweise können einerster, zweiter und dritter Brennstoffzellenstapel 80, 82, 84 inSerie betrieben werden, wobei der Anodenreaktand an den ersten Brennstoffzellenstapel 80 geliefertwird, der Anodenabfluss von dem ersten Brennstoffzellenstapel 80 andie Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 82 geführt wird undder Anodenabfluss von dem zweiten Brennstoffzellenstapel 82 andie Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84 geführt wird.Diese drei Brennstoffzellenstapel können dann nach Bedarf parallel mitanderen Gruppierungen von Brennstoffzellenstapeln betrieben werden.Eine andere Möglichkeitbesteht darin, alle Brennstoffzellenstapel in dem Brennstoffzellensystem 20' in Serie miteinanderzu betreiben, wobei das Entlüftungsventil,das dem letzten Brennstoffzellenstapel der Serie zugeordnet ist,offen ist, und der Durchflusspfad von dem letzten Brennstoffzellenstapelder Serie zu dem ersten Brennstoffzellenstapel in der Serie geschlossenist. Der betätigteGasinjektor kann dann zusammen mit einer Änderung des Durchflusspfadventils,das geschlossen ist, und des Entlüftungsventils, das offen ist,und einer Kreislaufführungdurch die verschiedenen Brennstoffzellenstapel entweder in Folgenacheinander oder in abwechselnder Art und Weise nach Bedarf variiertwerden.After a period of time, the operation of the fuel cell system 20 ' then again set so that operation may revert to the original mode described above or continue through the plurality of fuel cell stacks so that another pair of fuel cell stacks in series and in parallel with one or more other new pairs of the Fuel cell stack is operated, which are operated in series. In addition, depending on the number of fuel cell stacks in the fuel cell system 20 ' the various valves in the fuel cell system 20 ' can be set so that more than two fuel cell stacks are operated in series. For example, a first, second and third fuel cell stack 80 . 82 . 84 be operated in series, with the anode reactant on the first fuel cell stack 80 is delivered, the anode drain from the first fuel cell stack 80 to the anode side of the second fuel cell stack 82 is guided and the anode drain from the second fuel cell stack 82 to the anode side of the third fuel cell stack 84 to be led. These three fuel cell stacks can then be operated in parallel with other groups of fuel cell stacks as required. Another possibility is to have all the fuel cell stacks in the fuel cell system 20 ' to operate in series with one another, the vent valve associated with the last fuel cell stack in the series being open and the flow path from the last fuel cell stack in the series to the first fuel cell stack in the series being closed. The actuated gas injector can then, together with a change in the flow path valve that is closed, and the vent valve, which is open, and a loop through the various fuel cell stacks, either sequentially or alternately, as required.
    [0038] Somit wird offensichtlich, dass dasBrennstoffzellensystem 20' ineiner großenAnzahl von Anordnungen und Permutationen betrieben werden kann.Die verschiedenen Permutationen und Betriebsarten können sokoordiniert werden, dass ein gewünschterBetrieb des Brennstoffzellensystems 20' vorgesehen wird. Beispielsweisekann der Betrieb so gestaltet und eingestellt werden, dass für eine imWesentlichen gleichmäßige Stickstoffverteilungoder Wasserverteilung überdas gesamte Brennstoffzellensystem gesorgt wird, so dass Konzentrationenvon einem oder beiden dieser Stoffe minimiert wird. Der Betriebkann auch so eingestellt werden, um für eine angemessene Befeuchtungaller Brennstoffzellenstapel zu sorgen, so dass keiner der Brennstoffzellenstapelin einem trockenen Zustand oder mit einer relativ niedrigen Feuchtebetrieben wird und eine Schädigungder Leistungsfähigkeitdes Brennstoffzellenstapels dadurch vermieden wird. Wenn fernereiner oder mehrere der Brennstoffzellenstapel ausfallen bzw. eineFehlfunktion aufweisen, könnendie geeigneten Ventile geschlossen werden, um den bzw. die ausgefallenenoder schadhaften Brennstoffzellenstapel abzutrennen, und das Brennstoffzellensystemkann ohne die ausgefallenen bzw. schadhaften Brennstoffzellenstapelbetrieben werden.So it becomes obvious that the fuel cell system 20 ' can be operated in a large number of arrangements and permutations. The various permutations and operating modes can be coordinated so that a desired operation of the fuel cell system 20 ' is provided. For example, the operation can be designed and adjusted such that an essentially uniform nitrogen distribution or water distribution is provided over the entire fuel cell system, so that concentrations of one or both of these substances are minimized. The operation can also be set to provide adequate humidification of all fuel cell stacks so that none of the fuel cell stacks are operated in a dry state or at a relatively low humidity, thereby avoiding damage to the performance of the fuel cell stack. Furthermore, if one or more of the fuel cell stacks fail or malfunction, the appropriate valves can be closed to separate the failed or defective fuel cell stack and the fuel cell system can operate without the failed or defective fuel cell stacks.
    [0039] Der Betrieb des Brennstoffzellensystems 20' und das Umschaltenzwischen den verschiedenen Betriebsarten kann auf Grundlage einerVielzahl von Steuerschemata basieren. Beispielsweise können, wieoben unter Bezugnahme auf das Brennstoffzellensystem 20 erwähnt ist,empirische Daten auf Grundlage einer Untersuchung eines Brennstoffzellensystems 20' oder eines ähnlichenBrennstoffzellensystems erzielt werden. Auf Grundlage der erzieltenempirischen Daten kann die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellensystems,um verschiedene Betriebsmerkmale zu optimieren, wie beispielsweise Stickstoffaufbauoder -verteilung, Wasseraufbau oder -verteilung und Zellenspannung,erzielt werden. Der gegenwärtigeBetriebszustand, wie beispielsweise die Last auf das Brennstoffzellensystem 20', kann mit denempirischen Daten verglichen werden, und die geeignete Betriebsartund Häufigkeitbzw. Frequenz zum Schalten der Betriebsarten kann damit erreichtwerden. Alternativ dazu kann ein Algorithmus verwendet werden, sodass der Mikroprozessor die gegenwärtigen Betriebsanforderungendes Brennstoffzellensystems 20' eingibt und die geeignete Betriebsartund Schalthäufigkeitbzw. -fequenz von Betriebsarten von dem Algorithmus bereitgestelltwird.Operation of the fuel cell system 20 ' and switching between the different modes of operation can be based on a variety of control schemes. For example, as above with reference to the fuel cell system 20 is mentioned, empirical data based on an investigation of a fuel cell system 20 ' or a similar fuel cell system can be achieved. Based on the empirical data obtained, the performance of the fuel cell system to optimize various operating characteristics, such as nitrogen build-up or distribution, water build-up or distribution, and cell voltage, can be achieved. The current operating state, such as the load on the fuel cell system 20 ' , can be compared with the empirical data, and the suitable operating mode and frequency or frequency for switching the operating modes can be achieved. Alternatively, an algorithm can be used so that the microprocessor meets the current operating requirements of the fuel cell system 20 ' inputs and the suitable operating mode and switching frequency or frequency of operating modes is provided by the algorithm.
    [0040] Das Brennstoffzellensystem 20' kann so betriebenwerden, dass zumindest eines der Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 offenist, um einen kontinuierlichen Durchfluss von Anodenabfluss vondem Brennstoffzellensystem 20' zu ermöglichen, oder kann alternativdazu so betrieben werden, dass alle Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 normalerweisegeschlossen sind und der Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20' periodischentlüftetwird (Aufstoßbetrieb),um Stickstoff oder Wasser zu spülen,das sich in dem Brennstoffzellensystem 20' aufgebaut hat. Gasinjektoren 88, 90, 92 und 94 können dazudienen, eine gewünschtestöchiometrischeMenge an Anodenreaktand an die verschiedenen Brennstoffzellenstapelzu liefern und/oder ein gewünschtesDruckniveau auf der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20' beizubehalten.Gleichermaßenkönnendie Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 auchso betrieben werden, dass ein gewünschter Druck auf der Anodenseitedes Brennstoffzellensystems 20' beibehalten wird.The fuel cell system 20 ' can be operated so that at least one of the vent valves 136 . 138 . 140 and 142 is open to a continuous flow of anode drain from the fuel cell system 20 ' to enable, or alternatively can be operated so that all vent valves 136 . 138 . 140 and 142 are normally closed and the anode drain from the fuel cell system 20 ' is periodically vented (surge mode) to purge nitrogen or water that is in the fuel cell system 20 ' has built up. gas injectors 88 . 90 . 92 and 94 can serve to deliver a desired stoichiometric amount of anode reactant to the various fuel cell stacks and / or a desired pressure level on the anode side of the fuel cell system 20 ' maintain. Likewise, the vent valves 136 . 138 . 140 and 142 also be operated so that a desired pressure on the anode side of the fuel cell system 20 ' is maintained.
    [0041] In 3 isteine erste alternative Ausführungsformdes Brennstoffzellensystems 20' gezeigt und als Brennstoffzellensystem 20'' bezeichnet. Das Brennstoffzellensystem 20'' ist schematisch gesehen identischzu dem Brennstoffzellensystem 20', das in 2 gezeigt ist, jedoch mit einem Unterschied.Dieser eine Unterschied besteht darin, dass die Ventile 128, 130, 132 und 134 von 2 in dem Brennstoffzellensystem 20'' Rückschlagventile sind, wie in 3 zu sehen ist. Die Rückschlagventile 128', 130', 142' und 143' begrenzen einenDurchfluss durch die jeweiligen Durchflusspfade 114, 118, 122 und 126 in eineeinzelne Richtung. Die Rückschlagventile 128', 130', 132' und 134' sind so orientiert,dass ein Durchfluss durch die jeweiligen Durchflusspfade 114, 118, 122 und 126 voneinem Anodenauslassabschnitt eines Brennstoffzel lenstapels zu einemAnodeneinlassabschnitt des verbundenen Brennstoffzellenstapels verläuft.In 3 is a first alternative embodiment of the fuel cell system 20 ' shown and as a fuel cell system 20 '' designated. The fuel cell system 20 '' is seen schematically identical to the fuel cell system 20 ' , this in 2 is shown, but with one difference. This one difference is that the valves 128 . 130 . 132 and 134 of 2 in the fuel cell system 20 '' Check valves are as in 3 you can see. The check valves 128 ' . 130 ' . 142 ' and 143 ' limit a flow through the respective flow paths 114 . 118 . 122 and 126 in a single direction. The check valves 128 ' . 130 ' . 132 ' and 134 ' are oriented so that a flow through the respective flow paths 114 . 118 . 122 and 126 from an anode outlet portion of a fuel cell stack to an anode inlet portion of the connected fuel cell stack.
    [0042] Die Betriebsarten des Brennstoffzellensystems 20'' (3)sind eingeschränkterals diejenigen des Brennstoffzellensystems 20' (2), das oben beschriebenist. Genauer können,da die Ventile 128', 130', 132' und 134' Rückschlagventilesind, diese Ventile nicht betätigtwerden, um einen Durchfluss durch die Durchflusspfade 114, 118, 122 und 126 zu unterbinden.Somit werden alle Brennstoffzellenstapel, die das Brennstoffzellensystem 20'' umfasst, in Serie betrieben undkönnennicht in Paare gruppiert werden, die parallel mit anderen Paarenvon Brennstoffzellenstapeln betrieben werden, wie es mit dem Brennstoffzellensystem 20' möglich ist.Zusätzlich strömt aufgrundder Verwendung von Rückschlagventilender Anodenreaktand und/oder Anodenabfluss, der durch die Anodenseitedes Brennstoffzellensystems 20'' fließt, in einemkontinuierlichen Kreis bzw. Schleife, der physikalisch nicht unterbrochenist. Ein Anteil des Anodenabflusses, der durch die Anodenseitendes Brennstoffzellensystems 20'' strömt, kannjedoch von dem Brennstoffzellensystem 20'' über einesoder mehrere der Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 entlüftet werden.Somit kann ein Anteil des Anodenabflusses, der durch das Brennstoffzellensystem 20'' strömt, über die Entlüftungsventileentlüftetwerden.The operating modes of the fuel cell system 20 '' ( 3 ) are more restricted than those of the fuel cell system 20 ' ( 2 ), which is described above. More precisely because the valves 128 ' . 130 ' . 132 ' and 134 ' Check valves are, these valves are not operated to allow flow through the flow paths 114 . 118 . 122 and 126 to prevent. Thus, all of the fuel cell stacks that make up the fuel cell system 20 '' includes, operated in series, and cannot be grouped into pairs that operate in parallel with other pairs of fuel cell stacks, as is the case with the fuel cell system 20 ' is possible. In addition, due to the use of check valves, the anode reactant and / or anode drain flows through the anode side of the fuel cell system 20 '' flows in a continuous circle or loop that is not physically interrupted. A portion of the anode runoff through the anode sides of the fuel cell system 20 '' flows, but can from the fuel cell system 20 '' via one or more of the vent valves 136 . 138 . 140 and 142 be vented. Thus a Proportion of anode runoff through the fuel cell system 20 '' flows through which the venting valves are vented.
    [0043] Das Brennstoffzellensystem 20'' kann auf eine Vielzahl von Betriebsartenbetrieben werden. Beispielsweise besteht eine Betriebsart darin,einen Anodenreaktand übereinen der Gasinjektoren 88, 90, 92 und 94 zuliefern und variiert wird, welcher Gasinjektor verwendet wird, umeinen Anodenreaktand an einen der Brennstoffzellenstapel zu liefern. DurchAbwechseln des Injektors, der dazu verwendet wird, einen Anodenreaktandan das Brennstoffzellensystem 20'' zuliefern, kann die Stick stoff- und Wasserverteilung über dasgesamte Brennstoffzellensystem 20'' gesteuertund möglicherweiseim Wesentlichen gleichmäßig über dasgesamte Brennstoffzellensystem 20'' verteiltwerden. Das Brennstoffzellensystem 20'' kannauch mit zwei oder mehr Gasinjektoren betrieben werden, die Anodenreaktandan das Brennstoffzellensystem 20'' liefern.Die zwei oder mehr Gasinjektoren, die dazu verwendet werden, denAnodenreaktand an das Brennstoffzellensystem 20'' zu führen, können dann geändert odergewechselt werden, um einen gewünschtenBetrieb des Brennstoffzellensystems 20'' vorzusehen.Somit kann das Brennstoffzellensystem 20'' ineiner Vielzahl von Betriebsarten betrieben werden, um einen gewünschtenBetrieb des Brennstoffzellensystems 20'' zuerhalten, besitzt jedoch weniger Variabilität bzw. Veränderbarkeit beim Betrieb alsdas Brennstoffzellensystem 20', das oben beschrieben wurde.The fuel cell system 20 '' can be operated in a variety of operating modes. For example, one mode is an anode reactant via one of the gas injectors 88 . 90 . 92 and 94 and which gas injector is used to deliver an anode reactant to one of the fuel cell stacks is varied. By alternating the injector used to add an anode reactant to the fuel cell system 20 '' can deliver the nitrogen and water distribution across the entire fuel cell system 20 '' controlled and possibly substantially uniform across the entire fuel cell system 20 '' be distributed. The fuel cell system 20 '' can also be operated with two or more gas injectors, the anode reactant to the fuel cell system 20 '' deliver. The two or more gas injectors used to deliver the anode reactant to the fuel cell system 20 '' can then be changed or switched to a desired operation of the fuel cell system 20 '' provided. Thus the fuel cell system 20 '' operate in a variety of modes to achieve desired operation of the fuel cell system 20 '' to obtain, however, has less variability or changeability during operation than the fuel cell system 20 ' described above.
    [0044] In 4 isteine zweite alternative Ausführungsformdes Brennstoffzellensystems 20' offenbart und als Brennstoffzellensystem 20''' bezeichnet.Das Brennstoffzellensystem 20''' ist im Wesentlichen gleichwie das Brennstoffzellensystem 20', das in 2 gezeigt ist, wobei die Ventile 128, 130, 132 und 134 vonden Durchflusspfaden 114, 118, 122 und 126 entferntsind. Die Entfernung dieser Ventile von den Durchflusspfaden erlaubt,dass die Strömungdurch die Durchflusspfade 114, 118, 122 und 126 injeder Richtung zwischen den verbundenen Brennstoffzellenstapelnströmenkann, und erlaubt keine Blockierung der Strömung durch die Durchflusspfade.Die Strömungsrichtungin den Durchflusspfaden 114, 118, 122 und 126 hängt davonab, welche und wie viele Gasinjektoren 88, 90, 92 und 94 Anodenreaktandan das Brennstoffzellensystem 20"' liefern, und hängt von der Menge an Anodenreaktand,die durch jeden der Gasinjektoren geliefert wird, und von der physikalischenGestaltung der Durchflusspfade ab. Mit anderen Worten strömt der durchdie Gasinjektoren 88, 90, 92 und 94 gelieferteAnodenreaktand in Richtung des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 80, 82, 84 und 86 undströmtauch durch die Durchflusspfade, die die einzelnen Brennstoffzellen(in jeder Richtung) verbinden, folgend dem Weg des geringsten Widerstandesund verlässtdas Brennstoffzellensystem 20''' über daseine oder übermehrere der offenen Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142, wennmit einer kontinuierlichen Entlüftungdes Anodenabflusses gearbeitet wird. Wenn das Brennstoffzellensystem 20''' ohnekontinuierliche Entlüftung desAnodenabflusses (Aufstoßbetrieb)betrieben wird, strömtder Anodenreaktand durch die Brennstoffzellenstapel und durch dieDurchflusspfade, die die einzelnen Brennstoffzellen (in jeder Richtung) verbinden,bis durch eine darauf auftreffende Strömung, die in das Brennstoffzellensystem 20''' von demselbenoder einem anderen Gasinjektor eingeführt wird, ein Widerstand auftritt,wie nachfolgend beschrieben ist. Der Aufstoßvorgang resultiert in einem "toten Punkt" (engl. "dead spot") in der Strömung desAnodenreaktanden in dem Durchflusspfad, der die Brennstoffzellenstapeldes Brennstoffzellensystems 20''' verbindet.Der "tote Punkt" repräsentiertden Ort, an dem ein Anodenreaktandendurchfluss von einem Injektorauf einen Anodenreaktandendurchfluss von demselben oder einem anderenInjektor auftrifft und ein Druckausgleich der beiden Durchflüsse stattfindet.Der Ort des "totenPunktes" variiertabhängigdavon, welcher der Gasinjektoren verwendet wird, um einen Anodenreaktandenan das Brennstoffzellensystem 20''' zu liefern,und variiert abhängigvon der Verrohrungsgestaltung oder den Verrohrungsbegrenzungen inden Anodenreaktandendurchflüssen.Der "tote Punkt" kann in jeder Richtungbewegt werden, indem der Durchfluss durch die Injektoren aus demGleichgewicht gebracht wird.In 4 is a second alternative embodiment of the fuel cell system 20 ' disclosed and as a fuel cell system 20 ''' designated. The fuel cell system 20 ''' is essentially the same as the fuel cell system 20 ' , this in 2 is shown with the valves 128 . 130 . 132 and 134 from the flow paths 114 . 118 . 122 and 126 are removed. The removal of these valves from the flow paths allows the flow through the flow paths 114 . 118 . 122 and 126 can flow in any direction between the connected fuel cell stacks and does not allow the flow to be blocked by the flow paths. The flow direction in the flow paths 114 . 118 . 122 and 126 depends on which and how many gas injectors 88 . 90 . 92 and 94 Anode reactant to the fuel cell system 20 " 'and depends on the amount of anode reactant delivered by each of the gas injectors and the physical design of the flow paths. In other words, it flows through the gas injectors 88 . 90 . 92 and 94 supplied anode reactant in the direction of the respective fuel cell stack 80 . 82 . 84 and 86 and also flows through the flow paths connecting the individual fuel cells (in any direction) following the path of least resistance and exits the fuel cell system 20 ''' via one or more of the open vent valves 136 . 138 . 140 and 142 when working with a continuous venting of the anode drain. If the fuel cell system 20 ''' If the anode drain is operated without continuous venting of the anode drain (burst operation), the anode reactant flows through the fuel cell stacks and through the flow paths connecting the individual fuel cells (in each direction), through an impinging flow into the fuel cell system 20 ''' resistance is introduced by the same or another gas injector, as described below. The bursting process results in a "dead spot" in the flow of the anode reactant in the flow path that the fuel cell stack of the fuel cell system 20 ''' combines. The "dead point" represents the place where an anode reactant flow from one injector meets an anode reactant flow from the same or another injector and a pressure equalization of the two flows takes place. The location of the "dead spot" varies depending on which of the gas injectors is used to deliver an anode reactant to the fuel cell system 20 ''' and varies depending on the tubing design or tubing limitations in the anode reactant flows. The "dead point" can be moved in any direction by unbalancing the flow through the injectors.
    [0045] Das Brennstoffzellensystem 20''',das oben unter Bezugnahme auf andere Brennstoffzellensysteme beschriebenist, wird bevorzugt betrieben, währendeine kontinuierliche Entlüftungeines Anteils des in dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugtenAnodenabflusses erfolgt. Alternativ dazu kann ein Brennstoffzellensystem 20''' ineiner Aufstoßbetriebsartbetrieben werden, in der ein Anodenabfluss nicht kontinuierlichvon dem Brennstoffzellensystem 20''' entlüftet wird,sondern periodisch nach Bedarf übereines der Entlüftungs-bzw. Ablassventile entlüftetwird, wie nachfolgend beschrieben ist.The fuel cell system 20 ''' Described above with reference to other fuel cell systems is preferably operated while continuously venting a portion of that in the fuel cell system 20 ''' generated anode drain. Alternatively, a fuel cell system 20 ''' operate in a burst mode in which anode drain is not continuous from the fuel cell system 20 ''' is vented, but is vented periodically as required via one of the vent or drain valves, as described below.
    [0046] Wenn das Brennstoffzellensystem 20''' mit kontinuierlicherEntlüftungbetrieben wird, ist eine Anzahl verschiedener Betriebsarten verfügbar, wiefür Fachleuteaus einem Studium der Zeichnungen und der folgenden Beschreibungdes Betriebs offensichtlich ist. Ein bevorzugtes Betriebsverfahrenfür das Brennstoffzellensystem 20''' betrifftdie Lieferung von Anodenreaktand über einen der Gasinjektoren 88, 90, 92 und 94 undeine kontinuierliche Entlüftungeines Anteils des Anodenabflusses, der in dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugtwird, durch eines der Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142.Nach einer Zeitdauer wird der Gasinjektor, der den Anodenreaktandliefert, umgeschaltet, und das Entlüftungsventil, das einen Anteildes Anodenabflusses entlüftet,wird ebenfalls umgeschaltet. In gewünschten Zeitintervallen kanndann eine Kreislaufführungdurch jeden der Gasinjektoren und jedes der Entlüftungsventile erfolgen, umfür eineim Allgemeinen gleichmäßige Wasser-und Stickstoffverteilung überdas gesamte Brennstoffzellensystem 20''' zu sorgen.Beispielsweise wird bei einer ersten Betriebsart das Brennstoffzellensystem 20''' miteinem Anodenreaktand durch einen ersten Gasinjektor 88 beliefert,währenddie verbleibenden Gasinjektoren außer Betrieb sind. Der von demersten Gasinjektor 88 gelieferte Anodenreaktand wird inzwei Anteile aufgespalten. Ein erster Anteil des Anodenreaktanden,der von dem Gasinjektor 88 geliefert wird, strömt in dieAnodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 80 über einenDurchflusspfad 96. Ein erster Brennstoffzellenstapel 80 verbrauchteinen Anteil des Anodenreaktanden, um Elektrizität zu erzeugen. Ein in dem erstenBrennstoffzellenstapel 80 erzeugter Anodenabfluss strömt an dieAnodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 82 über einenDurchflusspfad 114. Der zweite Brennstoffzellenstapel 82 verbrauchteinen Anteil des Wasserstoffs in dem Anodenabfluss, um Elektrizität zu erzeugen.Gleichermaßenströmtein in dem zweiten Brennstoffzellenstapel 82 erzeugterAnodenabfluss in Richtung der Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84 über einenDurchflusspfad 118. Jedoch ist auch ein Anodenabfluss vorhanden,der von der Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84 (infolgedes zweiten Anteils des Anodenreaktanden, der von dem ersten Gasinjektor 88 geliefertwird) in Richtung der Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 82 über einenDurchflusspfad 118 strömt,wie nachfolgend beschrieben ist. Ein zweiter Anteil des von demGasinjektor 88 gelieferten Anodenreaktanden strömt an denn-ten Brennstoffzellenstapel 86 über den Durchflusspfad 126.Da keine Ventile in den Durchflusspfaden vorhanden sind, die dieverschiedenen Brennstoffzellenstapel miteinander verbinden, strömt der zweiteAnteil des Anodenreaktanden in einer umgekehrten Richtung durchden n-ten Brennstoffzellenstapel 86 (von einem Auslassabschnittzu einem Einlassabschnitt). Der n-te Brennstoffzellenstapel 86 verbrauchteinen Anteil des Wasserstoffs in dem Anodenreaktand, um Elektrizität zu erzeugen.Der in dem n-ten Brennstoffzellenstapel 86 erzeugte Abfluss strömt von demAnodeneinlassabschnitt 110 durch den Anodenauslassabschnitt 120 über einenDurchflusspfad 122 an die Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84.Der dritte Brennstoffzellenstapel 84 verbraucht einen Anteildes Wasserstoffs in dem Anodenabfluss, um Elektrizität zu erzeugen.Der von dem dritten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugte Anodenabflussströmt über einenDurchflusspfad 118 in Richtung der Anodenseite des zweitenBrennstoffzellenstapels 82. Da der Durchflusspfad 118 derPfad ist, in dem sich die ersten und zweiten Anteile des durch denGasinjektor 88 gelieferten Anodenreaktanden tref fen, wirddas Entlüftungsventil 138 betätigt, umeinen Anteil des in dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugtenAnodenabflusses zu entlüften.Somit wird der von dem zweiten und dritten Brennstoffzellenstapel 82 und 84 erzeugteAnodenabfluss über Entlüftungsventil 138 undDurchflusspfad 146 aus dem Brennstoffzellensystem 20''' entlüftet.If the fuel cell system 20 ''' With continuous venting, a number of different modes of operation are available, as will be apparent to those skilled in the art from studying the drawings and the description of the operation that follows. A preferred operating method for the fuel cell system 20 ''' relates to the delivery of anode reactant via one of the gas injectors 88 . 90 . 92 and 94 and continuous venting of a portion of the anode drain that is in the fuel cell system 20 ''' is generated by one of the vent valves 136 . 138 . 140 and 142 , After a period of time, the gas injector, which supplies the anode reactant, is switched over, and the venting valve, which vented a portion of the anode outflow, is also switched over. At desired time intervals, a cycle can then be carried out through each of the gas injectors and each of the vent valves to ensure a generally uniform water and nitrogen distribution over the entire fuel cell system 20 ''' to care. For example, in a first operating mode, the fuel cell system 20 ''' with an anode reactant through a first gas injector 88 supplied while the remaining gas injectors are out of order. The one from the first gas injector 88 supplied anode reactant is split into two parts. A first portion of the anode reactant from the gas injector 88 is supplied flows into the anode side of the first fuel cell stack 80 via a flow path 96 , A first fuel cell stack 80 consumes a portion of the anode reactant to produce electricity. One in the first fuel cell stack 80 generated anode drain flows to the anode side of the second fuel cell stack 82 via a flow path 114 , The second fuel cell stack 82 consumes a portion of the hydrogen in the anode drain to produce electricity. Likewise, one flows in the second fuel cell stack 82 generated anode drain towards the anode side of the third fuel cell stack 84 via a flow path 118 , However, there is also an anode drain from the anode side of the third fuel cell stack 84 (due to the second portion of the anode reactant from the first gas injector 88 is supplied) towards the anode side of the second fuel cell stack 82 via a flow path 118 flows as described below. A second portion of that from the gas injector 88 supplied anode reactants flows to the nth fuel cell stack 86 via the flow path 126 , Since there are no valves in the flow paths that connect the various fuel cell stacks to one another, the second portion of the anode reactant flows through the nth fuel cell stack in a reverse direction 86 (from an outlet section to an inlet section). The nth fuel cell stack 86 consumes a portion of the hydrogen in the anode reactant to produce electricity. The one in the nth fuel cell stack 86 generated drain flows from the anode inlet section 110 through the anode outlet section 120 via a flow path 122 to the anode side of the third fuel cell stack 84 , The third fuel cell stack 84 consumes a portion of the hydrogen in the anode drain to produce electricity. The one from the third fuel cell stack 84 generated anode runoff flows through a flow path 118 towards the anode side of the second fuel cell stack 82 , Because the flow path 118 is the path in which the first and second portions of the gas injector 88 supplied anode reactants, the vent valve 138 actuated to a portion of the in the fuel cell system 20 ''' to vent the generated anode drain. Thus, that of the second and third fuel cell stacks 82 and 84 generated anode drain via vent valve 138 and flow path 146 from the fuel cell system 20 ''' vented.
    [0047] Diese Betriebsart hat zwei in Seriebetriebene Paare von Brennstoffzellenstapeln zur Folge (einen erstenund zweiten Brennstoffzellenstapel 80 und 82 undeinen dritten und n-ten Brennstoffzellenstapel 84 und 86),wobei die beiden Paare parallel zueinander betrieben werden, umElektrizitätzu erzeugen. Nach einer Zeitdauer wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems 20''' ineine andere Betriebsart umgeschaltet, in der ein anderer Gasinjektor Anodenreaktandan das Brennstoffzellensystem 20''' liefert, undein anderes Entlüftungsventilwird betätigt,um einen Anteil des Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem 20''' kontinuierlichzu entlüften.Beispielsweise kann der zweite Gasinjektor 90 betriebenwerden, um einen Anodenreaktand an das Brennstoffzellensystem 20''' zuliefern, währendder erste, dritte und n-te Gasinjektor 88, 92 und 94 außer Betriebsind. Dann wird das Entlüftungsventil 140 betätigt, umeine kontinuierliche Entlüftungeines Anteils des von dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugtenAnodenabflusses vorzusehen. Diese Betriebsart hat zur Folge, dassein Anteil des Anodenreaktanden, der durch den zweiten Gasinjektor 90 geliefertwird, durch die Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 82 strömt, undein anderer Anteil des Anodenreaktanden in einer umgekehrten Richtung über denDurchflusspfad 114 durch die Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 80 strömt. Derin dem zweiten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugte Anodenabflussströmtdurch die Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84 über einen Durchflusspfad 118,währendder in dem ersten Brennstoffzellenstapel 80 erzeugte Anodenabflussin einer umkehrten Richtung überDurchflusspfad 126 durch die Anodenseite des n-ten Brennstoffzellenstapels 86 strömt. Derin dem n-ten Brennstoffzellenstapel 86 erzeugte Anodenabflussströmtdann überden Durchflusspfad 122 und 148 aus dem Entlüftungsventil 140 herausan eine unterstromige Komponente. Der in dem dritten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugteAnodenabfluss strömtauch überden Durchflusspfad 148 durch das Entlüftungsventil 140 aneine unterstromige Komponente. Somit werden bei dieser Betriebsartzwei Paare von Brennstoffzellenstapeln in Serie betrieben (der zweiteund dritte Brennstoffzellenstapel 82 und 84 undder erste und n-te Brennstoffzellenstapel 80 und 86),die parallel zueinander betrieben werden.This operating mode results in two pairs of fuel cell stacks operated in series (a first and a second fuel cell stack 80 and 82 and a third and nth fuel cell stack 84 and 86 ), the two pairs being operated in parallel to produce electricity. After a period of time, the operation of the fuel cell system 20 ''' switched to another operating mode in which another gas injector reacted anode to the fuel cell system 20 ''' provides, and another vent valve is actuated to a portion of the anode drain from the fuel cell system 20 ''' vent continuously. For example, the second gas injector 90 operated to deliver an anode reactant to the fuel cell system 20 ''' to deliver while the first, third and nth gas injector 88 . 92 and 94 are out of order. Then the vent valve 140 actuated to continuously vent a portion of the fuel cell system 20 ''' to provide generated anode drain. This mode of operation results in a proportion of the anode reactant passing through the second gas injector 90 is delivered through the anode side of the second fuel cell stack 82 flows, and another portion of the anode reactant in a reverse direction across the flow path 114 through the anode side of the first fuel cell stack 80 flows. The one in the second fuel cell stack 84 generated anode runoff flows through the anode side of the third fuel cell stack 84 via a flow path 118 , while in the first fuel cell stack 80 generated anode runoff in a reverse direction via flow path 126 through the anode side of the nth fuel cell stack 86 flows. The one in the nth fuel cell stack 86 generated anode runoff then flows through the flow path 122 and 148 from the vent valve 140 out to an undercurrent component. The one in the third fuel cell stack 84 generated anode runoff also flows through the flow path 148 through the vent valve 140 to a downstream component. Thus, in this operating mode, two pairs of fuel cell stacks are operated in series (the second and third fuel cell stacks 82 and 84 and the first and nth fuel cell stacks 80 and 86 ) that are operated in parallel.
    [0048] Nach einer gewünschten Zeitdauer kann ein Betriebdes Brennstoffzellensystems 20''' wiederum soeingestellt werden, dass ein anderer Gasinjektor verwendet wird,um den Anodenreaktanden zu liefern, und ein anderes Entlüftungsventilverwendet wird, um einen Anteil des Anodenabflusses, der in demBrennstoffzellensystem 20''' erzeugt wird, kontinuierlich zuentlüften.Beispielweise kann der dritte Gasinjektor 92 so betriebenwerden, dass ein Anodenreaktand an das Brennstoffzellensystem 20''' geliefertwird, währendein Entlüftungsventil 142 sobetätigtwird, dass ein Anteil des Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem 20''' entlüftet wird.Dieser Betrieb hat zur Folge, dass der dritte und n-te Brennstoffzellenstapel 84 und 86 inSerie betrieben werden, währendder zweite und erste Brennstoffzellenstapel 82 und 80 inSerie betrieben werden. Die beiden Paare von in Serie betriebenenBrennstoffzellenstapeln werden parallel zueinander betrieben, wobeiein Anteil des Anodenabflusses, der durch die beiden Paare von Brennstoffzellenstapelnerzeugt wird, durch das Entlüftungsventil 142 entlüftet wird. Schließlich kannnach einer gewünschtenZeitdauer der Betrieb des Brennstoffzellensystems 20''' dann umgeschaltetwerden, um einen Anodenreaktanden über den n-ten Gasinjektor 94 zuliefern und einen Anteil des von dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugtenAnodenabflusses durch das Entlüftungsventil 136 zuentlüften.Diese Betriebsart hat zur Folge, dass der n-te und erste Brennstoffzellenstapel 86 und 80 inSerie betrieben werden, währendder dritte und zweite Brennstoffzellenstapel 84 und 82 inSerie betrieben werden. Die beiden Paare von Brennstoffzellenstapelnwerden parallel betrieben, und ein Anteil des von dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugten Anodenabflusseswird durch das Entlüftungsventil 136 kontinuierlichentlüftet.After a desired period of time, the fuel cell system can be operated 20 ''' again be set to use a different gas injector to deliver the anode reactant and another vent valve to use a portion of the anode effluent that is in the fuel cell system 20 ''' is generated to vent continuously. For example, the third gas injector 92 operated in such a way that an Ano reactivity to the fuel cell system 20 ''' is supplied while a bleed valve 142 is operated so that a portion of the anode drain from the fuel cell system 20 ''' is vented. This operation results in the third and nth fuel cell stacks 84 and 86 are operated in series while the second and first fuel cell stacks 82 and 80 be operated in series. The two pairs of fuel cell stacks operated in series are operated in parallel with one another, with a portion of the anode outflow generated by the two pairs of fuel cell stacks through the vent valve 142 is vented. Finally, the fuel cell system can be operated after a desired period of time 20 ''' then switched to an anode reactant via the nth gas injector 94 to deliver and a share of that from the fuel cell system 20 ''' generated anode drain through the vent valve 136 to vent. This operating mode has the consequence that the nth and first fuel cell stack 86 and 80 are operated in series during the third and second fuel cell stacks 84 and 82 be operated in series. The two pairs of fuel cell stacks are operated in parallel, and a portion of that from the fuel cell system 20 ''' Anode drain is generated by the vent valve 136 continuously vented.
    [0049] Das Brennstoffzellensystem 20''',das oben beschrieben ist, kann auch in einer "Aufstoß"-Betriebsart betrieben werden. Während derAufstoßbetriebsartwird der von dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugte Anodenabflussnicht kontinuierlich von dem System entlüftet, sondern es wird ermöglicht, dassder Anodenabfluss periodisch aufstoßen kann, um einen Aufbau vonStickstoff und/oder Wasser zu spülen.The fuel cell system 20 ''' described above can also be operated in a "burst" mode. During the burst mode, that of the fuel cell system 20 ''' generated anode runoff is not continuously vented from the system, but rather it is allowed that the anode runoff may periodically belch to purge nitrogen and / or water buildup.
    [0050] In der Aufstoß-Betriebsart kann das Brennstoffzellensystem 20''' auchauf eine Vielzahl von Wegen betrieben werden. Ein Betriebsverfahrenbesteht darin, einen Anodenreaktand von jedem zweiten Gasinjektorzu liefern und anschließendden Anodenreaktand durch die vorher außer Betrieb gewesenen Gasinjektorenzu liefern und dann zwischen den beiden Betriebsarten hin- und herzu schalten. Beispielsweise kann der Anodenreaktand von den Gasinjektoren 98 und 92 geliefertwerden, während sichdie Gasinjektoren 90 und 94 außer Betrieb befinden. Ein Anteildes von dem Gasinjektor 88 gelieferten Anodenreaktandenströmtan die Anodenseite des ersten Brennstoffzellenstapels 80 über den Durchflusspfad 96,wobei ein Anteil des Wasserstoffs verbraucht wird, um Elektrizität zu erzeugen.Ein in dem ersten Brennstoffzellenstapel 80 erzeugter Anodenabflussströmtin Richtung der Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 82 über Pfad 114. Jedochtrifft der Anodenabfluss von dem ersten Brennstoffzellenstapel 80 indem Durchflusspfad 114 auf einen Widerstand von dem indem zweiten Brennstoffzellenstapel 82 erzeugten Anodenabflussaufgrund dessen, da der Anodenreaktand in das Brennstoffzellensystem 20''' durcheinen Gasinjektor 92 eingespritzt wird und einen totenPunkt zur Folge hat, wie nachfolgend beschrieben ist. Ein andererAnteil des von dem Gasinjektor 88 gelieferten Anodenreaktandströmtan die Anodenseite des n-ten Brennstoffzellenstapels 86 über Durchflusspfad 126.Der von dem ersten Gasinjektor 88 an den n-ten Brennstoffzellenstapel 86 gelieferteAnodenreaktand strömt durchden n-ten Brennstoffzellenstapel 86 ineiner umgekehrten Art und Weise, so dass der Anodenreaktand in denAnodenauslassabschnitt 124 des n-ten Brennstoffzellenstapels 86 strömt. Dern-te Brennstoffzellenstapel 86 verbraucht einen Anteildes Wasserstoffs, um Elektrizitätzu erzeugen, und der in dem n-ten Brennstoffzellenstapel 86 erzeugteAnodenabfluss strömtin Richtung des dritten Brennstoffzellenstapels 84 über denDurchflusspfad 122. Jedoch trifft der Anodenabfluss vondem n-ten Brennstoffzellenstapel 86 in dem Durchflusspfad 122 aufeinen Widerstand von dem Anodenabfluss, der in dem dritten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugtwird, und hat einen toten Punkt zur Folge, wie nachfolgend beschrieben ist.In the burst mode, the fuel cell system 20 ''' can also be operated in a variety of ways. One method of operation is to deliver an anode reactant from every other gas injector and then deliver the anode reactant through the previously inoperative gas injectors and then switch back and forth between the two modes. For example, the anode reactant from the gas injectors 98 and 92 be delivered while the gas injectors 90 and 94 are out of order. A portion of that from the gas injector 88 supplied anode reactants flows to the anode side of the first fuel cell stack 80 via the flow path 96 , a portion of the hydrogen being consumed to produce electricity. One in the first fuel cell stack 80 generated anode drain flows in the direction of the anode side of the second fuel cell stack 82 over path 114 , However, the anode drain hits from the first fuel cell stack 80 in the flow path 114 for resistance from that in the second fuel cell stack 82 generated anode runoff because of the anode reactant in the fuel cell system 20 ''' through a gas injector 92 is injected and results in a dead point, as described below. Another portion of that from the gas injector 88 supplied anode reactant flows to the anode side of the nth fuel cell stack 86 via flow path 126 , The one from the first gas injector 88 to the nth fuel cell stack 86 supplied anode reactant flows through the nth fuel cell stack 86 in a reverse manner so that the anode reactant enters the anode outlet section 124 of the nth fuel cell stack 86 flows. The nth fuel cell stack 86 consumes a portion of the hydrogen to generate electricity and that in the nth fuel cell stack 86 generated anode drain flows in the direction of the third fuel cell stack 84 via the flow path 122 , However, the anode drain hits from the nth fuel cell stack 86 in the flow path 122 to resistance from the anode drain that is in the third fuel cell stack 84 is generated and results in a dead point as described below.
    [0051] In ähnlicher Weise strömt ein Anteildes von dem dritten Gasinjektors 92 gelieferten Anodenreaktandenan die Anodenseite des dritten Brennstoffzellenstapels 84 über einenDurchflusspfad 100, wobei ein Anteil des Wasserstoffs verbrauchtwird, um Elektrizitätzu erzeugen. Der in dem dritten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugteAnodenreaktand strömtdann, wie oben beschrieben ist, übereinen Durchflusspfad 122 in Richtung des n-ten Brennstoffzellenstapels 86. Jedochströmtder in dem n-ten Brennstoffzellenstapel 86 erzeugte Anodenabflussauch in dem Durchflusspfad 122 in einer entgegengesetztenRichtung und trifft auf den in dem dritten Brennstoffzellenstapel 84 erzeugtenAnodenabfluss. Der Strom der Anodenabflüsse von dem dritten und n-tenBrennstoffzellenstapel 84 und 86 in Richtung zueinanderhat zur Folge, dass in dem Durchflusspfad 122 ein toterPunkt auftritt. Ein anderer Anteil des von dem dritten Gasinjektor 92 geliefertenAnodenreaktanden strömt über einenDurchflusspfad 118 an die Anodenseite des zweiten Brennstoffzellenstapels 82,wobei ein Anteil des Wasserstoffs verbraucht wird, um Elektrizität zu erzeugen.Ein in dem zweiten Brennstoffzellenstapel 82 erzeugterAnodenabfluss wird von dem Anodeneinlassabschnitt 106 ausgestoßen undströmt über denDurchflusspfad 114 in Richtung des ersten Brennstoffzellenstapels 80.Jedoch strömt,wie oben beschrieben ist, auch der in dem ersten Brennstoffzellenstapel 80 erzeugteAnodenabfluss in dem Durchflusspfad 114 in Richtung deszweiten Brennstoffzellenstapels 82. Somit strömen dievon den ersten und zweiten Brennstoffzellenstapeln 80 und 82 erzeugtenAnodenabflüssein Richtung zueinander, was zur Folge hat, dass ein toter Punktin dem Durchflusspfad 114 auftritt. Um einen Austrocknenoder eine Entfeuchtung eines Anteils von einem der Brennstoffzellenstapelzu verhindern und eine allgemein gleichförmige Stickstoff- und Wasserverteilung zuunterstützen,kann das Brennstoffzellensystem 20''' dann in eineralternativen Betriebsart betrieben werden, in der Gasinjektoren 90 und 94 denAnodenreaktand an das Brennstoffzellensystem 20''' liefern, während sichdie Gasinjektoren 88 und 92 außer Betrieb befinden. Es istanzumerken, dass die toten Punkte auf der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20''' nunin den Durchflusspfaden 118 und 126 auftreten.Ein Betrieb des Brennstoffzellensystems 20''' kann dann zwischendiesen beiden Betriebsarten abgewechselt werden, um einen gewünschten Betriebvorzusehen und eine gleichförmigeStickstoff- und Wasserverteilung über das gesamte Brennstoffzellensystem 20''' zuunterstützen.Similarly, a portion of that flows from the third gas injector 92 supplied anode reactants to the anode side of the third fuel cell stack 84 via a flow path 100 , a portion of the hydrogen being consumed to produce electricity. The one in the third fuel cell stack 84 Anode reactant generated then flows over a flow path as described above 122 towards the nth fuel cell stack 86 , However, it flows in the nth fuel cell stack 86 generated anode runoff also in the flow path 122 in an opposite direction and meets that in the third fuel cell stack 84 generated anode runoff. The flow of anode drains from the third and nth fuel cell stacks 84 and 86 towards each other has the consequence that in the flow path 122 a dead spot occurs. Another portion of that from the third gas injector 92 supplied anode reactants flow through a flow path 118 to the anode side of the second fuel cell stack 82 , a portion of the hydrogen being consumed to produce electricity. One in the second fuel cell stack 82 Anode runoff generated is from the anode inlet section 106 ejected and flows through the flow path 114 towards the first fuel cell stack 80 , However, as described above, that in the first fuel cell stack also flows 80 generated anode runoff in the flow path 114 towards the second fuel cell stack 82 , Thus, the flow from the first and second fuel cell stacks 80 and 82 generated anode drains toward each other, resulting in a dead point in the flow path 114 occurs. To dry out or dehumidify a portion of one of the The fuel cell system can prevent fuel cell stacks and support a generally uniform nitrogen and water distribution 20 ''' then operated in an alternative mode, in the gas injectors 90 and 94 the anode reactant to the fuel cell system 20 ''' deliver while the gas injectors 88 and 92 are out of order. It should be noted that the dead spots on the anode side of the fuel cell system 20 ''' now in the flow paths 118 and 126 occur. Operation of the fuel cell system 20 ''' can then be alternated between these two modes of operation to provide a desired operation and a uniform nitrogen and water distribution over the entire fuel cell system 20 ''' to support.
    [0052] Der in dem Brennstoffzellensystem 20''' erzeugteAnodenabfluss wird dann nach Bedarf periodisch entlüftet bzw.einem Aufstoßvorgangunterzogen. Dies bedeutet, dass eines oder mehrere der Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 geöffnet werden,um einen Anteil des von dem Brennstoffzellensystems 20''' erzeugtenAnodenabfluss zu entlüften.Bevorzugt entsprechen die Entlüftungsventile, diegeöffnetwerden, den toten Punkten, die in dem Brennstoffzellensystem 20''' aufgetretensind. Dies bedeutet, dass, wenn ein toter Punkt in dem Durchflusspfad 114 auftritt,es bevorzugt ist, dass das Entlüftungsventil 136 dazuverwendet wird, den Anodenabschluss von dem Brennstoffzellensystem 20''' entlüften. Gleichermaßen istes, wenn der tote Punkt in den Durchflusspfaden 118, 122 und/oder126 auftritt, bevorzugt, dass der Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20''' durchEntlüftungsventile 138, 140 und/oder142 entlüftetwird. Somit wird der Anodenabfluss von dem Brennstoffzellensystem 20''' über einesoder mehrere der Entlüftungsventile 136, 138, 140 und 142 selektiveinem Aufstoßvorgangunterzogen oder entlüftet.Es sei angemerkt, dass der Betrieb des Brennstoffzellensystems 20''' zwischen denverschiedenen offenbarten Betriebsarten geschaltet werden kann,währendein Entlüftungs-oder Aufstoßvorgangdes Anodenabflusses nach Bedarf ausgeführt wird, und ein Entlüften oderAufstoßen nichtwährendjeder anderen Betriebsart notwendig ist.The one in the fuel cell system 20 ''' Anode runoff generated is then periodically vented or subjected to a bursting process as required. This means that one or more of the bleed valves 136 . 138 . 140 and 142 be opened to a portion of the fuel cell system 20 ''' vent the generated anode drain. Preferably, the vent valves that are opened correspond to the dead spots in the fuel cell system 20 ''' appeared. This means that if there is a dead point in the flow path 114 occurs, it is preferred that the vent valve 136 is used to terminate the anode from the fuel cell system 20 ''' Vent. Likewise, it is when the dead point in the flow paths 118 . 122 and / or 126 occurs, preferably that the anode drain from the fuel cell system 20 ''' through vent valves 138 . 140 and / or 142 is vented. Thus, the anode drain from the fuel cell system 20 ''' via one or more of the vent valves 136 . 138 . 140 and 142 selectively subjected to an opening or venting process. It should be noted that the operation of the fuel cell system 20 ''' can be switched between the various modes of operation disclosed while venting or purging the anode drain as needed and venting or belching is not necessary during any other mode.
    [0053] Eine Änderung des Betriebs des Brennstoffzellensystems 20''' dahingehend,welcher Gasinjektor den Anodenreaktand liefert und welches Entlüftungsventileinen Anteil des Andenabflusses entlüftet, verteilt den Stickstoffund das Wasser überdie gesamte Anodenseite des Brennstoffzellensystems 20'''.Bevorzugt haben die Intervalle, innerhalb denen zwischen den verschiedenenBetriebsarten geschaltet wird, eine im Wesentlichen gleichförmige Stickstoffverteilungund Wasserverteilung überdas gesamte Brennstoffzellensystem 20''' zur Folge.Wie oben unter Be zugnahme auf die Brennstoffzellensysteme 20, 20' und 20'' beschrieben worden ist, können dieIntervalle, innerhalb denen der Betrieb des Brennstoffzellensystems 20''' zwischenverschiedenen Betriebsarten geschaltet wird, als Grundlage eineVielzahl von Faktoren haben. Beispielsweise kann der Betrieb desBrennstoffzellensystems 20''' mit empirischen Daten verglichenwerden, um die geeignete Häufigkeitbzw. Frequenz zu bestimmen, mit der Betriebsvorgänge geschaltet werden, oderes kann ein Algorithmus verwendet werden, um die Frequenz bzw. Häufigkeitzu bestimmen, mit der das Brennstoffzellensystem 20''' zwischenden verschiedenen Betriebsarten geschaltet werden soll.A change in the operation of the fuel cell system 20 ''' which gas injector delivers the anode reactant and which vent valve vent a portion of the Andean outflow distributes the nitrogen and water over the entire anode side of the fuel cell system 20 ''' , The intervals within which switching between the different operating modes preferably have a substantially uniform nitrogen distribution and water distribution over the entire fuel cell system 20 ''' result. As above with reference to the fuel cell systems 20 . 20 ' and 20 '' The intervals within which the operation of the fuel cell system can be described 20 ''' switching between different modes of operation is based on a large number of factors. For example, the operation of the fuel cell system 20 ''' compared with empirical data to determine the appropriate frequency or frequency at which operations are switched, or an algorithm can be used to determine the frequency or frequency at which the fuel cell system 20 ''' to switch between the different operating modes.
    [0054] Somit sorgt das Brennstoffzellensystem 20''' für einenBetrieb von Paaren von Brenstoffzellenstapeln in Serie miteinander,die parallel mit anderen Paaren von in Serie betriebenen Brennstoffzellenstapelnbetrieben werden. Das Brennstoffzellensystem 20''' sorgtauch füreinen Durchfluss durch die Anodenseite der Brennstoffzellenstapelin jeder Richtung. Die Durchflussmuster resultieren in einer guten Verteilungvon Stickstoff und Wasser überdas gesamte Brennstoffzellensystem 20''' und können eine gesteigerteLeistungsfähigkeitdes Brennstoffzellensystems zur Folge haben.The fuel cell system thus ensures 20 ''' for operating pairs of fuel cell stacks in series with one another, which are operated in parallel with other pairs of fuel cell stacks operated in series. The fuel cell system 20 ''' also ensures flow through the anode side of the fuel cell stack in any direction. The flow patterns result in a good distribution of nitrogen and water across the entire fuel cell system 20 ''' and can result in increased performance of the fuel cell system.
    [0055] Währenddie vorliegende Erfindung unter Bezugname auf spezifische Beispiele,die in den Figuren gezeigt und als Brennstoffzellensysteme 20, 20', 20'' und 20''' bezeichnetsind, beschrieben worden ist, sei angemerkt, dass Abwandlungen hinsichtlichder Gestaltung und dem Betrieb der verschiedenen Brennstoffzellensystemedurchgeführtwerden können,ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweiseist, währenddie verschiedene Brennstoffzellenstapel als einzelne Brennstoffzellenstapelgezeigt und beschrieben worden sind, anzumerken, dass die Brennstoffzellenstapeleinen einzelnen Brennstoffzellenstapel umfassen können, derin separate Zonen oder Bereiche unterteilt oder partioniert ist,so dass die Anodenseiten getrennt sind und einzelne separate Anodendurchflusspfade bilden,durch die Anodenreaktand und/oder Anodenabfluss strömen kannund eine Stromerzeugung stattfinden kann. Zusätzlich sind die Ventile (diegeöffnetund geschlossen werden können)in den Durchflusspfaden bevorzugt einfache Ein-/Aus-Ventile, diebetätigbarsind, um eine Strömungdurch die verschiedenen Durchflusspfade zuzulassen bzw. zu blockieren,infolge der geringen Kosten und der geringen Komplexität, wobeijedoch die Ventile auch Regler und einstellbare Ventile (Proportionalventile) seinkönnen,die die Menge des Durchflusses durch die verschiedenen Durchflusspfadesteuern können, undimmer noch innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindungliegen. Die Verwendung von Reglern oder einstellbaren Ventilen (Proportionalventilen)erlaubt glatte Übergänge voneiner Betriebsart zu der nächstenund kann Druckübergänge an den Brennstoffzellenstapelnverringern. Zusätzlichkönnen,währendGasinjektoren gezeigt sind, die zur Lieferung von Anodenreaktandan die Brennstoffzellensysteme verwendet werden, andere Mittel zurLieferung von Anodenreaktand an die Brennstoffzellensysteme verwendetwerden. Überdiesist es, wenn flüssigesWasser von den Brennstoffzellenstapeln erzeugt wird, anzumerken,dass Abscheider in den Durchflussfpaden, die die Anodenseiten derBrennstoffzellenstapel miteinander verbinden, positioniert seinkönnen,um zu verhindern, dass flüssigesWasser von der Anodenseite eines Brennstoffzellenstapels an dieAnodenseite eines anderen Brennstoffzellenstapels strömen kann,ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fernerist es, währendder Anodenabfluss, der von den Brennstoffzellensystemen entlüftet wird,dahingehend beschrieben ist, dass er an eine unterstromige Komponentegeliefert wird, anzumerken, dass der Anodenabfluss abhängig vondem Wasserstoffgehalt an die Atmosphäre entlüftet werden kann und immer nochinnerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt.While the present invention makes reference to specific examples shown in the figures and as fuel cell systems 20 . 20 ' . 20 '' and 20 ''' have been described, it should be noted that modifications in the design and operation of the various fuel cell systems can be made without departing from the scope of the invention. For example, while the various fuel cell stacks have been shown and described as individual fuel cell stacks, it should be noted that the fuel cell stacks can comprise a single fuel cell stack that is divided or partitioned into separate zones or areas so that the anode sides are separated and form individual separate anode flow paths. can flow through the anode reactant and / or anode drain and current generation can take place. In addition, the valves (which can be opened and closed) in the flow paths are preferably simple on / off valves which can be actuated to allow or block a flow through the different flow paths, owing to the low cost and the low complexity, however, the valves may also be regulators and adjustable valves (proportional valves) that can control the amount of flow through the various flow paths and are still within the scope of the present invention. The use of regulators or adjustable valves (proportional valves) allows smooth transitions from one operating mode to the next and can reduce pressure transitions on the fuel cell stacks. In addition, while gas injectors are shown that are used to deliver anode reactant to the fuel cell systems, other means can be provided Anode reactant to the fuel cell systems are used. Furthermore, when liquid water is generated from the fuel cell stacks, it should be noted that separators may be positioned in the flow paths connecting the anode sides of the fuel cell stacks to prevent liquid water from the anode side of one fuel cell stack to the anode side of another Fuel cell stack can flow without departing from the scope of the present invention. Furthermore, while the anode drain vented from the fuel cell systems is described as being delivered to a downstream component, it should be noted that the anode drain may be vented to the atmosphere depending on the hydrogen content and still within the scope of the present invention.
    [0056] Die Beschreibung der Erfindung istlediglich beispielhafter Natur, und somit sind Variationen, die nichtvom Schutzumfang der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfangesder Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Variationen sind nicht alsAbweichung vom Schutzumfang der Erfindung anzusehen.The description of the invention ismerely exemplary in nature, and thus are variations that are notdeviate from the scope of the invention than within the scopeto view the invention. Such variations are not consideredView deviation from the scope of the invention.
    [0057] Zusammengefasst ist ein Brennstoffzellensystemoffenbart, das einen Anodenabfluss von einem Brennstoffzellenstapelan die Anodenseite eines anderen Brennstoffzellenstapels führt, umnicht verbrauchten Wasserstoff bei der Erzeugung von Elektrizität zu verbrauchen.Das Führendes Anodenabflusses von einem Brennstoffzellenstapel zu einem anderenwird dadurch erreicht, dass Durchflusswege vorgesehen werden, diedie Anodenseiten der verschiedenen Brennstoffzellenstapel miteinanderverbinden. Die Durchflusswege enthalten Ventile, die dazu dienen,einen Durchfluss durch die verschiedenen Durchflusswege nach Bedarfselektiv zu blockieren. Optional dazu können die Durchflusswege ohne jeglicheVentile betrieben werden. Es sind auch Verfahren zum Betrieb derartigerBrennstoffzellensysteme offenbart.A fuel cell system is summarizeddiscloses an anode drain from a fuel cell stackleads to the anode side of another fuel cell stackConsume unused hydrogen in the generation of electricity.Leadingthe anode drain from one fuel cell stack to anotheris achieved by providing flow paths thatthe anode sides of the different fuel cell stacks with each otherconnect. The flow paths contain valves that are used toa flow through the various flow paths as requiredto selectively block. Optionally, the flow paths can be done without anyValves are operated. There are also methods of operating suchFuel cell systems disclosed.
    权利要求:
    Claims (33)
    [1]
    Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystemsmit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, von denen jederdazu dient, einen wasserstoffhaltigen Anodenreaktand auf einer Anodenseitedes Brennstoffzellenstapels und einen oxidationsmittelhaltigen Kathodenreaktandauf einer Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels in Elektrizität, einenwasserstoffhaltigen Anodenabfluss auf der Anodenseite und einenoxidationsmittelhaltigen Kathodenabfluss auf der Kathodenseite umzuwandeln,wobei die Anodenseite jedes Brennstoffzellenstapels mit der Anodenseiteeines anderen Brennstoffzellenstapels über einen Durchflusspfad verbundenist, wobei das Verfahren umfasst, dass: a) ein wasserstoffhaltigerAnodenreaktandenstrom an eine Anodenseite zumindest eines Brennstoffzellenstapelsder Vielzahl von Brennstoffzellenstapel zur Reaktion darin und zurErzeugung eines ersten Anodenabflussstroms geliefert wird; b)der erste Anodenabflussstrom an die Anodenseite zumindest einesder anderen Brennstoffzellenstapel der Vielzahl von Brennstoffzellenstapel über die Durchflusspfadezur Reaktion darin und zur Erzeugung eines zweiten Anodenabflussstromesgeliefert wird; und c) auf den bzw. die Brennstoffzellenstapelumgeschaltet wird, die den Anodenreaktandenstrom erhalten sollen.Method for operating a fuel cell systemwith a variety of fuel cell stacks, each of whichserves a hydrogen-containing anode reactant on one anode sideof the fuel cell stack and an oxidant-containing cathode reactanton a cathode side of the fuel cell stack in electricity, onehydrogen-containing anode drain on the anode side and oneconvert oxidant-containing cathode drain on the cathode side,the anode side of each fuel cell stack with the anode sideanother fuel cell stack connected via a flow path, the method comprising:a) a hydrogen-containingAnode reactant stream on an anode side of at least one fuel cell stackthe variety of fuel cell stacks for reaction therein andGenerating a first anode drain stream is provided;b)the first anode drain flow to the anode side of at least onethe other fuel cell stack of the plurality of fuel cell stacks via the flow pathsto react therein and to generate a second anode drain streamis delivered; andc) on the fuel cell stack (s)is switched, which should receive the anode reactant current.
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dassein Anteil des Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem selektiventlüftetwird.The method of claim 1, further comprising thatselectively select a portion of the anode drain from the fuel cell systemventedbecomes.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 2, wobei das selektive Entlüften einesAnteils des Anodenabflusses umfasst, dass der Anteil des Anodenabflussesvon einer Anzahl von Brennstoffzellenstapeln selektiv entlüftet wird,die gleich der Anzahl von den Anodenreaktandenstrom aufnehmendenBrennstoffzellenstapeln ist.The method of claim 2, wherein selectively venting oneShare of anode runoff includes that share of anode runoffis selectively vented from a number of fuel cell stacks,which are equal to the number of anode reactant currentsIs fuel cell stacking.
    [4]
    Verfahren nach Anspruch 2, wobei das selektive Entlüften einesAnteils des Anodenabflusses umfasst, dass der Anteil des Anodenabflussesvon einem Brennstoffzellenstapel selektiv entlüftet wird, der von dem zumindesteinen Brennstoffzellenstapel, der den Anodenreaktandenstrom aufnimmt,verschieden ist.The method of claim 2, wherein selectively venting oneShare of anode runoff includes that share of anode runoffis selectively vented from a fuel cell stack, at least from thea fuel cell stack that receives the anode reactant stream,is different.
    [5]
    Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dasseine Strömungdurch zumindest einen der Durchflusspfade blockiert wird.The method of claim 1, further comprising thata currentis blocked by at least one of the flow paths.
    [6]
    Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend, dassdahingehend umgeschaltet wird, welcher zumindest eine Durchflusspfadblockiert werden soll, wenn auf den bzw. die den Anodenreaktandenstrom empfangendenBrennstoffzellenstapelumgeschaltet wird.The method of claim 5, further comprising thatis switched to which at least one flow pathshould be blocked when on the receiving the anode reactant streamFuel cell stack is switched.
    [7]
    Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dassein Betriebszustand des Brennstoffzellensystems mit empirischenDaten verglichen wird, wobei das Umschalten auf den bzw. die Brennstoffzellenstapel,die den Anodenreaktandenstrom erhalten sollen, auf dem Vergleichbasiert.The method of claim 1, further comprising thatan operating state of the fuel cell system with empiricalData is compared, switching to the fuel cell stack or stacks,which are to receive the anode reactant stream on the comparisonbased.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umschalten aufden bzw. die Brennstoffzellenstapel, die den Anodenreaktandenstromerhalten sollen, auf einem Algorithmus basiert.The method of claim 1, wherein switching tothe fuel cell stack or stacks containing the anode reactant streamshould be based on an algorithm.
    [9]
    Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umschalten aufden bzw. die Brennstoffzellenstapel, die den Anodenreaktandenstromerhalten sollen, mit einer Häufigkeitbzw. Frequenz durchgeführtwird, die zumindest eine Größenordnungschneller als eine Stickstoffaufbauzeit in dem Brennstoffzellensystem ist.The method of claim 1, wherein switching to the fuel cell stack (s) that are to receive the anode reactant stream with a ner frequency or frequency is carried out, which is at least an order of magnitude faster than a nitrogen build-up time in the fuel cell system.
    [10]
    Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dassein Anteil des von dem Brennstoffzellensystem erzeugten Anodenabflusseskontinuierlich entlüftetwird.The method of claim 1, further comprising thata portion of the anode runoff generated by the fuel cell systemcontinuously ventedbecomes.
    [11]
    Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Liefern einesAnodenreaktandenstroms an eine Anodenseite von zumindest einem Brennstoffzellenstapelumfasst, dass ein Anodenreaktandenstrom an die Anodenseiten einerHälfteder Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln geliefert wird, und dasUmschalten auf den bzw. die Brennstoffzellenstapel, die den Anodenreaktandenstromerhalten sollen, umfasst, das der Anodenreaktandenstrom so umgeschaltetwird, dass er an die Anodenseiten der anderen Hälfte der Vielzahl von Brennstoffzellenstapelngeliefert wird.The method of claim 1, wherein providing oneAnode reactant current to an anode side of at least one fuel cell stackincludes an anode reactant stream on the anode sides of ahalfthe large number of fuel cell stacks is supplied, and thatSwitch to the fuel cell stack (s) that contain the anode reactant streamshould contain, that the anode reactant stream switchedthat he is on the anode sides of the other half of the variety of fuel cell stacksis delivered.
    [12]
    Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dasseine Durchflussrichtung durch die Durchflusspfade auf eine einzelneRichtung begrenzt wird.The method of claim 1, further comprising thata direction of flow through the flow paths to a single oneDirection is limited.
    [13]
    Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Anodenabflussstrom über dieDurchflusspfade an die Anodenseiten von allen der anderen Brennstoffzellenstapelder Vielzahl von Brennstoffzellenstapel zur Reaktion darin und zurErzeugung des zweiten Anodenabflussstromes geliefert wird.The method of claim 1, wherein the first anode drain stream is via theFlow paths to the anode sides of all of the other fuel cell stacksthe variety of fuel cell stacks for reaction therein andGeneration of the second anode drain stream is supplied.
    [14]
    Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dassauf den bzw. die Brennstoffzellenstapel der anderen Brennstoffzellenstapelumgeschaltet wird, die den ersten Anodenabflussstrom erhalten sollen.The method of claim 1, further comprising thaton the one or more fuel cell stacks of the other fuel cell stacksis switched, which should receive the first anode drain current.
    [15]
    Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystemsmit einer Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln, die dazu dienen,einen wasserstoffhaltigen Anodenreaktand auf einer Anodenseite desBrennstoffzellenstapels und einen oxidationsmittelhaltigen Kathodenreaktandauf einer Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels in Elektrizität, einenwasserstoffhaltigen Anodenabfluss an der Anodenseite und einen oxidationsmittelhaltigenKathodenabfluss auf der Kathodenseite umzuwandeln, wobei das Verfahrenumfasst, dass: a) ein wasserstoffhaltiger Anodenreaktandenstrom andie Anodenseiten jedes Brennstoffzellenstapels in einem ersten Segmentdes Systems zur Reaktion darin geliefert wird, um zumindest einenAnodenabflussstrom des ersten Segments zu erzeugen, wobei das ersteSegment einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel der Vielzahl vonBrennstoffzellenstapel umfasst; b) der zumindest eine Anodenabflussstromdes ersten Segments an die Anodenseiten der Brennstoffzellenstapelin einem zweiten Segment des Systems zur Reaktion darin geliefertwird, um zumindest einen zweiten Anodenabflussstrom des zweitenSegments zu erzeugen, wobei das zweite Segment andere Brennstoffzellenstapelder Vielzahl von Brennstoffzellenstapel umfasst; und c) eineAuswahl des einen oder der mehreren Brennstoffzellenstapel, diedas erste Segment umfasst, geändertwird.Method for operating a fuel cell systemwith a variety of fuel cell stacks that are useda hydrogenated anode reactant on an anode side of theFuel cell stack and an oxidant-containing cathode reactanton a cathode side of the fuel cell stack in electricity, onehydrogen-containing anode drain on the anode side and an oxidizing agentConvert cathode drain on the cathode side using the processincludes that:a) a hydrogen-containing anode reactant streamthe anode sides of each fuel cell stack in a first segmentof the system to respond in is delivered to at least oneGenerate anode drain stream of the first segment, the firstSegment one or more fuel cell stacks of the pluralityIncludes fuel cell stacks;b) the at least one anode drain streamof the first segment on the anode sides of the fuel cell stackdelivered in a second segment of the system for reaction thereinis to at least a second anode drain stream of the secondGenerate segments, the second segment different fuel cell stacksincludes the plurality of fuel cell stacks; andc) oneSelection of the one or more fuel cell stacks thatincludes the first segment, changedbecomes.
    [16]
    Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend, dassein Anteil des Anodenabflusses von dem Brennstoffzellensystem selektiventlüftetwird.16. The method of claim 15, further comprising:selectively select a portion of the anode drain from the fuel cell systemventedbecomes.
    [17]
    Verfahren nach Anspruch 16, wobei das selektiveEntlüfteneines Anteils des Anodenabflusses umfasst, dass der Anteil des Anodenabflussesvon einer Anzahl von Brennstoffzellenstapeln des zweiten Segmentesselektiv entlüftetwird, die gleich der Anzahl von Brennstoffzellenstapeln ist, diedas erste Segment umfasst.The method of claim 16, wherein the selectivebleeda portion of the anode drain includes that portion of the anode drainof a number of fuel cell stacks of the second segmentselectively ventedthat is equal to the number of fuel cell stacks thatincludes the first segment.
    [18]
    Verfahren nach Anspruch 17, wobei das selektiveEntlüfteneines Anteils des Anodenabflusses umfasst, dass ein Anteil des Anodenabflussesdes zweiten Segments selektiv entlüftet wird.The method of claim 17, wherein the selectivebleeda portion of the anode drain that includes a portion of the anode drainof the second segment is selectively vented.
    [19]
    Verfahren nach Anspruch 15, wobei das erste Segmenteine Vielzahl von Brennstoffzellenstapeln enthält, die eine Vielzahl von Anodenabflussströmen desersten Segments erzeugen, und ferner umfasst, dass jeder Anodenabflussstromdes ersten Segments an einen anderen Brennstoffzellenstapel des zweitenSegments geliefert wird.The method of claim 15, wherein the first segmentincludes a plurality of fuel cell stacks that contain a plurality of anode drain streamsgenerate first segment, and further includes each anode drain streamof the first segment to another fuel cell stack of the secondSegment is delivered.
    [20]
    Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend, dassein Betriebszustand des Brennstoffzellensystems mit empirischenDaten verglichen wird, wobei eine Änderung einer Auswahl des einenoder der mehreren Brennstoffzellenstapel, die das erste Segmentumfasst, auf dem Vergleich basiert.16. The method of claim 15, further comprising:an operating state of the fuel cell system with empiricalData is compared, changing a selection of oneor the multiple fuel cell stacks that make up the first segmentincludes, based on the comparison.
    [21]
    Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Änderungeiner Auswahl des einen oder der mehreren Brennstoffzellenstapel,die das erste Segment umfasst, auf einem Algorithmus basiert.The method of claim 15, wherein a changea selection of the one or more fuel cell stacks,which comprises the first segment is based on an algorithm.
    [22]
    Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Änderungeiner Auswahl des einen oder der mehreren Brennstoffzellenstapel,die das erste Segment umfasst, mit einer Häufigkeit bzw. Frequenz durchgeführt wird,die zumindest eine Größenordnung schnellerals eine Stickstoffaufbauzeit in dem Brennstoffzellensystem ist.The method of claim 15, wherein a changea selection of the one or more fuel cell stacks,which comprises the first segment, is carried out with a frequency or frequency,which is at least an order of magnitude fasterthan a nitrogen build-up time in the fuel cell system.
    [23]
    Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend, dassein Anteil des Anodenabflusses, der von dem Brennstoffzellensystemerzeugt wird, kontinuierlich entlüftet wird.16. The method of claim 15, further comprising:a portion of the anode runoff from the fuel cell systemis generated, is continuously vented.
    [24]
    Verfahren nach Anspruch 15, wobei das zweite Segmentalle anderen Brennstoffzellenstapel der Vielzahl von Brennstoffzellenstapelnumfasst.The method of claim 15, wherein the second segmentall other fuel cell stacks of the plurality of fuel cell stacksincludes.
    [25]
    Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend, dasseine Auswahl der anderen Brennstoffzellenstapel, die das zweiteSegment umfasst, geändert wird.16. The method of claim 15, further comprising:a selection of the other fuel cell stacks that make up the secondSegment includes, is changed.
    [26]
    Brennstoffzellensystem mit: einer Vielzahlvon Brennstoffzellenstapeln, von denen jeder eine Anodenseite miteinem Einlassabschnitt und einem Auslassabschnitt und eine Kathodenseitemit einem Einlassabschnitt und einem Auslassabschnitt aufweist,wobei jeder Brennstoffzellenstapel dazu dient, einen wasserstoffhaltigenAnodenreaktandenzufuhrstrom und einen oxidationsmittelhaltigen Kathodenreaktandenzufuhrstromin Elektrizitätumzuwandeln und einen wasserstoffhaltigen Anodenabfluss und einenoxidationsmittelhaltigen Kathodenabfluss zu erzeugen; einerVielzahl von Durchflusspfaden, wobei jeder der Durchflusspfade denAnodeneinlassabschnitt von einem der Brennstoffzellenstapel mitdem Anodenauslassabschnitt eines anderen der Brennstoffzellenstapelverbindet; und zumindest einem Entlüftungsventil, wobei jedes Entlüftungsventilmit dem Anodenauslassabschnitt von zumindest einem der Brennstoffzellenstapelin Verbindung steht und dazu dient, den Anodenabfluss selektiv zuentlüften.Fuel cell system with:a varietyof fuel cell stacks, each with an anode sidean inlet section and an outlet section and a cathode sidehaving an inlet section and an outlet section,each fuel cell stack serves to contain a hydrogen oneAnode reactant feed stream and an oxidant-containing cathode reactant feed streamin electricityconvert and a hydrogen-containing anode drain and oneto generate oxidant-containing cathode drain;oneA plurality of flow paths, each of the flow paths being theAnode inlet portion of one of the fuel cell stacks withthe anode outlet portion of another one of the fuel cell stackslinks; andat least one vent valve, each vent valvewith the anode outlet portion of at least one of the fuel cell stackscommunicates and serves to selectively close the anode drainVent.
    [27]
    Brennstoffzellensystem nach Anspruch 26, fernermit einer Vorrichtung zur Lieferung von Anodenreaktand, die dazudient, einen Anodenreaktand an die Anodenseite von einem der Brennstoffzellenstapelzu liefern.The fuel cell system of claim 26, furtherwith a device for supplying anode reactant, whichserves an anode reactant on the anode side of one of the fuel cell stacksto deliver.
    [28]
    Brennstoffzellensystem nach Anspruch 27, fernermit einer Vielzahl von Anodenversorgungsvorrichtungen, wobei jededer Anodenversorgungsvorrichtungen jeweils mit einem Brennstoffzellenstapel inVerbindung steht und dazu dient, eine Lieferung eines Anodenreaktandenan eine Anodenseite des zugeordneten Brennstoffzellenstapels zumodulieren.The fuel cell system of claim 27, furtherwith a variety of anode supply devices, eachof the anode supply devices each with a fuel cell stack inConnection stands and serves to supply an anode reactantto an anode side of the assigned fuel cell stackmodulate.
    [29]
    Brennstoffzellensystem nach Anspruch 27, wobei dieVersorgungsvorrichtung ein Gasinjektor ist.28. The fuel cell system of claim 27, wherein theSupply device is a gas injector.
    [30]
    Brennstoffzellensystem nach Anspruch 26, fernermit einer Vielzahl von Durchflusspfadventilen, wobei jeweils einDurchflusspfadventil in jedem der Durchflusspfade vorgesehen ist,wobei die Durchflusspfadventile dazu dienen, den Durchfluss durch ihrenjeweiligen Durchflusspfad zu modulieren.The fuel cell system of claim 26, furtherwith a variety of flow path valves, one eachFlow path valve is provided in each of the flow pathsthe flow path valves serving to flow through theirmodulate the respective flow path.
    [31]
    Brennstoffzellensystem nach Anspruch 30, wobei dieDurchflusspfadventile dazu dienen, einen Durchfluss durch ihrenjeweiligen Durchflusspfad zu blockieren.The fuel cell system of claim 30, wherein theFlow path valves serve to flow through theirto block the respective flow path.
    [32]
    Brennstoffzellensystem nach Anspruch 26, fernermit einer Vielzahl von Rückschlagventilen,wobei jeweils ein Rückschlagventilin jedem der Durchflusspfade vorgesehen ist, wobei die Rückschlagventileeinen Durchfluss in den Durchflusspfaden in einer Richtung von demAnodenauslassabschnitt zu dem Anodeneinlassabschnitt zulassen.The fuel cell system of claim 26, furtherwith a variety of check valves,each with a check valveis provided in each of the flow paths, with the check valvesa flow in the flow paths in a direction from thatAllow anode outlet section to the anode inlet section.
    [33]
    Brennstoffzellensystem nach Anspruch 26, wobei daszumindest eine Entlüftungsventileine Vielzahl von Entlüftungsventilenumfasst, wobei jedes Entlüftungsventilmit einem jeweiligen der Anodenauslassabschnitte in Verbindung steht.27. The fuel cell system of claim 26, wherein theat least one vent valvea variety of vent valvescomprises, each vent valvecommunicates with a respective one of the anode outlet sections.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    DE10392176B4|2008-07-31|Separator plate for a PEM fuel cell and method for its production
    DE10304657B4|2015-07-02|A fuel cell stack and system and method of operating a fuel cell system having such a fuel cell stack
    DE60003815T2|2004-03-04|REDOX FLOW BATTERY AND METHOD FOR THEIR OPERATION
    DE112004001726B4|2020-06-25|Fuel cell shutdown and start using a cathode feedback loop
    DE10055291B4|2008-09-04|Operating method for a fuel cell system for voltage monitoring and system control for fuel cells
    EP0907979B1|2000-03-15|Direkt-methanol-brennstoffzelle |
    DE10219626B4|2015-04-02|Electronic control to divert gas around the humidifier to the fuel cell stack
    DE60133326T2|2009-03-05|Fuel cell with wavy membrane electrode set
    DE10393030B4|2009-04-23|Method of controlling electricity, fuel cell system and method of starting
    DE60004594T2|2004-06-24|Layered carbon electrode for electrochemical cells
    DE4425634C1|1995-10-26|Method and device for the metered supply of liquid reactants to a fuel cell system
    DE112004002094B4|2013-03-07|Fuel cell with variable catalyst loading
    DE102007009905B4|2009-12-10|fuel cell
    DE60010212T2|2005-04-07|Method for cold starting a PEM fuel cell
    US6150049A|2000-11-21|Fluid flow plate for distribution of hydration fluid in a fuel cell
    DE10137847B4|2019-06-06|Method for operating a fuel cell system, in which temperatures can occur in the freezing range of water and fuel cell system
    DE69831322T2|2006-06-29|POLYMERELECTROLYT MEMBRANE FUEL CELL WITH FLUID DISTRIBUTION LAYER WITH INTEGRATED SEAL
    DE10392388B4|2010-08-05|Fuel cell with a proton exchange membrane
    DE112004002665B4|2018-02-08|Durable diffusion media coated with a membrane electrode assembly catalyst without lamination to the membrane
    DE10392548B4|2019-01-31|Coolant flow field construction for fuel cell stack
    EP1759434B1|2009-12-23|Membran-elektroden-modul | für eine brennstoffzelle
    DE102004049165B4|2010-07-22|Combination of injector / ejector for fuel cell systems and fuel cell system
    EP0795205B1|1998-10-07|Brennstoffzellen und daraus hergestellte batterien
    DE112005000978B4|2013-10-17|Hybrid bipolar plate assembly and devices containing it and their use
    DE19542475C2|1999-10-28|Polymer electrolyte membrane fuel cell and method for producing a distributor plate for such a cell
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US7169491B2|2007-01-30|
    US20040166383A1|2004-08-26|
    DE102004008703B4|2013-06-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-09-16| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-07-16| 8180| Miscellaneous part 1|Free format text: PFANDRECHT |
    2010-01-07| 8180| Miscellaneous part 1|Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN |
    2010-04-01| 8180| Miscellaneous part 1|Free format text: PFANDRECHT |
    2011-01-20| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: GENERAL MOTORS COMPANY, DETROIT, MICH., US |
    2011-06-30| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: GENERAL MOTORS LLC ( N. D. GES. D. STAATES DEL, US Free format text: FORMER OWNER: GENERAL MOTORS COMPANY, DETROIT, MICH., US Effective date: 20110428 |
    2013-02-07| R016| Response to examination communication|
    2013-02-18| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2013-12-24| R020| Patent grant now final|Effective date: 20130921 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]