Titel

Förderaggregat für einen Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems zur

Förderung eines gasförmigen Medium und Brennstoffzellensystem

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Förderaggregat für einen Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems zur Förderung eines gasförmigen Medium, insbe sondere Wasserstoff, das insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen mit ei nem Brennstoffzellenantrieb vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Förderaggregat.

Im Fahrzeugbereich spielen neben flüssigen Kraftstoffen in Zukunft auch gasför mige Kraftstoffe eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb müssen Wasserstoffgasströme gesteuert werden. Die Gasströme werden hierbei nicht mehr diskontinuierlich wie bei der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff gesteuert, sondern es wird das Gas aus mindestens ei nem Hochdrucktank entnommen und über eine Zuströmleitung eines Mitteldruck leitungssystem an das Förderaggregat geleitet. Dieses Förderaggregat führt das Gas über eine Verbindungsleitung eines Niederdruckleitungssystems zu einer Brennstoffzelle.

Aus der DE 10 2011 105 710 B4 ist ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellen system zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums be kannt, mit einem Rezirkulationsgebläse und einer von einem Treibstrahl eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums angetriebenen Strahlpumpe, wobei ein Anodenausgang einer Brennstoffzelle mit einem Eingang des Förderaggre gats fluidisch verbunden ist und wobei ein Ausgang des Förderaggregats mit ei nem Anodeneingang der Brennstoffzelle fluidisch verbunden ist.

Aus der DE 10 2014 105 995 Al ist ein Brennstoffzellensystem zur Förderung und/oder Rezirkulation eines gasförmigen Mediums bekannt, bei der das unter Druck stehende gasförmigen Medium der Strahlpumpe mittels eines Dosierven tils zugeführt wird. Das aus der DE 10 2011 105 710 B4 bekannten Förderaggregat und das aus der der DE 10 2014 105 995 Al bekannte Brennstoffzellensystem können jeweils ge wisse Nachteile aufweisen. Dabei sind die Komponenten des Förderaggregats, insbesondere das Rezirkulationsgebläses und/oder die Strahlpumpe und/oder ein Dosierventils, zumindest teilweise mittels fluidischer Verbindungen in Form von Rohrleitungen und gegebenenfalls einer zusätzlichen Verteilerplatte mit in nenliegenden Kanälen miteinander und/oder mit der Brennstoffzelle verbunden. Dabei liegen die Komponenten zumindest teilweise als separate Baugruppen vor, die mittels Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Dabei entstehen zum ei nen viele Strömungsumlenkungen und somit Strömungsverluste, insbesondere in allen drei Dimensionen des Raums. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Förder- aggregats reduziert. Des Weiteren ist die Verbindung der Komponenten des För deraggregats durch Rohrleitungen insoweit nachteilig, dass die Rohrleitungen über die Lebensdauer des Förderaggregats, insbesondere bei starken Tempera turschwankungen, zu Dichtigkeitsproblemen führen können, insbesondere bei geschweißten und/oder verschweißten Rohrleitungen. Zum anderen entsteht durch das Anordnen der einzelnen Komponenten als zumindest teilweise sepa rate Baugruppen der Nachteil, dass diese insgesamt eine große Oberfläche im Bezug zum Bauraum und/oder geometrischen Volumen ausbilden. Dadurch wird ein schnelles Auskühlen der Bauteile Rezirkulationsgebläse und/oder Strahl pumpe und/oder Dosierventil begünstigt, insbesondere bei langen Standzeiten des Gesamtfahrzeugs, was zu einer erhöhten Bildung von Eisbrücken und somit einer erhöhten Schädigung der Bauteile und/oder des gesamten Brennstoffzel lensystems führen kann, was wiederum zu einer verringerten Zuverlässigkeit und/oder Lebensdauer des Förderaggregats und/oder des Brennstoffzellensys tems führen kann. Ein weiterer Nachteil ist zudem eine schlechte Kaltstarteigen schaft des Förderaggregats und/oder des Brennstoffzellensystems und/oder des Gesamtfahrzeugs, da Heizenergie und/oder Wärmeenergie jeweils einzeln in die Bauteile Rezirkulationsgebläse und/oder Strahlpumpe und/oder Dosierventil ein gebracht werden muss, insbesondere bei Temperaturen unter 0° Celsius, um mögliche Eisbrücken zu eliminieren. Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Förderaggregat für ein Brennstoffzellensystem vorge schlagen, zum Fördern und/oder Rezirkulieren eines gasförmigen Mediums, ins besondere Wasserstoff, wobei der Wasserstoff im Folgenden als H2 bezeichnet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Förderaggregat. Dabei umfasst das Förderaggregat zumindest ein Rezirkulati- onsgebläse, wobei das Förderaggregat mittels wenigstens einer Verbindungslei tung mit dem Ausgang eines Anodenbereichs zumindest mittelbar fluidisch ver bunden ist und wobei das Förderaggregat mittels einer weiteren Verbindungslei tung mit dem Eingang des Anodenbereichs fluidisch verbunden ist.

Bezugnehmend auf Anspruch 1 ist das Förderaggregat derart ausgebildet, das Förderaggregat zusätzlich zum Bauteil Rezirkulationsgebläse als weitere Bau teile eine Strahlpumpe und ein Dosierventil aufweist, wobei die Strömungskontu ren der Bauteile für das gasförmige Medium und/oder die Bauteile Rezirkulati onsgebläse, Strahlpumpe und Dosierventil zumindest nahezu vollständig in ei nem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass eine direkte und möglichst kurze Strömungsleitung zwischen den Komponenten des Förderaggregats hergestellt werden, insbesondere zwi schen dem Rezirkulationsgebläse und/oder der Strahlpumpe und/oder dem Do sierventil. Des Weiteren kann die Anzahl der Strömungsumlenkungen und/oder Änderung einer Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums in dem Förderag gregat auf eine möglichst geringe Anzahl reduziert werden, da die Bauteile in dem gemeinsamen Gehäuse und somit in geringer Entfernung zueinander positi oniert sind. Dabei werden die Einströmöffnungen und die Ausströmöffnungen der Bauteile Rezirkulationsgebläse und/oder Strahlpumpe und/oder Dosierventil zueinander im gemeinsamen Gehäuse so zueinander angeordnet, dass sich eine möglichst geringe Länge der Strömungsverbindungen und möglichst wenige Strömungsumlenkungen zwischen den Bauteile ergeben. Die Strömungskontu ren befinden sich dabei zumindest nahezu vollständig im gemeinsamen Gehäuse und es kann auf externe Rohrleitungen und/oder externe Verteilerplatten zumin dest nahezu vollständig verzichtet werden. Somit lassen sich zum einen Undich tigkeiten aufgrund eines undichten Rohrleitungssystems reduzieren, was die Ausfallwahrscheinlichkeit des Förderaggregats und/oder Brennstoffzellensystems verringert. Zum anderen lassen sich somit die Reibungsverluste und oder Strö mungsverluste im Förderaggregat und/oder Brennstoffzellensystem verringern, wodurch sich der Wirkungsgrad des Förderaggregats und/oder des Brennstoff zellensystems verbessern lässt.

Weiterhin lässt sich ist in vorteilhafter Weise durch die Anordnung der Strö mungskonturen der Bauteile und/oder der Bauteile zumindest nahezu vollständig in dem gemeinsamen Gehäuse gewährleistet, dass eine Gesamtoberfläche des Förderaggregats, welches insbesondere die Bauteile Rezirkulationsgebläse, Strahlpumpe und Dosierventil umfasst, im Bezug zum Bauraum und/oder geo metrischen Volumen verkleinert werden kann. Somit lässt sich der Vorteil erzie len, dass ein schnelles Auskühlen der Bauteile Rezirkulationsgebläse und/oder Strahlpumpe und/oder Dosierventil, insbesondere bei langen Standzeiten des Gesamtfahrzeugs, verhindert wird, was zu einer Reduzierung und/oder Vermei dung der Bildung von Eisbrücken führt. Dabei wird in vorteilhafter Weise der Ef fekt genutzt, dass die Bauteile Rezirkulationsgebläse und/oder Strahlpumpe und/oder Dosierventil, im Betrieb Wärme erzeugen, beispielsweise durch die elektrische Aktorik und/oder durch magnetische Aktorik, wobei diese Wärme zur Vermeidung der Auskühlungen aller Bauteile im gemeinsamen Gehäuse nutzen lässt. Weiterhin lässt sich durch die Anordnung der Bauteile im gemeinsamen Gehäuse bei einem insgesamt verkleinerten Volumen des Förderaggregats eine verbesserte Kaltstartfähigkeit des Förderaggregats und/oder des Brennstoffzel lensystems erzielen, insbesondere bei langen Standzeiten des Gesamtfahr zeugs, da weniger Masse aufgeheizt werden muss und da die vorhandene Wärme einzelner Bauteile genutzt werden kann, um das gemeinschaftliche Ge häuse zu erhitzen. Dabei kann zudem die Ausfallwahrscheinlichkeit des Förder- aggregats und/oder des Brennstoffzellensystems reduziert werden, wobei die Le bensdauer erhöht werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Fördereinrichtung möglich. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Rezirkulationsgebläse ein Verdichterrad mit einem umlaufenden äußeren Begrenzungsring auf, der rotati onssymmetrisch zu einer Drehachse des Verdichterrads verläuft und wobei sich auf der der Drehachse abgewandten Seite des Verdichterrads im Gehäuse des Förderaggregats ein zumindest teilweise gekapselter Abscheideraum und/oder ein Abführungs- Kanal befindet. Zudem wird der Bestandteil H ₂ O und/oder der Bestandteil N ₂ vom gasförmigen Medium im Rezirkulationsgebläse abgeschie den, wobei die Abscheidung insbesondere mittels des Zentrifugalprinzips im Re zirkulationsgebläse erfolgt. Auf diese Weise kann zum einen der Vorteil erzielt werden, dass eine zumindest teilweise Kapselung des mindestens einen Seiten kanals und/oder einer Förderzelle zu einem äußeren Bereich im Gehäuse, insbe sondere zu dem Abscheideraum, erfolgt. Somit lässt sich der Wirkungsgrad des Rezirkulationsgebläses und somit des Förderaggregats verbessern. Zum ande ren kann der Vorteil erzielt werden, dass die schweren Bestandteile, die aus ei nem Verdichterraum des Rezirkulationsgebläses in den Abscheideraum, der sich insbesondere zwischen dem äußeren Begrenzungsring des Verdichterrads und dem Gehäuses befindet, abgeführt werden und/oder weiter heraus aus dem Ge häuse des Rezirkulationsgebläses und dem Brennstoffzellensystem abgeführt werden können. Dies bietet den Vorteil, dass eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Rezirkulationsgebläses und/oder des Brennstoffzellensystems über die ge samte Lebensdauer beibehalten werden kann, da der Anteil und/oder die Kon zentration an H ₂ im gasförmigen Medium erhöht werden kann, während der An teil und/oder die Konzentration der schweren Bestandteil, insbesondere H ₂ O und/oder N ₂ im gasförmigen Medium verringert werden kann. Weiterhin wird der Vorteil erzielt, dass durch das Herausleiten der schweren Bestandteile aus dem Bereich des Verdichterraums verhindert wird, dass sich im abgeschalteten Zu stand des Brennstoffzellensystems und bei niedrigen Umgebungstemperaturen sogenannte Eisbrücken zwischen den beweglichen Teilen, insbesondere dem Verdichterrad und dem Gehäuse, bilden. Derartige Eisbrücken würden ein Star ten des Brennstoffzellensystems, insbesondere des Rezirkulationsgebläses er schweren oder vollständig verhindern. Somit kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rezirkulationsgebläses eine Schädigung der rotierenden Teile des Rezirkulationsgebläses und/oder eines Antriebs, insbesondere eines elektri schen Antriebs, aufgrund von Eisbrückenbildung, verhindert werden. Dies führt zu einer höheren Zuverlässigkeit des Brennstoffzellensystems und/oder des Fahrzeugs. Durch die Nutzung des Zentrifugalprinzips zum Herausleiten der schweren Bestandteile kann der Vorteil erzielt werden, dass der Abscheidepro zess derart verbessert wird, so dass die Bestandteile H ₂ O und/oder N ₂ nahezu vollständig vom Medium, insbesondere vom H ₂ abgeschieden werden können. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein möglichst hoher Anteil an H ₂ zur Brennstoffzelle, zurückströmt, wodurch zum einen der Wirkungsgrad und/oder die Leistung einer Brennstoffzelle erhöht werden kann. Weiterhin lässt sich der Vorteil erzielen der Vorteil erzielt werden, dass zum Trennen der Bestandteile H ₂ O und/oder I h vom Bestandteil H ₂ keine zusätzliche Energie und/oder nur eine geringe Menge an Energie zur Verfügung gestellt werden muss, insbesondere vom Brennstoffzellensystem und/oder vom übergeordneten System Fahrzeug. Eine weitere Einleitung von Energie, insbesondere von kinetischer Energie, in das Medium ist somit nicht mehr notwendig, um eine optimale Effizienz des Ab scheideprozesses durch das Rezirkulationsgebläse mittels des Zentrifugalprin zips bewirken zu können. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Brennstoffzellen systems erhöht werden und die Betriebskosten können reduziert werden.

Gemäß einer vorteilhaften des Förderaggregats sind das Rezirkulationsgebläse und die Strahlpumpe derart zueinander im gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, dass die Drehachse des Verdichterrads des Rezirkulationsgebläses zumin dest annähernd senkrecht zu einer Längsachse der Strahlpumpe verläuft.

Zudem geht eine Gas-Auslassöffnung des Rezirkulationsgebläses direkt in einen ersten Zulauf und/oder einen Ansaugbereich der Strahlpumpe über und bildet da bei einen integrierten Strömungskanal aus. Weiterhin kann der integrierte Strö mungskanal innerhalb des gemeinsamen Gehäuses eine Krümmung ausbilden, wobei eine Umlenkung und/oder Strömungsführung des gasförmigen Mediums zwischen dem Rezirkulationsgebläse und der Strahlpumpe ausschließlich im Be reich der Krümmung erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass die Strömungsverluste und/oder Druckverluste innerhalb des Förderaggregats aufgrund der Länge der Strömungsleitungen und/oder der Anzahl der Strömungsumlenkungen reduziert werden können. Es ist zudem weiterhin vorteilhaft, dass die Strömungsführung im Rezirkulationsgebläse und in der Strahlpumpe in parallelen Ebenen verläuft, wobei dieser vorteilhafte Effekt dadurch verbessert werden kann, dass das gas förmige Medium beim Ausströmen aus dem Rezirkulationsgebläse, bei dem das gasförmige Medium insbesondere im Rezirkulationsgebläse mit einer Drall- Ener gie beaufschlagt wird, über den Bereich der Krümmung derart vorteilhaft in den Ansaugbereich der Strahlpumpe eingeleitet wird, dass ein Impulsübertrag und/o der Strahlpumpeneffekt in diesem Bereich und/oder im Bereich eines Mischrohrs der Strahlpumpe verbessert werden kann. Zudem wird eine Strömungsumlen- kung des gasförmigen Mediums weiterhin reduziert, wodurch sich die Strö mungsverluste innerhalb des Förderaggregats weiter reduzieren lassen. Die geo metrische Ausformung des integrierten Strömungskanals im Bereich der Krüm mung ist dabei reibungsreduzierend ausgelegt. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Förderaggregats, insbesondere bei nahezu allen Betriebspunkten und/oder Druckverhältnissen des Brennstoffzellensystems, verbessert werden und der Energieaufwand zum Betreiben des Förderaggregats kann reduziert werden. Zu dem kann mittels der Anordnung der Bauteile Rezirkulationsgebläse und Strahl pumpe zueinander eine kompakte Bauform des Förderaggregats herbeigeführt werden, so dass der Vorteil erzielt werden kann, dass das Förderaggregat weni ger Bauraum, insbesondere im Gesamtfahrzeug, benötigt.

Des Weiteren lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förder- aggregats die benötigte Anzahl an Bauteilen für die Montage des Förderaggre gats reduzieren, was wiederum zu einer Kostenersparnis des Förderaggregats führt. Weiterhin wird die Wahrscheinlichkeit eines Montagefehlers aufgrund von fehlerhaft zueinander ausgerichteten Komponenten des Förderaggregats redu ziert wird, was wiederum die Ausfallwahrscheinlichkeit des Förderaggregats im Betrieb reduziert.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Brennstoffzellensys tems erfolgt eine Abscheidung des Bestandteils H ₂ O und/oder des Bestandteils N ₂ vom gasförmigen Medium in einem Anodenkreislauf mittels des Rezirkulati- onsgebläses und/oder mittels eines Abscheiders. Dadurch ist in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass frühes und schnelles Abscheiden der schwe ren Bestandteile H ₂ O und/oder N ₂ herbeigeführt werden kann, wodurch sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöht, da die schweren Bestandteile nur möglichst kurz durch den Anodenkreislauf mitgefördert werden müssen, was eine Reduzierung des Wirkungsgrads bewirken würde, da für den Anteil an schweren Bestandteilen im gasförmigen Medium weniger H ₂ gefördert werden kann und da die schweren Bestandteile eine höhere Maße aufweisen. Zudem kann in einer beispielhaften Ausführung des Brennstoffzellensystems, bei dem das Rezirkulationsgebläses und der Abscheider zum Separieren und/oder Her ausleiten der schweren Bestandteile aus dem Anodenkreislauf verwendet wer den, ein kumulativer Effekt erzeugt werden, insbesondere wenn bei Bauteile in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad des Brenn stoffzellensystems weiter erhöhen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems ist der Ab scheider in einer Strömungsrichtung V vorgelagert zum Förderaggregat im Ano- denkreislauf angeordnet, wobei der Anodenbereich mittels einer ersten Verbin dungsleitung fluidisch mit dem Abscheider verbunden ist und der Abscheider mit tels einer zweiten Verbindungsleitung fluidisch mit dem Förderaggregat verbun den ist und das Förderaggregat mittels einer dritten Verbindungsleitung fluidisch mit dem Anodenbereich verbunden ist. Weiterhin kann über eine Rückführleitung eine Ableitung von H ₂ O und/oder N ₂ aus dem Rezirkulationsgebläse in den Ab scheider in einer Strömungsrichtung VI erfolgen. Dabei sind der Abscheideraum und/oder der Abführungs- Kanal, die sich jeweils auf der der Drehachse abge wandten Seite des Verdichterrads im Gehäuse des Förderaggregats befinden und zumindest teilweise gekapselt sind, über die Rückführleitung zumindest mit telbar fluidisch mit einem Sammelbehälter des Abscheiders verbunden. Des Wei teren bilden der Abscheideraum und/oder der Abführungs- Kanal ein erhöhtes Druckniveau zum Sammelbehälter des Abscheiders aus, wobei eine Ableitung von H ₂ O und/oder N ₂ aus dem Rezirkulationsgebläse in den Abscheider in der Strömungsrichtung VI erfolgt. Auf diese Weise kann das erhöhte Druckniveau und/oder die Fliehkraft, mit der das gasförmige Medium aus der Rotationsbewe gung im Rezirkulationsgebläse beaufschlagt ist, genutzt werden, um eine bes sere Abführung der schweren Bestandteile H ₂ O und/oder N ₂ aus dem Abschei deraum über den Abführungs- Kanal und/oder die Rückführleitung in den Sam melbehälter des Abscheiders zu bewirken. Dabei wird das Druckgefälle, bei dem insbesondere ein höherer Druck im Abscheideraum im Vergleich zum Sammel behälter vorliegt, genutzt, um mittels des Abführ- Kanals und/oder der Rückführ leitung die schweren Bestandteile vom Förderaggregat in den Sammelbehälter des Abscheiders abzuleiten. Zudem kann durch die Rückführleitung und/oder das zuvor beschrieben Druckgefälle zwischen Abscheideraum und Sammelbe hälter, der Vorgang verbessert werden, dass das sich im Sammelbehälter befind liche H ₂ zurück in den Anodenkreislauf befördert wird, insbesondere über die zweite Verbindungsleitung. Somit lässt sich durch die Verwendung und die jewei lige Anordnung des Wasserabscheiders der Vorteil erzielen, dass der Wirkungs grad des Förderaggregats und/oder des Brennstoffzellensystems erhöht werden kann.

Des Weiteren kann durch die direkte Verbindung des Förderaggregats mit dem Abscheiders mittels der Rückführleitung eine Erhöhung des Wasserabscheide- grads aus dem Förderaggregats herbeigeführt werden, so dass das Wasser im Förderaggregat auch bei langen Standzeiten des Gesamtfahrzeugs und bei nied rigen Temperaturen, insbesondere unter 0°C, keine Eisbrücken ausbilden kann, die das Förderaggregat und/oder das Brennstoffzellensystem, insbesondere eine Membran, schädigen kann. Zudem macht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems ein, insbesondere sich am Förderaggregat befindli ches, Purge-Ventil, das zum Ablassen von H ₂ O und/oder N ₂ dient, überflüssig, so das weniger Druckverluste und/oder Verluste von H ₂ aus dem Anodenkreislauf auftreten und zudem weniger Bauteile benötigt werden, so dass die Materialkos ten und/oder die Herstellkosten des gesamten Brennstoffzellensystems gesenkt werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Brennstoffzellensystems weist der Sammelbehälter ein Abführventil auf, wobei das Abführventil in einer im bestim mungsgemäßen Gebrauch, niedrigen geodätischen Höhe in dem Sammelbehäl ter angeordnet ist, wobei die Ableitung des gesamten H ₂ O und/oder N ₂ aus dem Bereich des Anodenkreislaufs über das Abführventil erfolgt. Dabei ist die zweite Verbindungsleitung in einer großen geodätischen Höhe in dem Sammelbehälter angeordnet. Dadurch ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass sich unter Nut zung der Schwerkraft die schweren Bestandteile, insbesondere H ₂ O und/oder N ₂ , des gasförmigen Mediums, die unter anderem im Sammelbehälter des Abschei ders vom restlichen gasförmigen Medium abgeschieden werden, im Bereich der niedrigen geodätischen Höhe nahe des Abführventils sammeln. Dabei können die schweren Bestandteile dann über das Abführventil und weiter über einen Ab lauf aus dem Abscheider und somit dem Anodenkreislauf herausgeleitet werden, wobei zumindest nahezu kein H ₂ mit abgeleitet wird und somit für die Energiege winnung mittels des Brennstoffzellensystems verloren geht. Zudem ist in vorteil hafter Weise gewährleistet, dass unter Nutzung der Schwerkraft sich der leichte Bestandteil des gasförmigen Mediums, insbesondere H ₂ , der unter anderem im Sammelbehälter des Abscheiders vom restlichen gasförmigen Medium abge schieden werden, im Bereich der großen geodätischen Höhe, insbesondere nahe der zweiten Verbindungsleitung sammelt. Dabei können der leichte Be standteile dann aus dem Sammelbehälter des Abscheiders herausgeleitet und in die zweite Verbindungsleitung des Anodenkreislaufs eingeleitet werden. Somit lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessern lässt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Brennstoffzellensys tems ist eine Trennkante derart im Sammelbehälter angeordnet, dass das ein strömende vom Anodenbereich kommende gasförmige Medium derart umgelenkt und/oder aufgespalten wird, dass der leichte Bestandteil h in Richtung der zwei ten Verbindungsleitung gelenkt wird, und die schweren Bestandteile H ₂ O und/o der IN in Richtung eines Reservoirs gelenkt werden. Dies hat den Vorteil, dass sich eine Separation und eine Ableitung der schweren Bestand von den leichten Bestandteilen im Abscheider, insbesondere im Sammelbehälter erzielen lässt, wobei sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems verbessern lässt. Zu dem kann mittels der Trennkante der Vorteil erzielt werden, dass der leichte Be standteil hh in eine großen geodätische Höhe des Sammelbehälters geleitet wird, während die schweren Bestandteile H ₂ O und/oder N ₂ in den Bereich einer niedri gen geodätische Höhe geleitet wird, wobei der Abscheideprozess mittels der Trennkante durch den in der ersten Verbindungsleitung vorhandenen Druck und eine Strömungsgeschwindigkeit des aus der ersten Verbindungsleitung in den Sammelbehälter einströmenden und auf die Trennkante auftreffenden gasförmi gen Mediums verstärkt. Somit bleibt der Strömungsverlust und/oder der Druck verlust im Abscheider gering und es lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoff zellensystems verbessern.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung weist die Rückführleitung ein Absperrventil auf, wobei sich das Absperrventil zwischen dem Rezirkulationsge- bläse und dem Abscheider, insbesondere dem Sammelbehälter, befindet. Dabei sind eine erste Sensorik und/oder eine zweite Sensorik mit einer Steuereinrich tung verbunden, wobei insbesondere die erste Sensorik kontinuierlich Parameter des Abscheiders erfasst und die zweite Sensorik kontinuierlich Parameter des Rezirkulationsgebläses erfasst. Dabei steuert die Steuereinrichtung, insbeson dere auf Basis der von der jeweiligen Sensorik erfassten Parameter, das Öffnen und Schließen des Abführventils und/oder des Absperrventils. Auf diese Weise kann der Vorteil erzielt werden, dass mittels der Ansteuerung, insbesondere des Öffnens und Schließens, des Abführventils und/oder des Absperrventils auf Basis der von der Sensorik erfassten Daten, möglichst immer dann die schweren Be standteile aus dem Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystems und/oder dem Abscheideraum herausgeleitet werden können, wenn eine bestimmte Konzentra tion an schweren Bestandteilen im gasförmigen Medium festgestellt wird mittels der Sensorik und/oder wenn ein bestimmter Druckniveau und/oder Temperaturni veau in verschiedenen Bereichen des Brennstoffzellensystems festgestellt und/o der überschritten wird. Zudem kann ein möglicherweise vorhandenes Druckge fälle und/oder eine Strömung und/oder ein Massenstrom aus dem Anodenkreis lauf, insbesondere dem Förderaggregat und/oder dem Rezirkulationsgebläse und/oder der ersten Verbindungsleitung und/oder der zweiten Verbindungsleitung genutzt werden, um die schweren Bestandteile möglichst effizient und zumindest nahezu ohne zusätzlichen Energieaufwand aus dem Anodenkreislauf herauszu leiten und oder eine entsprechende Separation zu bewirken. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems erhöhen.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen und/oder Kombinationen der in den Ansprüchen beschrieben Merkmale und/oder Vorteile möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrie ben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoff zellensystems mit einem Förderaggregat und einem Abscheider,

Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Abscheiders gemäß der

Erfindung,

Figur 3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Förderaggregats mit ei nem des Rezirkulationsgebläse, einer Strahlpumpe und einem Do sierventil in einem Gehäuse,

Figur 4 zeigt einen in Figur 3 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Verdichter raums des Rezirkulationsgebläses,

Figur 5 einen in Figur 4 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Abscheide raums.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoff zellensystems mit einem Förderaggregat 3 und einem Abscheider 10.

Dabei ist in Fig. 1 gezeigt, dass das Brennstoffzellensystem 1 eine Brennstoff zelle 2, wobei die Brennstoffzelle 2 einen Anodenbereich 38 und einen Katho denbereich 40 aufweist. Der Anodenbereich 38 der Brennstoffzelle 2 ist dabei mit einem Anodenkreislauf 9 verbunden, wobei der Anodenkreislauf 9 den Abschei der 10, das Förderaggregat 3 und einen Tank 42 aufweist. Der Abscheider 10 ist dabei in einer Strömungsrichtung V vorgelagert zum Förderaggregat 3 im Ano denkreislauf 9 angeordnet, wobei der Anodenbereich 38 mittels einer ersten Ver bindungsleitung 23 fluidisch mit dem Abscheider 10 verbunden ist und der Ab scheider 10 mittels einer zweiten Verbindungsleitung 25 fluidisch mit dem Förder- aggregat 3 verbunden ist und das Förderaggregat 3 mittels einer dritten Verbin dungsleitung 27 fluidisch mit dem Anodenbereich 38 verbunden ist. Das Förder- aggregat 3 weist zudem ein Rezirkulationsgebläse 8, eine Strahlpumpe 4 und ein Dosierventil 6 auf, wobei sich das Dosierventil 6 zwischen dem Tank 42 und der Strahlpumpe 4 befindet. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Dosier ventil 6 zumindest nahezu direkt mit der Strahlpumpe 4 verbunden, wobei eine externe Rohrleitung zwischen den beiden Bauteile entweder nicht vorhanden ist, da das Dosierventil 6 in der Strahlpumpe 4 integriert ausgeführt ist, oder die ex terne Rohrleitung ist so kurz wie möglich ausgeführt, um Strömungsverluste durch die Rohrleitung zu vermeiden.

Das Rezirkulationsgebläse 8 des Förderaggregats 3 fördert dabei ein von der Brennstoffzelle 2 kommendes unverbrauchtes Rezirkulat über einen ersten Zu lauf 28 in die Strahlpumpe 4. Weiterhin wird ein unter Druck stehender F , bei dem es sich insbesondere um eine Treibmedium handelt, in einer Strömungsrich tung VII der Strahlpumpe 4 mittels des Dosierventils 6 zugeführt und strömt über einen zweiten Zulauf 36 in die Strahlpumpe 4 ein. Des Weiteren erfolgt eine Ab scheidung des Bestandteils H2O und/oder des Bestandteils N2 vom gasförmigen Medium im Anodenkreislauf 9 mittels des Rezirkulationsgebläses 8 und/oder mit tels des Abscheiders 10. Dabei ist das Rezirkulationsgebläse 8 mittels einer Rückführleitung 21 mit dem Abscheider 10 verbunden. Dabei kann eine Ablei tung von H2O und/oder N2 aus dem Rezirkulationsgebläse 8 in den Abscheider 10 in einer Strömungsrichtung VI erfolgen. Weiterhin weist die Rückführleitung 21 ein Absperrventil 26 auf, wobei sich das Absperrventil 26 zwischen dem Rezirku lationsgebläse 8 und dem Abscheider 10, insbesondere einem Sammelbehälter 31 des Abscheiders 10, befindet. Zudem befindet sich am Sammelbehälter 31 des Abscheiders ein Abführventil 44, mittels dem die schweren Bestandteile H2O und/oder N2, die vom gasförmigen Medium abgeschieden wurden, aus dem Ano denkreislauf 9 und/oder dem Brennstoffzellensystem 1 abgeleitet werden kön- nen. Zudem ist in Fig. 1 gezeigt, dass eine erste Sensorik 22 und/oder eine zweite Sensorik 24 mit einer Steuereinrichtung 14 verbunden sind, wobei insbesondere die erste Sensorik 22 kontinuierlich Parameter des Abscheiders 10 erfasst und die zweite Sensorik 24 kontinuierlich Parameter des Rezirkulationsgebläses 8 er fasst, wobei die Steuereinrichtung 14, insbesondere auf Basis der von der Sen sorik 22, 24 erfassten Parameter, das Öffnen und Schließen des Abführventils 44 und/oder des Absperrventils 26 steuert. Bei den erfassten Parametern kann es sich dabei beispielsweise um Druck, Temperatur, Volumenstrom, Konzentration verschiedener Bestandteile des gasförmigen Mediums, wie beispielsweise h , H2O, N2 und/oder Schmutzpartikel, handeln. Die Sensorik 22, 24 kann dabei bei spielsweise auch direkt am Förderaggregat 3 verbaut sein. Mittels einer entspre chenden und auf der Steuereinrichtung 14 hinterlegten Logik oder Berechnungs methode, beispielsweise in Form einer CPU mit einer Speichereinheit, kann auf Basis der erfassten Daten eine entsprechende Ansteuerung und/oder Öffnung und/oder Schließung der Ventile 26, 44 derart, dass eine optimale Abführung der schweren Bestandteile aus dem Anodenkreislauf 9 und/oder Brennstoffzellen system 1 erfolgen kann, wobei der leichte Bestandteile Fh in möglichst großer Menge wieder in den Anodenkreislauf 9 zurückgeführt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Abscheiders 10 gemäß der Er findung. Der Abscheider 10 weist dabei den Sammelbehälter 31 auf, wobei der Sammelbehälter 31 mittels der Rückführleitung 21 und/oder der ersten Verbin dungsleitung 23 und/oder der zweiten Verbindungsleitung 25 mit dem Anoden kreislauf 9 des Brennstoffzellensystems 1 und/oder verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellensystems 1 verbunden ist, wie beispielsweise dem Rezirkula- tionsgebläse 8. Zudem weist der Sammelbehälter 31 das Abführventil 44 und/o der einen Ablauf 32 auf mittels dem die schweren Bestandteile, insbesondere H2O und/oder N2, in die Umgebung abgelassen werden oder in den Kathoden kreislauf des Brennstoffzellensystems 1 zurückgeführt werden. Dabei ist das Ab führventil 44 und/oder der Ablauf 32 beispielsweise in einer niedrigen geodäti schen Höhe im Sammelbehälter 31 angeordnet, insbesondere um mittels der Schwerkraft die schweren Bestandteile in diesen Bereich des Sammelbehälters 31 zu leiten und/oder zu sammeln. Eine Ableitung des gesamten H2O und/oder N2 aus dem Bereich des Anodenkreislaufs 9 kann dabei über das Abführventil 44 erfolgen. Der Bereich der niedrigen geodätische Höhe im Sammelbehälter 31 wird dabei als Reservoir 18 bezeichnet. Oberhalb des Reservoirs 18 auf der dem Abführventil 44 abgewandten Seite des Reservoirs 18 kann sich dabei mindes tens eine Wandung befinden, die als ein Überschwappschutz des Reservoirs 18 dient. Die zweite Verbindungsleitung 25 kann dabei hingegen auf der gegenüber liegenden Seite des Sammelbehälters 31 angeordnet sein, beispielsweise in ei ner großen geodätischen Höhe des Sammelbehälters 31.

In Fig. 2 ist weiterhin gezeigt, dass eine Trennkante 37 derart im Sammelbehäl ter 31 angeordnet ist, dass das einströmende vom Anodenbereich 38 kommende über die erste Verbindungsleitung einströmende gasförmige Medium, bei dem es sich insbesondere um ein Rezirkulat handelt, derart umgelenkt und/oder aufge spalten wird, dass der leichte Bestandteil H in Richtung in Richtung der zweite Verbindungsleitung 25 gelenkt wird, und die schweren Bestandteile H O und/o der N in Richtung eines Reservoirs 18 gelenkt werden. Dabei wird der Effekt der Schwerkraft auf das gasförmige Medium ausgenutzt, mittels dem die leichten Be standteile in einen oberen Bereich der Trennkante 37 gelenkt werden, insbeson dere auf der der zweiten Verbindungsleitung 25 zugewandten Seite der Trenn kante 37, und wobei die schweren Bestandteile aufgrund Ihrer höheren Maße in einen unteren Bereich der Trennkante 37 gelenkt werden, insbesondere auf der dem Reservoir 18 zugewandten Seite der Trennkante 37. Mittels der Trennkante 37 wird die Abspaltung der leichten von den schweren Bestandteile beschleunigt, da die jeweiligen Bestandteile eine Ablenkung jeweils in einen Bereich der gro ßen geodätische Höhe oder in einen Bereich einer niedrigen geodätische Höhe im Sammelbehälter 31. Zudem ist gezeigt, dass sich im Bereich der großen geo dätischen Höhe im Sammelbehälter 31 in einer beispielshaften Ausführungsform ein Membranraum 33 befindet, insbesondere im Bereich in dem der Sammelbe hälter 31 an die zweite Verbindungsleitung 25 fluidisch angeschlossen ist. Dabei weist der Membranraum 33 insbesondere einen Membraneinsatz 35 auf. Der Membraneinsatz 35 ist dabei als eine semipermeable Membran ausgebildet, wo bei sich der leichte Bestandteil H des Mediums durch die Membran hindurch be wegen kann, während ein Hindurchbewegen der Bestandteile H O und/oder N durch die Membran nicht möglich ist, insbesondere aufgrund der Molekülgröße. Dabei muss das gasförmige Medium, das vom Sammelbehälter 31 in die zweite Verbindungsleitung 25 gelangen soll, den Membranraum 33 und/oder den Membraneinsatz 35 und/oder die Membran passieren. Zudem aufgrund der erfin dungsgemäßen Ausgestaltung des Abscheiders 10 der Vorteil erzielt werden, dass eine Schichtung der Bestandteile des gasförmigen Mediums im Sammelbe hälter 31 mittels des Ausnutzens der Schwerkraft erzielt wird. Zudem ist in Fig. 2 gezeigt, dass der Abscheider 10 die erste Sensorik 22 auf weist, wobei die erste Sensorik 22 kontinuierlich Parameter aus dem Sammelbe hälter 31 erfasst, wobei die erste Sensorik 22 und/oder die Steuereinrichtung 14 die erfassten Daten auswertet und/oder verarbeitet und/oder mittels einer CPU rechnerisch auswertet und wobei mittels der Steuereinrichtung 14 das Abführ ventils 44 betätigt wird. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Sensorik 22 auch den Füllstand des Abscheiders 10 im Bereich des Reser voirs 18 erfassen und diese erfassten Daten zur Auswertung, insbesondere mit tels der CPU und/oder Steuereinrichtung 14 heranziehen, so dass beispielsweise das Abführventil 44 betätigt wird, wenn ein bestimmter Füllstand überschritten wird und somit der das Reservoir 18 geleert wird. Das Betätigen des Abführven tils 44 mittels der Steuereinrichtung 14 kann dabei mechanisch und/oder elektrisch und/oder elektronisch und/oder auf eine weitere Weise erfolgen, wobei ein vollständiges und/oder ein teilweise Öffnen oder Schließen des Abführventils 44 möglich ist. Diese Art der Ansteuerung gilt zudem für das in Fig. 2 nicht ge zeigte Absperrventil 26 und die zweite Sensorik 24 mittels der Steuereinrichtung 14 in ähnlicher und/oder kongruenter Weise.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Schnittansicht des Förderaggregats 3 mit dem Rezirkulationsgebläse 8, der Strahlpumpe 4 und dem Dosierventil 6. Dabei ist gezeigt, dass das Förderaggregat 3 zusätzlich zum Bauteil Strahlpumpe 4 als weitere Bauteile das Rezirkulationsgebläse 8 und das Dosierventil 6 aufweist, wobei die Strömungskonturen der Bauteile 4, 6, 8 für das gasförmige Medium und/oder die Bauteile 4, 6, 8 zumindest nahezu vollständig in einem gemeinsa men Gehäuse 7 angeordnet sind. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Gehäuse dabei zweiteilig, dreiteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Dabei sind die einzelnen Teile insbesondere aus dem gleichen Material und/oder diese weisen einen zumindest annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Das Rezirkulationsgebläse 8 weist dabei einen Antrieb 47, insbesondere ei nen elektrischen Antrieb 47, auf, der mittels einer Antriebswelle zumindest karda- nisch mit einem um eine Drehachse 48 drehbaren Verdichterrad 12 verbunden ist. Sobald ein Drehmoment vom Antrieb 47 auf das Verdichterrad 12 übertragen wird, wird das Verdichterrad 12 in Rotationsbewegung versetzt und die wenigs tens eine Förderzelle 20 bewegt sich in einer Rotationsbewegung umlaufend um die Drehachse 48 durch einen Verdichterraum 30 im Gehäuse 7. Dabei ist je- weils immer eine Förderzellen 20 zwischen zwei Schaufelblättern 5 des Verdich- terrads 12 angeordnet. Dabei wird ein schon im Verdichterraum 30 befindliches gasförmiges Medium durch die mindestens eine Förderzelle 20 mitbewegt und dabei gefördert und/oder verdichtet. Zudem findet eine Bewegung des gasförmi gen Mediums, insbesondere ein Strömungsaustausch, zwischen der mindestens einen Förderzelle 20 und dem mindestens einen Seitenkanal 19 statt. Dabei ist es für die Förderwirkung entscheidend, dass sich im Betrieb eine Zirkulations strömung innerhalb des mindestens einen Seitenkanals 19 ausbilden kann.

Mittels des zweiten Zulaufs 36 wird dem Dosierventil 6 ein unter Druck stehendes Treibmedium zugeführt, das einem Ansaugbereich 11 mittels Öffnen und Schlie- ßens des Dosierventils 6 über eine Düse zugeführt wird und dort mit dem aus dem Rezirkulationsgebläse 8 kommenden Rezirkulat zusammentrifft. Die Strahl pumpe 4 weist dabei in einer Strömungsrichtung VIII, die insbesondere entlang ihrer Längsachse 50 verläuft, den Ansaugbereich 11, ein Mischrohr 13 und einen konisch verlaufenden Diffusor- Bereich 15 sowie einen Auslass- Krümmer 17 auf, wobei dieser mit der dritten Verbindungsleitung 27 verbunden ist. Innerhalb der Strahlpumpe 4 findet dabei ein sogenannter Strahlpumpeneffekt statt. Dazu strömt durch den zweiten Zulauf 36 von außerhalb das gasförmige Treibmedium, insbesondere F _, in das Dosierventil 6 ein, insbesondere vom Tank 42. Das Treibmedium wird nun mittels eines Öffnens des Dosierventils 6, insbesondere unter hohem Druck, in den Ansaugbereich 11 eingebracht. Dabei strömt das gas förmige Treibmedium in Richtung der Strömungsrichtung VIII. Das aus dem zwei ten Zulauf 36 in den Ansaugbereich 11 strömende und als Treibmedium die nende H2 weist eine Druckdifferenz zum Rezirkulationsmedium auf, das aus dem ersten Zulauf 28 in den Ansaugbereich 11 einströmt, wobei das Treibmedium ins besondere unter einem höheren Druck von mindestens 10 bar steht. Damit sich der Strahlpumpeneffekt einstellt wird das Rezirkulationsmedium mit einem gerin gen Druck und einem geringen Massenstrom in den in den Ansaugbereich 11 der Strahlpumpe 4 gefördert. Dabei strömt das Treibmedium mit der beschriebenen Druckdifferenz und einer hohen Geschwindigkeit, die insbesondere Nahe der Schallgeschwindigkeit liegt, durch das Dosierventil 6 in den Ansaugbereich 11 ein. Dabei trifft das Treibmedium auf das Rezirkulationsmedium, das sich bereits im Ansaugbereich 11 befindet. Aufgrund der hohen Geschwindigkeits- und/oder Druck- Differenz zwischen dem Treibmediums und dem Rezirkulationsmedium wird eine innere Reibung und Turbulenzen zwischen den Medien erzeugt. Dabei entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem schnellen Treib medium und dem wesentlich langsameren Rezirkulationsmedium. Diese Span nung bewirkt eine Impulsübertragung, wobei das Rezirkulationsmedium be schleunigt und mitgerissen wird. Die Mischung geschieht nach dem Prinzip der Impulserhaltung. Dabei wird das Rezirkulationsmedium in der Strömungsrichtung VI beschleunigt und es entsteht auch für das Rezirkulationsmedium ein Druckab fall, wodurch eine Saugwirkung einsetzt und somit weiteres Rezirkulationsme dium aus dem Bereich des ersten Zulaufs 28 und/oder des Rezirkulationsgeblä- ses nachgefördert wird. Durch eine Änderung und/oder Regulierung der Öff nungsdauer und der Öffnungsfrequenz des Dosierventils 6 kann eine Förderrate des Rezirkulationsmediums reguliert werden und auf den jeweiligen Bedarf des gesamten Brennstoffzellensystems 11 je nach Betriebszustand und Betriebsan forderungen angepasst werden.

In Fig. 3 ist zudem gezeigt, dass die Komponenten 4, 6, 8 des Förderaggregats 3 im Gehäuse 7 jeweils kompakt zueinander angeordnet sind. Das Rezirkulations- gebläse 8 und die Strahlpumpe 4 sind dabei derart zueinander im gemeinsamen Gehäuse 7 angeordnet, dass die Drehachse 48 des Verdichterrads 12 des Rezir- kulationsgebläses 8 zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 50 der Strahlpumpe 4 verläuft. Auf diese Weise lässt sich zum einen die Oberfläche des Förderaggregats 3 und/oder der benötigte Bauraum im Fahrzeug reduzieren.

Zum anderen können die Strömungskonturen der Bauteile 4, 6, 8 derart platzspa rend zueinander angeordnet werden, dass beispielsweise eine Gas-Auslassöff- nung 16 des Rezirkulationsgebläses 8 nahezu direkt in den Ansaugbereich 11 und/oder den ersten Zulauf 28 der Strahlpumpe 4 strömen kann, insbesondere über einen strömungsoptimierten integrierten Strömungskanal 41 der eine Krüm mung 43 aufweist, wobei eine Umlenkung und/oder Strömungsführung des gas förmigen Mediums zwischen dem Rezirkulationsgebläse 8 und der Strahlpumpe 4 ausschließlich im Bereich der Krümmung 43 erfolgt. Somit werden zumindest nahezu keine zusätzlichen Rohrleitungen zur Verbindung der Komponenten 4, 6,

8 benötigt. Zudem ist der zweite Sensor 24 und/oder ein Niederdrucksensor 45 platzsparend und/oder integriert im Gehäuse 7 angeordnet, wodurch weniger Bauraum erforderlich ist.

In vorteilhafter Weise lässt sich der Antrieb 47, der insbesondere aus einem wär meleitfähigen Material besteht, erwärmen, was insbesondere bei einer Kaltstart prozedur des Förderaggregats 3 und/oder des Fahrzeugs vorteilhaft ist. Dabei erwärmt sich der Antrieb 47 und überträgt, beispielsweise aufgrund seiner Wär meleitfähigkeit, die Wärmeenergie auf das Verdichterrad 12 und weitere Kompo nenten des Förderaggregats 3 und/oder das Gehäuse 7. Bei einem Abschalten des Förderaggregats 3 und/oder des Fahrzeugs, insbesondere über einen länge ren Zeitraum und/oder bei niedrigen Umgebungstemperaturen unter dem Gefrier punkt, gefriert die Flüssigkeit und es bilden sich Eisbrücken aus. Diese Eisbrü cken können bei einem Anfahren und/oder Starten und/oder beim Betrieb zur Be schädigung des Förderaggregats 3 und/oder des Brennstoffzellensystems 1 füh ren. Durch das Aufheizen des Antriebs 47 schmelzen die Eisbrücken und die Flüssigkeit wechselt von einem festen zu einem flüssigen Aggregatzustand und kann abgeführt werden. Vorteilhaft ist dabei die Anordnung des Antriebs 47 der art, dass die Wärmeeinleitung in das Gehäuse 7 möglichst schnell und effizient abläuft. Dabei kann zudem eine spezifische Ausformung des integrierten Gehäu ses und der Einsatz von Verbundmaterial für das Gehäuse zu einer besseren Wärmeleitfähigkeit führen. Alternativ kann in einer beispielhaften Ausführungs form die Nutzung von thermischen Effekten aus der Brennstoffzelle 2, insbeson dere einem Stack zum Aufwärmen oder Abkühlen des integrierten Gehäuses 7 verwendet werden. Zudem kann die Aktorik des Dosierventils 6 als Wärmequelle verwendet werden und wirkt ähnlich dem Antrieb 47 in vorteilhafter Weise.

In Fig. 4 ist ein in Fig. 3 mit II bezeichnete Ausschnitt des Verdichterraums 30 des Rezirkulationsgebläses 8 mit dem Verdichterrad 12 gezeigt. Dabei ist ge zeigt, dass das Verdichterrad 12 einen umlaufenden äußeren Begrenzungsring 39 aufweist, der rotationssymmetrisch zu der Drehachse 48 des Verdichterrads 12 verläuft. Dabei befindet sich auf der der Drehachse 48 abgewandten Seite des Verdichterrads 12 im Gehäuse 7 des Rezirkulationsgebläses und/oder des Förderaggregats 3 ein zumindest teilweise, insbesondere von dem mindestens einen Seitenkanal 19, gekapselter Abscheideraum 34 und/oder ein Abführungs- Kanal 46. Das Verdichterrad 12 ist zudem symmetrisch zu einer Symmetrieachse 49 aufgebaut, wobei die Symmetrieachse 49 orthogonal zur Drehachse 48 ver läuft. Weiterhin ist die auslaufende Kontur eines Schaufelblatts 5 des Verdichter rads 12 gezeigt, wobei dies Kontur in einem anderen Schnitt entlang der Sym metrieachse 49 zusammengeführt ist.

Dabei ist das Verdichterrad 12 gezeigt, das im Bereich des äußeren Begren zungsrings 39 mindestens einen außenliegenden umlaufenden Ringbund 29a, b aufweist. Dieser außenliegende Ringbund 29a, b verläuft axial zur Symmetrie achse 49 und auf der der Drehachse 48 abgewandten Seite des äußeren Be grenzungsrings 39. Dabei steht der mindestens eine außenliegende Ringbund 29a, b axial und/oder radial zur Symmetrieachse 49 mit dem Gehäuse-Oberteil 7 und/oder dem Gehäuse-Unterteil 8 des Gehäuses 3 zumindest nahezu in Anlage und/oder bildet mit diesem ein geringes Spaltmaß aus, das vom gasförmigen Me dium zumindest nahezu nicht überwunden werden kann. Indem sich zwischen dem Verdichterrad 12 mit dem mindestens eine außenliegenden umlaufenden Ringbund 29a, b und dem Gehäuse 7 ein geringes Spaltmaß ausbilden kann, kann eine zumindest teilweise Kapselung des mindestens einen Seitenkanals 19 vom Abscheideraum 34 erreicht werden

In Fig. 4 ist zudem dargestellt, dass der Abscheideraum 34 zumindest teilweise umlaufend um die Drehachse 48 zwischen dem Gehäuse 7 und dem äußeren Begrenzungsring 39 ausgebildet ist. Die schweren Bestandteile werden somit aus dem Bereich des mindestens einen Seitenkanals 19 und der Förderzelle 20 abgeleitet und im Bereich des Abscheideraums 34 gesammelt. Bei diesen schweren Bestandteilen des gasförmigen Mediums kann es sich beispielsweise um unerwünschte Abfallprodukt und/oder Nebenprodukte aus dem Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 handeln. Durch das Abführen der schweren Bestand teile kann die Förder- und Verdichtungswirkung des Förderaggregats 3 erhöht werden, da der Anteil des zu fördernden gasförmigen Medium, insbesondere F , der für die Stromerzeugung in der Brennstoffzelle 2 benötigt wird, in der Förder zelle 20 und dem mindestens einen Seitenkanal 19 erhöht wird. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Förderaggregats 3 erhöhen, da keine für den Betrieb unerwünschten schweren Bestandteile mitgefördert werden müssen.

Fig. 5 zeigt in Fig. 4 mit III bezeichneten Ausschnitt des Abscheideraums 34.

Dabei ist dargestellt, dass der Bestandteil H O und/oder der Bestandteil N vom gasförmigen Medium im Rezirkulationsgebläse 8 abgeschieden wird, wobei die Abscheidung insbesondere mittels des Zentrifugalprinzips im Rezirkulationsge bläse 8 erfolgt. Dabei ist gezeigt, dass der Abscheideraum 34 über den Abfüh rungs-Kanal 46 mit der Rückführleitung 21 zumindest mittelbar fluidisch verbun den ist, wobei die Rückführleitung 21 das Förderaggregat 3 und/oder das Rezir kulationsgebläse 8 zumindest mittelbar fluidisch mit dem Sammelbehälter 31 des Abscheiders 10 verbindet. Dabei können der Abscheideraum 34 und/oder der Abführungs- Kanal 46 ein erhöhtes Druckniveau zum Sammelbehälter 31 des Ab scheiders 10 ausbilden und wobei eine Ableitung von H2O und/oder N2 aus dem Rezirkulationsgebläse 8 in den Abscheider 10 in der Strömungsrichtung VI er folgt.

Durch die Ausbildung dieses Abscheideraums 34 ist es möglich, dass die schwe ren Bestandteile aus dem gasförmigen Medium, insbesondere N2 und/oder H2O abgeführt werden können und in diesem Abscheideraum 34 gesammelt werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise eine Rotation des Verdichterrads 12 im Betrieb dazu genutzt, eine größere Fliehkraft der schweren Bestandteile aufgrund der höheren Maße im Vergleich zum Rest des gasförmigen Mediums, insbesondere H2, dazu zu nutzen, dass die schweren Bestandteile derart stark mittels der Flieh kraft von der Drehachse 48 wegbewegt werden, dass sich diese in einer Strö mungsrichtung IX aus dem mindestens einen Seitenkanal 19 zwischen dem Ver dichterrad 12 und dem Gehäuse 7, insbesondere im Bereich des geringen Spalt maß, hindurchbewegen in den Abscheideraum 34, wobei es zu einer Fliehkraft abscheidung kommt. Vorteilhafterweise befindet sich am geodätisch tiefsten Punkt des Abscheideraums 34 der zusätzliche Abführungs- Kanal 46. Vorteilhaft ist es hierbei, dass durch die Wirkung der Schwerkraft und/oder der Zentrifugal kraft auf die im Abscheideraum 34 gesammelten schweren Bestandteile des gas förmigen Mediums ein automatisches Ableiten durch den Abführungs- Kanal 46 in die Rückführleitung 21 erfolgt, ohne dass eine weitere Maßnahme wie beispiels weise ein mechanisches Abpumpen erfolgen muss. Zudem wird der Effekt des automatischen Ableitens der schweren Bestandteile durch den Abführungs- Kanal 46 nach außen dadurch verstärkt, dass beim Betrieb des Rezirkulationsgebläses 8 weiterhin schwere Bestandteile in den Abscheideraum 34 nachströmen und dadurch die sich schon dort befindlichen schweren Bestandteile durch den Ab führungskanal 46 herausdrücken.

Dies bietet zudem den Vorteil, dass die schweren Bestandteile zum einen aus dem Bereich der Förderzelle 20 und/oder dem mindestens einen Seitenkanal 19 abgeführt werden und zum anderen auch aus dem Bereich des Abscheideraums 34 über den Abführungs- Kanal 46 aus dem Förderaggregat 3 abgeführt werden können. Dadurch wird das Risiko einer Beschädigung der rotierenden Bauteile, insbesondere des Verdichterrads 12 oder von Lagern verhindert, da verbleibende schwere Bestandteile, wie beispielsweise H2O, im abgeschalteten Zustand des Brennstoffzellensystems 1 und bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu einer Eisbrückenbildung führen, die diese Bauteile bei einem Starten des Rezirkulati- onsgebläses 8 beschädigen können. Diese Beschädigung wird durch das Her ausleiten der schweren Bestandteile über den Abführungs-Kanal 46 verhindert. Weiterhin wird der Vorteil erzielt, dass durch das Herausleiten der schweren Be- standteile, verhindert wird, dass sich im abgeschalteten Zustand des Brennstoff zellensystems 1 und bei niedrigen Umgebungstemperaturen sogenannte Eisbrü cken zwischen den beweglichen Teilen, insbesondere dem Verdichterrad 12 und dem Gehäuse 7, bilden. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.