【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃料电池系统，所述燃料电池系统例如可以在电运行的车辆中用于生成用于运行车辆必需的电能。
技术介绍
1、在这样的具有一个或多个例如构造为pem燃料电池的燃料电池的燃料电池系统中，部分地在燃料电池运行开始时、部分地也在燃料电池运行期间实施所谓的清洁(purge)过程。在这些清洁过程中，燃料电池的阳极区域以在阳极进入区域上导入到该阳极区域中的且在阳极排出区域上又从该阳极区域排放的氢气冲洗，使得在阳极区域中聚集的空气或者说氮气从该阳极区域排出，以便由此确保在阳极区域中的氢气浓度不受影响时有效燃料电池运行。
2、在这样的清洁过程中从阳极区域随着阳极排气排放的氢气是原则上对环境有害的气体，并且氢气排放到周围环境可能导致在爆炸危险方面潜在关键的状况。
技术实现思路
1、本专利技术的任务在于，在燃料电池系统的较简单且较紧凑的结构设计中可靠地最小化排放到周围环境的氢气的量。
2、按照本专利技术的第一方面，所述任务通过一种燃料电池系统、特别是用于车辆的燃料电池系统解决，所述燃料电池系统包括：
3、-至少一个燃料电池，
4、-要在所述至少一个燃料电池的阳极进入区域上以氢气供给的阳极区域，
5、-要在所述至少一个燃料电池的阴极进入区域上以氧气供给的阴极区域，
6、-在所述至少一个燃料电池的阳极排出区域上接收阳极排气的阳极排出管路，
7、-所述阳极排出管路中的能由所述阳极排气穿流的至少一个催化器单元，>
8、-在所述至少一个燃料电池的阴极排出区域上接收阴极排气的阴极排出管路，
9、-在至少一个催化器单元的上游连接所述阴极排出管路与所述阳极排出管路的阴极分支管路。
10、所述至少一个催化器单元对于减少排放到周围环境的氢气提供显著贡献，在所述催化器单元上，特别是在实施清洁过程时在阳极排出区域上排放的氢气在催化反应中与氧气转化成水。对于催化转化必需的氧气通过以下方式提供，即，将在阴极排出区域上排放的且包含氧气或者说剩余氧气的阴极排气的一部分分出并且与所述阳极排气一起导入到所述至少一个催化器单元中或者说(如果设置有多个这样的催化器单元)导入到所述催化器单元中的至少一个催化器单元中。
11、因为在按照本专利技术构造的燃料电池系统中不将阴极排气的全部流与阳极排气混匀，所以可以避免在所述至少一个催化器单元的区域中形成非常小的氢气浓度。这避免必须提供具有大的催化器容积或者说大的催化器表面的催化器单元的必要性，由此可以一方面将结构尺寸保持得小并且另一方面将结构成本保持得小。另一方面，避免穿过所述至少一个催化器单元的导致相对高压力损耗的过度大的质量流。
12、为了分配阴极排气的流，可以给所述阴极分支管路配设导流组件，以用于将导入到所述阴极排出管路中的阴极排气的一部分引导到所述阴极分支管路中。
13、为了能够与不同的运行状态或者说要在不同的运行阶段中实施的清洁过程相适配地实现对氢气和在阴极排气中包含的氧气的适用于催化转化的混合，导入到所述阴极分支管路中的阴极排气的份额可以是能通过所述导流组件改变的。
14、在一种特别有利的设计中，在所述阴极排出管路中，可以在所述阴极分支管路从所述阴极排出管路分支的上游设置有阴极排气除湿组件，或/和可以在所述阴极排气分支管路中设置有阴极排气除湿组件。通过使用这样的例如构造为冷凝器单元或者说水分离器的除湿组件，从阴极排气的要与阳极排气混合的部分除去湿气，这一方面有利地在实施催化反应时有利地作用于催化器单元的转化特性并且另一方面阻止特别是催化有效的材料的过度快速的老化。
15、在按照本专利技术构造的燃料电池系统中，可以设置有燃料电池排气设备，以用于接收所述阴极排气的未从所述阴极排出管路分支的部分和在实施催化反应之后从所述至少一个催化器单元排放的由所述阳极排气与所述阴极排气的从所述阴极排出管路分支的部分构成的混合物。
16、所述燃料电池排气设备例如可以包括除湿组件，以便在排放到周围环境之前从燃料电池排气除去其他的湿气或者说水。备选地或附加地，燃料电池排气设备可以包括消声器，以便抑制例如可能在将空气输送到阴极区域中的压缩机的区域中形成的噪声排放到周围环境。
17、按照本专利技术的另一方面，所述任务通过一种用于运行燃料电池系统、特别是按照本专利技术构造的燃料电池系统的方法解决，其中，将在燃料电池的阳极排出区域上排放的阳极排气引导通过至少一个催化器单元，以用于减少所述阳极排气中的氢气含量，并且将在燃料电池的阴极排出区域上排放的阴极排气的一部分在至少一个催化器单元的上游混合给所述阳极排气。
18、为了适配于不同的运行状态，所述阴极排气的混合给所述阳极排气的部分可以是可变的。
19、在此，特别是可规定：根据在所述阳极排出区域上排放的阳极排气中的氢气含量调设混合给所述阳极排气的阴极气体的量。
20、为了在穿过所述至少一个催化器单元的体积流量尽可能保持得小时有效催化转化，提出：将混合给所述阳极排气的阴极气体的量这样调设，使得提供至少化学计量的、优选过化学计量的氧气/氢气比例，以用于在所述至少一个催化器单元中催化反应。特别是所述至少一个催化器单元以过化学计量的氧气/氢气比例的运行保证：可以将基本上在阳极排气中包含的全部氢气转化为水。
21、引导穿过所述至少一个催化器单元的由阳极排气和阴极气体构成的混合物中的在所述至少一个催化器单元的区域中出现氢氧气反应方面关键的氢气浓度的出现可以通过以下方式避免，即，将混合给所述阳极排气的阴极气体的量这样调设，使得供应给所述至少一个催化器单元的由所述阳极排气和所述阴极气体构成的混合物具有处于阈值氢气含量之下的氢气含量。
22、在此，特别有利的是：所述阈值氢气含量处于4体积％至8体积％的范围内并且因此不达到允许这样的反应的点火比例。
23、为了进一步处理不同的排气流，可以将所述阴极排气的未混合给所述阳极排气的部分和在实施所述催化反应之后离开所述至少一个催化器单元的由所述阳极排气与所述阴极排气的混合给所述阳极排气的部分构成的混合物引导到燃料电池排气设备中。在这样的燃料电池排气设备中，可以从穿流该燃料电池排气设备的混合气除去其他的湿气或者说其他的水。这样的燃料电池排气设备也可以包括消声器，以便向外抑制可能特别是在将空气输送到阴极区域中的压缩机的区域中形成的噪声的排放。
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1.燃料电池系统、特别是用于车辆的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
2.按照权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，给所述阴极分支管路(38)配设导流组件(36)，以用于将导入到所述阴极排出管路(28)中的阴极排气(K)的一部分引导到所述阴极分支管路(38)中。
3.按照权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，导入到所述阴极分支管路(38)中的阴极排气(K)的份额能通过所述导流组件(36)改变。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述阴极排出管路(28)中，在所述阴极分支管路(38)从所述阴极排出管路(28)分支的上游设置有阴极排气除湿组件(44)，或/和在所述阴极排气分支管路(38)中设置有阴极排气除湿组件(44)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，设置有燃料电池排气设备(42)，以用于接收所述阴极排气(K)的未从所述阴极排出管路(28)分支的部分和在实施催化反应之后从所述至少一个催化器单元(34)排放的由所述阳极排气(A)与所述阴极排气(K)的从所述阴极排出管路
6.按照权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池排气设备(42)包括除湿组件或/和消声器。
7.用于运行燃料电池系统、特别是按照权利要求1所述的燃料电池系统的方法，其中，将在燃料电池(12)的阳极排出区域(30)上排放的阳极排气(A)引导通过至少一个催化器单元(34)，以用于减少所述阳极排气(A)中的氢气含量，并且将在燃料电池(12)的阴极排出区域(36)上排放的阴极排气(K)的一部分在至少一个催化器单元(34)的上游混合给所述阳极排气(A)。
8.按照权利要求所述的方法7，其特征在于，所述阴极排气(K)的混合给所述阳极排气(A)的部分是可变的。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，根据在所述阳极排出区域(30)上排放的阳极排气(A)的氢气含量调设混合给所述阳极排气(A)的阴极排气(K)的量。
10.按照权利要求8或9所述的方法，将混合给所述阳极排气(A)的阴极排气(K)的量调设成，使得提供至少化学计量的、优选过化学计量的氧气/氢气比例，以用于在所述至少一个催化器单元(34)中催化反应。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，混合给所述阳极排气(A)的阴极排气(K)的量调设成，使得输送给所述至少一个催化器单元(34)的由阳极排气(A)和阴极排气(K)构成的混合物具有处于阈值氢气含量之下的氢气含量。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，所述阈值氢气含量处于4体积％至8体积％的范围内。
13.按照权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，将所述阴极排气(K)的未混合给所述阳极排气(A)的部分和在实施所述催化反应之后离开所述至少一个催化器单元(34)的由所述阳极排气(A)与所述阴极排气(K)的混合给所述阳极排气(A)的部分构成的混合物引导到燃料电池排气设备(42)中。
...【技术特征摘要】
1.燃料电池系统、特别是用于车辆的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
2.按照权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，给所述阴极分支管路(38)配设导流组件(36)，以用于将导入到所述阴极排出管路(28)中的阴极排气(k)的一部分引导到所述阴极分支管路(38)中。
3.按照权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，导入到所述阴极分支管路(38)中的阴极排气(k)的份额能通过所述导流组件(36)改变。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述阴极排出管路(28)中，在所述阴极分支管路(38)从所述阴极排出管路(28)分支的上游设置有阴极排气除湿组件(44)，或/和在所述阴极排气分支管路(38)中设置有阴极排气除湿组件(44)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，设置有燃料电池排气设备(42)，以用于接收所述阴极排气(k)的未从所述阴极排出管路(28)分支的部分和在实施催化反应之后从所述至少一个催化器单元(34)排放的由所述阳极排气(a)与所述阴极排气(k)的从所述阴极排出管路(28)分支的部分构成的混合物。
6.按照权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池排气设备(42)包括除湿组件或/和消声器。
7.用于运行燃料电池系统、特别是按照权利要求1所述的燃料电池系统的方法，其中，将在燃料电池(12)的阳极排出区域(30)上排放的阳极排气(a)引导通过至少一个催化器单元(...
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