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DE10135625A1 - Hydrogen supply system for fuel cell arrangement has hydrogen recirculating pump driven by energy of pressure of hydrogen extracted from tank or coming from reforming unit - Google Patents

Hydrogen supply system for fuel cell arrangement has hydrogen recirculating pump driven by energy of pressure of hydrogen extracted from tank or coming from reforming unit

Info

Publication number
DE10135625A1
DE10135625A1 DE10135625A DE10135625A DE10135625A1 DE 10135625 A1 DE10135625 A1 DE 10135625A1 DE 10135625 A DE10135625 A DE 10135625A DE 10135625 A DE10135625 A DE 10135625A DE 10135625 A1 DE10135625 A1 DE 10135625A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hydrogen
pressure
feed system
fuel cell
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10135625A
Other languages
German (de)
Inventor
Manfred Herrmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motors Liquidation Co
Original Assignee
General Motors Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Motors Corp filed Critical General Motors Corp
Priority to DE10135625A priority Critical patent/DE10135625A1/en
Priority to US09/997,397 priority patent/US20020122969A1/en
Priority to DE10161521.3A priority patent/DE10161521B4/en
Priority to US10/028,758 priority patent/US6706439B2/en
Publication of DE10135625A1 publication Critical patent/DE10135625A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06Pumps having fluid drive
    • F04B43/073Pumps having fluid drive the actuating fluid being controlled by at least one valve
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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Abstract

Ein Wasserstoffspeisesystem für eine Brennstoffzellenanordnung, bei dem Wasserstoff aus einem unter Druck stehenden Vorratstank oder unter Druck von einer Reformierungseinrichtung bei einem höheren Druck entnehmbar und nach Entspannung auf einen niedrigeren Druck in die Brennstoffzellenanordnung einspeisbar ist, wobei eine Rückführschleife im Wasserstoffkreislauf vorgesehen ist, damit ein Teil des unverbrauchten aus der Brennstoffzellenanordnung heraustretenden Wasserstoffs in diese wiedereinspeisbar ist, kennzeichnet sich dadurch aus, daß eine Pumpe vorgesehen ist, die die Rezirkulation des Wasserstoffs bewirkt und welche von der Druckenergie des aus dem Tank entnommenen bzw. von einer Reformereinheit kommenden Wasserstoffs antreibbar ist.A hydrogen feed system for a fuel cell arrangement in which hydrogen can be withdrawn from a pressurized storage tank or under pressure from a reforming device at a higher pressure and can be fed into the fuel cell arrangement after relaxation to a lower pressure, a feedback loop being provided in the hydrogen circuit so that part of it The unused hydrogen emerging from the fuel cell arrangement can be fed back into it, characterized in that a pump is provided which brings about the recirculation of the hydrogen and which can be driven by the pressure energy of the hydrogen removed from the tank or coming from a reformer unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserstoffspeisesystem für eine Brennstoffzellenanordnung, bei dem Wasserstoff aus einem unter Druck stehenden Vorratstank oder unter Druck von einer Reformierungsein­ richtung bei einem höheren Druck entnehmbar und nach Entspannung auf einen niedrigeren Druck in die Brennstoffzellenanordnung einspeisbar ist, wobei eine Rückführschleife im Wasserstoffkreislauf vorgesehen ist, damit ein Teil des aus der Brennstoffzellenanordnung heraustretenden unverbrauchten Wasserstoffs in diese wiedereinspeisbar ist.The present invention relates to a hydrogen feed system for a Fuel cell arrangement in which hydrogen from a pressurized standing storage tank or under pressure from a reforming direction can be removed at a higher pressure and after relaxation can be fed to the fuel cell arrangement at a lower pressure is, wherein a feedback loop is provided in the hydrogen circuit, thus a part of that emerging from the fuel cell arrangement unused hydrogen can be fed back into it.

Brennstoffzellen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Die vorliegende Erfindung befaßt sich jedoch nur mit solchen Brennstoffzellen, die mit Wasserstoffgas als Brennstoff arbeiten. Solche Brennstoffzellen sind in Form von sogenannten PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane Brennstoffzellen) bekannt. Eine Brennstoffzellenanordnung ba­ sierend auf PEM-Brennstoffzellen kann zwar aus einer einzigen Brenn­ stoffzelle bestehen, besteht aber üblicherweise aus einem Stapel von über­ einander oder nebeneinander angeordneten Brennstoffzellen, die zusam­ men einen sogenannten Stack bilden. Jede Brennstoffzelle weist eine für Protonen durchlässige Membran mit Elektroden auf beiden Seiten auf, und zwar eine Kathode und eine Anode, die beide eine katalytische Be­ schichtung aufweisen. Dem Stack wird auf der Anodenseite Wasserstoff bei einem gewissen Überdruck zugeführt. Auf der Kathodenseite wird dem Stack Luft ebenfalls mit einem geeigneten Überdruck zugeführt. Im Be­ trieb der Brennstoffzelle diffundieren Protonen, die vom Wasserstoff gelie­ fert werden, durch die Membran hindurch und reagieren auf der Katho­ denseite der Membran mit der zugeführten Luft. Hierdurch wird einerseits Wasserdampf gebildet, der auf der Kathodenseite als Abgas abgeführt wird und andererseits Strom erzeugt, der beispielsweise zum Antreiben eines Fahrzeuges herangezogen werden kann, in dem die Brennstoffzellenan­ ordnung eingebaut ist.Fuel cells are known in various embodiments. The However, the present invention is concerned only with such fuel cells, who work with hydrogen gas as fuel. Such fuel cells are in the form of so-called PEM fuel cells (Proton Exchange Membrane fuel cells) known. A fuel cell assembly ba Based on PEM fuel cells can be made from a single fuel consist of cell, but usually consists of a stack of over fuel cells arranged side by side or side by side, which together men form a so-called stack. Each fuel cell has one for Proton permeable membrane with electrodes on both sides, namely a cathode and an anode, both of which have a catalytic loading have stratification. The stack becomes hydrogen on the anode side fed at a certain pressure. This is on the cathode side Stack air is also supplied with a suitable positive pressure. In Be the fuel cell diffuses protons that pour out of hydrogen  finished, through the membrane and react on the Katho the side of the membrane with the supplied air. This will, on the one hand Water vapor is formed, which is discharged as exhaust gas on the cathode side and on the other hand generates electricity, for example for driving a Vehicle can be used in which the fuel cells order is installed.

Auf der Anodenseite der Brennstoffzellenanordnung verläßt überschüssi­ ger, noch unverbrauchter Wasserstoff den Stack und wird entweder zur Erzeugung von Wärme verbrannt oder wenigstens zum Teil erneut dem Stack über eine Rückführschleife zugeführt, das heißt rezirkuliert. Eine derartige Vorgehensweise hat gewisse Vorteile: Es ist einerseits wirtschaft­ licher, andererseits sorgt die Rückführung des Wasserstoffes dafür, daß eine ausreichende Feuchtigkeit stets vorhanden ist, so daß die Membrane feucht bleiben. Dies stellt eine wesentliche Voraussetzung für den stö­ rungsfreien Betrieb einer Brennstoffzelle dar.Excess leaves on the anode side of the fuel cell arrangement low, still unused hydrogen the stack and becomes either Generation of heat burned or at least partially again Stack fed via a feedback loop, that is, recirculated. A Such an approach has certain advantages: On the one hand, it is economical Licher, on the other hand, the return of the hydrogen ensures that there is always sufficient moisture so that the membrane stay moist. This is an essential requirement for the stö operation of a fuel cell.

Es ist also bekannt, mindestens einen Teil des aus den Brennstoffzellen heraustretenden unverbrauchten Wasserstoffs der Brennstoffzellenanord­ nung erneut zuzuführen. Um dies zu erreichen, muß aber eine Drucker­ höhung stattfinden, da der Druck auf der Eingangsseite der Brennstoff­ zellenanordnung höher ist, als auf der Ausgangsseite.So it is known at least a part of that from the fuel cells emerging unused hydrogen of the fuel cell arrangement supply again. To achieve this, however, a printer must be used increase take place because of the pressure on the input side of the fuel cell arrangement is higher than on the output side.

Diese Druckerhöhung gestaltet sich jedoch als problematisch. Da Wasser­ stoffmoleküle klein sind, ist das Pumpen von Wasserstoff schwierig und die Gefahr von Leckagen ist sehr groß. Motorbetriebene Pumpen, bei de­ nen der Motor außerhalb des Wasserkreislaufes angeordnet ist, sind in der Praxis problematisch, da es extrem schwierig ist, die rotierenden An­ triebswelle der Pumpe ausreichend abzudichten. Wasserstoffleckagen sind jedoch gerade beim Stillstand eines Fahrzeuges äußerst gefährlich, da sie zu heftigen Explosionen führen können.However, this pressure increase is problematic. Because water substance molecules are small, pumping hydrogen is difficult and the risk of leakage is very high. Motor-driven pumps, at de NEN the engine is located outside the water cycle are in problematic in practice since it is extremely difficult to turn the rotating  to adequately seal the drive shaft of the pump. There are hydrogen leaks however extremely dangerous, especially when a vehicle is at a standstill, because it can lead to violent explosions.

Um die Verwendung von solchen Pumpen zu vermeiden, ist bereits in der internationalen Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 99/05741 vorgeschlagen worden, sogenannte Eduktoren anzuwen­ den. Diese bestehen aus einer Düse mit einem konvergierenden Abschnitt und einem divergierenden Abschnitt und es wird Wasserstoff unter einem höheren Druck in die Engstelle zwischen dem konvergierenden Abschnitt und dem divergierenden Abschnitt injiziert, wodurch eine Saugwirkung mit Druckerhöhung erfolgt, so daß Wasserstoff bei einem niedrigeren Druck auf der konvergierenden Seite eingesaugt und mit einer Drucker­ höhung auf der divergierenden Seite austritt. Ein Eduktor hat den Vorteil, daß er relativ leicht abgedichtet werden kann, da es keine sich bewegen­ den Teile gibt. Problematisch ist aber, daß er erst bei einem gewissen Durchsatz richtig funktioniert, so daß ein zweiter Eduktor erforderlich ist, um die Wasserstoffzirkulation bei niedrigen Strömungsraten aufrecht zu erhalten. Bei dem zweiten Eduktor wird Wasser in die Engstelle zwischen dem konvergierenden und dem divergierenden Abschnitt eingespritzt, wofür ein Wasservorrat und eine Wasserpumpe erforderlich sind und es leuchtet ein, daß die Dauer der Betriebszeit beschränkt ist, da die verfüg­ bare Wassermenge beschränkt ist. Durch die verschiedenen erforderlichen Bauteile gestaltet sich auch ein solches System als relativ komplex und es sind auch hier Leckagen zu befürchten.To avoid the use of such pumps, is already in the international application with the publication number WO 99/05741 has been proposed to use so-called eductors the. These consist of a nozzle with a converging section and a divergent section and there will be hydrogen under one higher pressure in the constriction between the converging section and the diverging portion is injected, thereby causing suction with pressure increase, so that hydrogen at a lower Pressure sucked in on the converging side and using a printer elevation emerges on the diverging side. An eductor has the advantage that it can be sealed relatively easily since there are no moving the parts there. The problem, however, is that it only occurs with a certain Throughput works properly so a second eductor is required to maintain hydrogen circulation at low flow rates receive. In the second eductor, water is in the narrow point between injected into the converging and diverging section, what a water supply and a water pump are required for and it it is clear that the duration of the operating time is limited because the bare amount of water is limited. Through the various required Even such a system turns out to be relatively complex and components leakages are also to be feared here.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzusehen, die es ermöglicht, die für eine Wasserstoffrezirkulation erforderliche Druc­ kerhöhung relativ kostengünstig zu erhalten, ohne Leckagen befürchten zu müssen.The object of the present invention is to provide a device which enables the pressure required for hydrogen recirculation  to get a relatively cheap increase without fear of leakage to have to.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Wasserstoffspeisesystem der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Pumpe vorgesehen ist, die die Rezirkulation des Wasserstoffs bewirkt und welche von der Druckenergie des aus dem Tank entnommenen bzw. von einer Reformereinheit kommenden Wasserstoffs antreibbar ist.In order to solve this problem, the type mentioned, provided according to the invention that a pump is provided, which causes the recirculation of the hydrogen and which from the pressure energy of the one taken from the tank or one Reformer unit coming hydrogen can be driven.

Anders gesehen, besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß eine Pumpe vorgesehen ist, die zur Durchführung der Wasserstoffrezirkulation an der Brennstoffzellenanordnung angeschlossen ist, daß der vom Vorrat­ stank oder von einer Reformiereinheit kommende Wasserstoff zum Antrei­ ben der Pumpe dieser zuführbar ist und der durch Antreiben der Pumpe entspannte Wasserstoff zusammen mit dem rezirkulierten Wasserstoff der Brennstoffzellenanordnung zugeführt wird.In other words, the solution according to the invention is that a Pump is provided to carry out the hydrogen recirculation connected to the fuel cell assembly, that of the supply stank or hydrogen coming from a reforming unit ben the pump this can be fed and by driving the pump relaxed hydrogen together with the recirculated hydrogen Fuel cell assembly is supplied.

Da das Rezirkulieren des Wasserstoffs durch eine vom Wasserstoff selbst betriebene Pumpe, insbesondere in Form einer Verdrängerpumpe erfolgt, kann diese Pumpe vollständig innerhalb des Wasserstoffkreislaufes unter­ gebracht werden, so daß die Pumpe vollständig im Leitungssystem inte­ griert ist und keine Welle die Wandung des Leitungssystems durchdringt, so daß Leckagen an Wellendurchführungen nicht auftreten können. Zwar müssen weiterhin alle Leitungsanschlüsse nach wie vor wasserstoffdicht ausgeführt werden, dieses Problem ist aber wesentlich einfacher zu lösen, da es bei den Leitungsanschlüssen im Betrieb keine beweglichen Teile vorliegen. Die Pumpe ist sozusagen hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtet. Because the recirculation of hydrogen by one of the hydrogen itself operated pump, in particular in the form of a positive displacement pump, this pump can be completely within the hydrogen cycle brought so that the pump is completely inte is grated and no wave penetrates the wall of the pipe system, so that leakages on shaft bushings cannot occur. Though all pipe connections still have to be hydrogen-tight run, but this problem is much easier to solve, since there are no moving parts in the line connections during operation available. The pump is, so to speak, hermetic to the environment sealed.  

Da die Antriebsenergie aus dem ohnehin vorhandenen Wasserstoffdruck bei dessen Entspannung entnommen wird, muß keine zusätzliche Energie geliefert werden, so daß die von den Brennstoffzellen abgegebene Leistung durch die für das Antreiben der Pumpe benötigte Energie nicht geschmä­ lert wird.Because the drive energy comes from the already existing hydrogen pressure when it is released, no additional energy is required are supplied so that the power output by the fuel cells not diminished by the energy required to drive the pump is being learned.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung und der beigefügten Zeichnung zu ent­ nehmen. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are the subclaims as well as the further description and the attached drawing to take. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wasserstoffspeisesystems mit einer Kolbenpumpe; Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a hydrogen feed system according to the invention with a piston pump.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Membranpumpe während eines ersten Pump-Halbzyklus; und Fig. 2 is a schematic representation of a diaphragm pump according to the invention during a first pump half cycle; and

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Membranpumpe aus Fig. 2 während eines zweiten Pump-Halbzyklus. FIG. 3 shows a schematic illustration of the diaphragm pump from FIG. 2 during a second pump half cycle.

Fig. 1 zeigt eine doppelt wirkende Kolbenpumpe 10, die Wasserstoff von einem Vorratstank 35 oder von einer Reformiereinheit 37 an die Anoden­ seite über eine schematisch dargestellte Leitung 13A einer Brennstoffzel­ lenanordnung 11 liefert und einen Teil des überschüssigen, aus den Brennstoffzellen auf der Anodenseite heraustretenden Wasserstoffs über eine Rückführschleife den Brennstoffzellen erneut zuführt. Die Rückführ­ schleife umfaßt in diesem Beispiel schematisch angedeutete Leitungen 13B und 13C, die von der Brennstoffzellenanordnung 11 zu Anschlüssen 38 und 42 an den Stirnenden 30 und 32 der Pumpe 10 führen und Lei­ tungen 13D und 13E, die von den Anschlüssen 40 und 44 an den Stir­ nenden 30 und 32 der Pumpe 10 zu der Brennstoffzellenanordnung füh­ ren. In einer praktischen Ausführungsform können die Leitungen 13B und 13C bzw. die Leitungen 13A, 13D und 13E als je eine Leitung reali­ siert werden, die über interne Kanäle des Pumpengehäuses zu den jeweili­ gen Anschlüssen bzw. zu entsprechenden Öffnungen der Pumpe führen. Die Pumpe 10 ist also in die Rückführschleife eingebaut. Die Rückführ­ schleife 13B, 13C, 13D, 13E zusammen mit der Leitung 13A und die Strömungswege innerhalb der Pumpe 10 und auf der Anodenseite der Brennstoffzellenanordnung 11 bilden den Wasserstoffkreislauf. Fig. 1 shows a double-acting piston pump 10 , which delivers hydrogen from a storage tank 35 or from a reforming unit 37 to the anode side via a schematically illustrated line 13 A of a fuel cell arrangement 11 and part of the excess, emerging from the fuel cells on the anode side Hydrogen is fed back into the fuel cells via a feedback loop. The feedback loop in this example includes schematically indicated lines 13 B and 13 C, which lead from the fuel cell arrangement 11 to connections 38 and 42 at the ends 30 and 32 of the pump 10 and lines 13 D and 13 E which lead from the connections 40 and 44 at the ends 30 and 32 of the pump 10 lead to the fuel cell arrangement. In a practical embodiment, the lines 13 B and 13 C or the lines 13 A, 13 D and 13 E can be realized as one line each, which lead via internal channels of the pump housing to the respective connections or openings of the pump. The pump 10 is therefore built into the feedback loop. The return loop 13 B, 13 C, 13 D, 13 E together with the line 13 A and the flow paths within the pump 10 and on the anode side of the fuel cell arrangement 11 form the hydrogen circuit.

In an sich bekannter Weise weist die Brennstoffzellenanordnung 11 au­ ßerdem eine Kathodenseite auf, der Luft über die Leitung 15A zugeführt wird. Protonen, die von dem Wasserstoff auf der Anodenseite geliefert wer­ den, werden mittels der in den Brennstoffzellen enthaltenen Membrane zur Kathodenseite transportiert und reagieren dort mit Sauerstoff aus der zugeführten Luft zu Wasser, das in Form von Wasserdampf die Kathoden­ seite der Brennstoffzellen mit überschüssiger Luft bzw. an der Reaktion nicht teilnehmenden Luftbestandteile wie Stickstoff über die Leitung 15B verläßt.In a manner known per se, the fuel cell arrangement 11 also has a cathode side to which air is supplied via the line 15 A. Protons that are supplied by the hydrogen on the anode side are transported to the cathode side by means of the membrane contained in the fuel cells and react there with oxygen from the supplied air to water, which in the form of water vapor forms the cathode side of the fuel cells with excess air or . in the reaction is not participating air components such as nitrogen leaves via the line 15 B.

Die Wirkung der Pumpe 10 wird nachfolgend näher erläutert. Sie weist einen Doppelkolben 12 auf, der je nach den herrschenden Druckverhält­ nissen nach rechts entsprechend dem Pfeil 14 oder nach links entspre­ chend dem Pfeil 16 innerhalb eines Zylindergehäuses 18 bewegbar ist. Der Doppelkolben 12 weist zwei Kolbenköpfe 20 und 22 auf, die über ein hoh­ les Verbindungsteil 24 miteinander verbunden sind. Eine Ventilklappe 26 ist über eine Anlenkachse 28 am Zylindergehäuse 18 kippbar gelagert, so daß es zwischen der in durchgehenden Linien gezeigten schrägen Stellung und einer ebenfalls geneigten, in gebrochenen Linien schematisch darge­ stellten zweiten Stellung 26' kippbar ist. Die Anlenkachse 28 kann so aus­ geführt werden, daß sie entweder das Zylindergehäuse überhaupt nicht durchdringt oder durch Achsstummel realisiert ist, die im Betrieb festste­ hen und gegenüber dem Zylindergehäuse vollständig abgedichtet sind.The effect of the pump 10 is explained in more detail below. It has a double piston 12 which, depending on the prevailing pressure ratios, can be moved to the right according to arrow 14 or to the left accordingly arrow 16 within a cylinder housing 18 . The double piston 12 has two piston heads 20 and 22 which are connected to one another via a hollow connecting part 24 . A valve flap 26 is tiltably mounted on a pivot axis 28 on the cylinder housing 18 , so that it can be tilted between the oblique position shown in solid lines and a likewise inclined, broken lines schematically shown second position 26 '. The articulation axis 28 can be performed so that it either does not penetrate the cylinder housing at all or is realized by stub axles which are fixed during operation and are completely sealed off from the cylinder housing.

Die Kippbewegung der Ventilklappe 26 erfolgt hier durch die Hin- und Herbewegung des Doppelkolbens 12. Wenn der Kolben in Pfeilrichtung 14 weiter nach rechts bewegt wird, wird die Ventilklappe 26 durch einen am Verbindungsteil 24 vorhandenen Anschlag 27 in die gestrichelte Position 26' gekippt, während bei einer anschließenden Bewegung des Doppelkol­ bens 12 nach links entsprechend dem Pfeil 16 die Ventilklappe 26 durch den weiteren, am Verbindungsteil vorhandenen Anschlag 29 in die in durchgehenden Linien gezeigte Stellung in Fig. 1 zurückbewegt wird.The tilting movement of the valve flap 26 takes place here by the reciprocating movement of the double piston 12 . If the piston is moved further to the right in the direction of arrow 14 , the valve flap 26 is tilted into the dashed position 26 'by a stop 27 provided on the connecting part 24 , while with a subsequent movement of the double piston 12 to the left according to the arrow 16, the valve flap 26 is moved back into the position shown in solid lines in FIG. 1 by the further stop 29 present on the connecting part.

Bei der gezeigten Anordnung sind vier Druckkammern I, II, III und IV vor­ handen, wobei die Druckkammer I zwischen der Ventilklappe 26 und dem Kolbenkopf 22, die Druckkammer II zwischen der Ventilklappe 26 und dem Kolbenkopf 20, die Druckkammer III zwischen dem Kolbenkopf 20 und dem linken Stirnende 30 des Zylinders 18 und die Druckkammer IV zwischen dem Kolbenkopf 22 und dem rechten Stirnende 32 des Zylinders 18 gebildet ist.In the arrangement shown, four pressure chambers I, II, III and IV are present, the pressure chamber I between the valve flap 26 and the piston head 22 , the pressure chamber II between the valve flap 26 and the piston head 20 , the pressure chamber III between the piston head 20 and the left end 30 of the cylinder 18 and the pressure chamber IV between the piston head 22 and the right end 32 of the cylinder 18 is formed.

Zwischen der Ventilklappe 26 und dem Verbindungsteil bzw. zwischen der Ventilklappe 26 und dem Zylindergehäuse 18 befinden sich Dichtungen (nicht gezeigt), um die Kammer I gegenüber der Kammer II in beiden Stel­ lungen der Ventilklappe 26 abzudichten. Zwischen dem Kolbenkopf 20 und dem Zylindergehäuse 18 bzw. zwischen dem Kolbenkopf 22 und dem Zylindergehäuse 18 befinden sich weitere Dichtungen (nicht gezeigt), die die Kammer II gegenüber der Kammer III bzw. Kammer I gegenüber der Kammer IV abdichten.Between the valve flap 26 and the connecting part or between the valve flap 26 and the cylinder housing 18 there are seals (not shown) in order to seal the chamber I against the chamber II in both positions of the valve flap 26 . Between the piston head 20 and the cylinder housing 18 or between the piston head 22 and the cylinder housing 18 there are further seals (not shown) which seal the chamber II against the chamber III and chamber I against the chamber IV.

Die Doppelkolbenpumpe 10 hat in diesem Beispiel sechs Anschlüsse 34, 36, 38, 40, 42 und 44. Der Anschluß 34 ist an einen Vorratstank 35 ange­ schlossen, der Wasserstoff (H2) enthält und diesen mit einem konstanten Antriebsdruck an den Anschluß 34 liefert. Um diesen konstanten An­ triebsdruck zu erreichen, wird ein Druckreglerventil 33 zwischen dem Vor­ ratstank 35 und dem Anschluß 34 vorgesehen. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung gelangt der Wasserstoff unter dem Lieferdruck PLiefer in die Druckkammer I und strömt über eine Drosselstelle 46 benachbart zum Kolbenkopf 22 in das hohle Verbindungsteil 24 hinein. Der Wasserstoff verläßt das hohle Verbindungsteil 24 wieder über eine zweite Drosselstelle 48 und befindet sich dann in der Druckkammer II.The double piston pump 10 has six connections 34 , 36 , 38 , 40 , 42 and 44 in this example. The port 34 is connected to a storage tank 35 which contains hydrogen (H 2 ) and supplies this to the port 34 with a constant driving pressure. In order to achieve this constant drive pressure, a pressure regulator valve 33 is provided between the before tank 35 and the port 34 . In the position shown in FIG. 1, the hydrogen reaches the pressure chamber I under the delivery pressure P delivery and flows into the hollow connecting part 24 via a throttle point 46 adjacent to the piston head 22 . The hydrogen leaves the hollow connecting part 24 again via a second throttle point 48 and is then in the pressure chamber II.

Die Drosselstellen 46 und 48 müssen nicht im hohlen Verbindungsteil 24 vorgesehen werden, sie können beispielsweise in der Ventilklappe 26 oder in einer geeigneten Strömungspassage im Zylindergehäuse 18 vorgesehen werden. Im übrigen ist es nicht zwingend erforderlich, zwei Drosselstellen vorzusehen, eine einzige Drosselstelle reicht aus.The throttling points 46 and 48 do not have to be provided in the hollow connecting part 24 , they can be provided, for example, in the valve flap 26 or in a suitable flow passage in the cylinder housing 18 . Furthermore, it is not absolutely necessary to provide two throttling points; a single throttling point is sufficient.

In der in Fig. 1 gezeigten Position wird der Wasserstoff jetzt mit vermin­ dertem Druck entsprechend dem Pfeil 13A zu den Brennstoffzellen 11 ge­ führt. Dieser Druck ist hier als PSpeise bezeichnet. In the position shown in Fig. 1, the hydrogen is now with reduced pressure according to the arrow 13 A leads to the fuel cells 11 ge. This pressure is referred to here as P food .

Man kann somit eine erste Gleichung schreiben, nämlich:
You can thus write a first equation, namely:

PSpeise = PLiefer - ΔP46,48 (1)
P food = P delivery - ΔP 46.48 (1)

wo ΔP46,48 den Druckverlust über die Drosselstellen 46 und 48 darstellt.where ΔP 46,48 represents the pressure loss across the throttling points 46 and 48 .

In den Brennstoffzellen wandert ein Teil des der Anodienseite zugespeisten H2 in Form von Protonen durch die dort vorhandenen Membrane, so daß am Ausgang der Brennstoffzellen auf der Anodenseite der Rest des zuge­ führten Wasserstoffs als H2-haltige Abgase vorliegt (die Abgase umfassen auch Wasserdampf, der von der Anodenseite der Membrane stammt), die einen Druck aufweisen, der niedriger ist, als der Druck PSpeise und ein Teil dieser Abgase wird mit einem Druck, hier als PRück bezeichnet, dem An­ schluß 38 und dem Anschluß 42 zugeführt.In the fuel cells, part of the H 2 fed to the anode side migrates in the form of protons through the membrane there, so that the rest of the hydrogen supplied is present as H 2 -containing exhaust gases at the outlet of the fuel cells on the anode side (the exhaust gases also include water vapor , which originates from the anode side of the membrane), which have a pressure which is lower than the pressure P feed and a part of these exhaust gases is supplied with a pressure, here referred to as P back , to the terminal 38 and the terminal 42 .

Ein weiterer Teil der H2-haltigen Abgase wird über ein Druckreglerventil 39 als Abgase aus dem Wasserstoffkreislauf entfernt und in an sich be­ kannter Weise weiter verwendet bspw. zur Wärmegewinnung oder zwecks Sicherheit verbrannt.Another part of the H 2 -containing exhaust gases is removed via a pressure regulator valve 39 as exhaust gases from the hydrogen circuit and further used in a manner known per se, for example for heat generation or for safety reasons.

Jetzt wird angenommen, daß der Doppelkolben 12 sich entsprechend dem Pfeil 14 bewegt, durch den entsprechenden Druckaufbau in der Kammer IV wird ein Rückschlagventil 52 benachbart zum Anschluß 42 geschlossen und ein Rückschlagventil 54 benachbart zum Anschluß 44 geöffnet, die in der Kammer IV sich befindlichen Abgase, die vorher den Druck PRück auf­ wiesen, werden nunmehr komprimiert und verlassen den Anschluß 54 mit einem erhöhten Druck PSpeise, so daß sie mit den Gasen vom Anschluß 36 den Brennstoffzellen zugeführt werden können.Now it is assumed that the double piston 12 moves according to arrow 14 , a check valve 52 adjacent to port 42 is closed and a check valve 54 adjacent to port 44 is opened by the corresponding pressure build-up in chamber IV, the exhaust gases located in chamber IV , which previously had the pressure P Rück , are now compressed and leave the port 54 with an increased pressure P food , so that they can be supplied with the gases from the port 36 to the fuel cells.

Am Ende der Bewegung entsprechend der Pfeilrichtung 14 kippt die Ven­ tilklappe 26 durch Berührung mit dem Anschlag 27 in die gestrichelte Stellung 26' und die Druckverhältnisse sorgen dafür, wie später näher erläutert wird, daß der Doppelkolben 12 entsprechend dem Pfeil 16 sich nach links bewegt. Dabei werden die in der Kammer III befindlichen Gase mit dem Anfangsdruck PRück aufgrund der Bewegung des Doppelkolbens mit einem erhöhten Druck PSpeise aus dem dem Anschluß 40 benachbart angeordneten Rückschlagventil 56 herausgedrückt. Gleichzeitig sperrt das Rückschlagventil 58, das benachbart zum Anschluß 38 angeordnet ist und verhindert, daß weitere H2-haltige Abgase in die Kammer III strömen und komprimierte H2-haltige Abgase aus dem Anschluß 38 wieder her­ ausgedrückt werden. Die Abgase, die Zylinder 18 am Anschluß 40 verlas­ sen, werden dann wiederum mit dem H2, der vom Anschluß 36 kommt, den Brennstoffzellen wieder zugeführt.At the end of the movement corresponding to the direction of the arrow 14 , the Ven tilklappe 26 tilts by touching the stop 27 in the dashed position 26 'and the pressure conditions ensure, as will be explained in more detail later, that the double piston 12 moves to the left according to the arrow 16 . The III in the chamber located gasses with the initial pressure P due to the return movement of the double piston with an increased feed pressure P are from the terminal 40 arranged adjacent non-return valve 56 pushed out. At the same time, the check valve 58 , which is arranged adjacent to the connection 38 , blocks and prevents further H 2 -containing exhaust gases from flowing into the chamber III and compressed H 2 -containing exhaust gases from the connection 38 being forced out again. The exhaust gases, the cylinder 18 at port 40 , are then in turn fed back to the fuel cells with the H 2 coming from port 36 .

Bei der Bewegung des Doppelkolbens 12 nach links, entsprechend dem Pfeil 16, entsteht ein Unterdruck in der Kammer IV wodurch das Rück­ schlagventil 54 schließt und das Rückschlagventil 52 sich öffnet, um er­ neut H2-haltige Abgase von den Brennstoffzellen beim Druck PRück in die Kammer IV hineinzulassen. Wenn der Doppelkolben 12 seine extreme lin­ ke Einstellung erreicht hat, kippt die Ventilklappe 26 bei Berührung mit dem Anschlag 29 noch einmal um und der Kolben fängt an, sich unter den herrschenden Druckverhältnissen wieder nach rechts, entsprechend dem Pfeil 14, zu bewegen, wodurch der Arbeitszyklus sich wiederholt. Die Druckverhältnisse sind durch die Auslegung der Rückschlagventile 52, 54, 56 und 58 sowie der Drosselstellen 46, 48 so gewählt, daß diese Wir­ kungsweise sich ständig wiederholt und Wasserstoffgas mit dem Druck PSpeise stets den Brennstoffzellen 11 zugeführt wird. Ein Teil dieser aus H2 bestehenden Gase stellt sich sozusagen als frischer Wasserstoff dar, der vom Tank (oder von einer Reformereinheit) kommt, während ein weiterer Teil des den Brennstoffzellen zugeführten Wasserstoffs aus aus H2 und aus Wasserstoff bestehenden Abgasen der Brennstoffzellen besteht.During the movement of the double piston 12 to the left, according to arrow 16, a vacuum is created in the chamber IV whereby the return check valve 54 closes and the check valve 52 opens to he neut H 2 -containing exhaust gases of the fuel cell at the pressure P back in admit chamber IV. When the double piston 12 has reached its extreme lin ke setting, the valve flap 26 tilts again when it comes into contact with the stop 29 and the piston begins to move again under the prevailing pressure conditions to the right, according to the arrow 14 , which causes the Duty cycle repeats itself. The pressure ratios are selected by the design of the check valves 52 , 54 , 56 and 58 and the throttling points 46 , 48 so that we We repetitively constantly and hydrogen gas with the pressure P food is always fed to the fuel cells 11 . A part of these gases consisting of H 2 presents itself, so to speak, as fresh hydrogen coming from the tank (or from a reformer unit), while another part of the hydrogen supplied to the fuel cells consists of exhaust gases from the fuel cells consisting of H 2 and hydrogen.

Wichtig bei dieser Anordnung ist, daß die Pumpe allein von dem Antriebs­ druck PLiefer betrieben wird und vollständig im Wasserstoffkreislauf bzw. in der Rückführschleife enthalten ist. Es gibt keinen außerhalb des Wasser­ stoffkreislaufs, d. h. außerhalb der Wandung des den. Wasserstoff führen­ den Leitungssystems positionierten Motor, der über eine Welle irgendet­ was im H2-Kreislauf antreiben muß, so daß der gesamte H2-Kreislauf ge­ schlossen ausgeführt werden kann. Es besteht daher keine Gefahr, daß H2 aus undichten Stellen entweichen kann, da, wie gesagt, keine Welle vorhanden ist, die von außen in das Pumpensystem hineinführt, so daß eine Leckage an einer solchen Welle nicht auftreten kann.It is important in this arrangement that the pump is operated solely by the drive pressure P Liefer and is completely contained in the hydrogen circuit or in the feedback loop. There is no outside of the hydrogen cycle, ie outside the wall of the. Hydrogen lead the line system positioned motor, which is somewhere on a shaft which has to drive in the H 2 circuit, so that the entire H 2 circuit can be carried out in a closed manner. There is therefore no danger that H 2 can escape from leaks, since, as said, there is no shaft leading into the pump system from the outside, so that leakage from such a shaft cannot occur.

Um die Druckkräfte, die zur Bewegung des Doppelkolbens 12 führen und für die Realisierung des Arbeitszyklusses zuständig sind, näher zu erläu­ tern, wird nunmehr eine mathematische Abhandlung der Bewegungsab­ läufe gegeben.In order to explain the pressure forces that lead to the movement of the double piston 12 and are responsible for the implementation of the work cycle, a mathematical treatment of the movement sequences is now given.

Wir nehmen zunächst an, daß der Doppelkolben 12 sich nach rechts ent­ sprechend dem Pfeil 14 bewegt und die Ventilklappe 26, die in durchge­ henden Linien gezeigte Stellung in Fig. 1 aufweist. Es wird außerdem angenommen, daß die Kolbenköpfe 20 und 22 auf beiden Seiten eine wirksame Fläche A aufweisen. Danach wirkt in der Kammer I eine nach rechts gerichtete Kraft KIR auf den Kolben 12, von:
We first assume that the double piston 12 moves to the right accordingly arrow 14 and the valve flap 26 , which has the position shown in solid lines in Fig. 1. It is also believed that the piston heads 20 and 22 have an effective area A on both sides. Thereafter, a force K IR directed to the right acts on the piston 12 in the chamber I, from:

KIR = PLiefer × AK IR = P delivery × A

In der Kammer II wirkt in der entgegengesetzten Richtung, d. h. nach links, eine Kraft auf den Kolben 12 von:
In chamber II, a force acts on piston 12 in the opposite direction, ie to the left, from:

KIIL = PSpeise × A.K IIL = P food × A.

In Kammer III herrscht ein Druck PRück und diese wirkt nach rechts auf den Kolben 12 mit einer Kraft von:
A pressure P back prevails in chamber III and this acts on piston 12 to the right with a force of:

KIIIR = PRück × AK IIIR = P back × A

In Kammer IV herrscht wiederum der Speisedruck PSpeise, so daß in Kam­ mer IV eine nach links gerichtete Kraft auf den Doppelkolben 12 wirkt von:
In turn, prevails chamber IV of the feed pressure P feed, so that in Kam mer IV a leftward force on the double piston 12 acts of:

KIVL = PSpeise × AK IVL = P food × A

Jetzt werden alle Kräfte, die auf den Doppelkolben 12 in Richtung nach rechts wirken aufaddiert. Das heißt, die Gesamtkraft nach rechts KGR re­ sultiert aus der von Kammer I stammenden Kraft KIR + der von der Kam­ mer III stammenden Kraft KIIIR d. h.:
Now all forces that act on the double piston 12 in the right direction are added up. This means that the total force to the right K GR results from the force K IR + coming from chamber I + the force K IIIR coming from chamber III ie:

KGR = KIR + KIIIR = PLiefer × A + PRück × A (2)K GR = K IR + K IIIR = P delivery × A + PRück × A (2)

Die Gesamtkraft nach links KGL beträgt:
The total force to the left K GL is:

KGL = KIIL + KIVL = PSpeise × A + PSpeise × A = 2PSpeise × A (3)K GL = K IIL + K IVL = P dish × A + P dish × A = 2P dish × A (3)

Weiterhin gilt
Still applies

PRÜCk = PSpeise - ΔPBr (4)
P BACK = P food - ΔP Br (4)

wo ΔPBr der Druckverlust des Wasserstoffs auf der Anodenseite des Brennstoffzellensystems ist (zwischen Eingang und Ausgang gemessen), wobei dieser Druck bzw. Druckunterschied auch durch das Druckregler­ ventil 39 bestimmt wird, das schließlich sicherstellt, daß der Druck am Ausgang der Anodenseite der Brennstoffzellen bei PRück liegt.where ΔP Br is the pressure loss of the hydrogen on the anode side of the fuel cell system (measured between inlet and outlet), this pressure or pressure difference also being determined by the pressure regulator valve 39 , which ultimately ensures that the pressure at the outlet of the anode side of the fuel cells P back lies.

Folglich ist die Gesamtkraft KG, die auf den Kolben 12 nach rechts wirkt, durch folgende Gleichung gegeben:
Consequently, the total force K G , which acts on the piston 12 to the right, is given by the following equation:

KG = KGR - KGL = (PLiefer × A + PRück × A) - 2PSpeise × A (5)
K G = K GR - K GL = (P delivery × A + P return × A) - 2P food × A (5)

unter Berücksichtigung der Gleichung (4) kann man schreiben:
considering equation (4) one can write:

KG = A(PLiefer + (PSpeise - APBr) - 2PSpeise) = A(PLiefer - PSpeise -- ΔPBr) (6)K G = A (P delivery + (P food - APBr) - 2P food ) = A (P delivery - P food - ΔP Br ) (6)

Unter Berücksichtigung der Gleichung (1) kann man diese Gleichung wie folgt vereinfachen:
Taking equation (1) into account, this equation can be simplified as follows:

KG = A((PSpeise + ΔP46,48) - PSpeise - ΔPBr) = A(ΔP46,48 - ΔPBr) (7)K G = A ((P dish + ΔP 46.48 ) - P dish - ΔP Br ) = A (ΔP 46.48 - ΔP Br ) (7)

Nachdem A eine Konstante darstellt, sieht man, daß die Bedingung für eine positive nach rechts gerichtete Gesamtkraft auf den Kolben 12 darin besteht, daß
After A represents a constant, it can be seen that the condition for a positive rightward total force on piston 12 is that

ΔP46,48 < ΔPBr ΔP 46.48 <ΔP Br

D. h. der gesamte Druckverlust an den Drosselstellen 46, 48 muß größer sein als der Druckverlust zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Wasserstoffkreises in der Brennstoffzellenanordnung.That is, the total pressure loss at the throttle points 46 , 48 must be greater than the pressure loss between the inlet and the outlet of the hydrogen circuit in the fuel cell arrangement.

Zwar ist diese Gleichung nicht ganz richtig, da die wirksame Fläche der Kolbenköpfe 20, 22 in den Kammern I und II etwas kleiner als A ist, da das Verbindungsteil 24 eine endliche Querschnittsfläche hat, dennoch ist die erforderliche Korrektur relativ klein, so daß die aufgeführte Bedingung zumindest in etwa gilt.Although this equation is not entirely correct, since the effective area of the piston heads 20 , 22 in the chambers I and II is somewhat smaller than A, since the connecting part 24 has a finite cross-sectional area, the correction required is nevertheless relatively small, so that the one listed Condition at least roughly applies.

Die obige Abhandlung gilt für die nach rechts gerichtete Bewegung des Doppelkolbens 12. Am Ende dieser Bewegung wird die Ventilklappe 26 umgesteuert bzw. umgeschwenkt und es gilt dann die gleiche Beziehung für die Bewegung des Doppelkolbens nach links. Somit wird eine konti­ nuierliche Hin- und Herbewegung des Doppelkolbens erreicht, die auch von der Strömungsmenge des Wasserstoffs weitestgehend unabhängig ist und daher auch bei niedrigen Lasten bzw. bei niedriger Leistungsabgabe des Brennstoffzellensystems noch funktioniert. The above discussion applies to the rightward movement of the double piston 12 . At the end of this movement, the valve flap 26 is reversed or pivoted and the same relationship then applies to the movement of the double piston to the left. A continuous back and forth movement of the double piston is thus achieved, which is largely independent of the flow rate of the hydrogen and therefore still works even at low loads or with low power output of the fuel cell system.

Alternativ zur Kolbenpumpe 10 ist in dem in Fig. 1 gezeigten Wasser­ stoffspeisesystem erfindungsgemäß auch eine Membranpumpe 100 ein­ setzbar, wie sie beispielsweise in Fig. 2 und 3 gezeigt ist.As an alternative to the piston pump 10 , a diaphragm pump 100 can also be used in the hydrogen feed system shown in FIG. 1, as shown for example in FIGS. 2 and 3.

Die Membranpumpe 100 weist eine erste und zweite Membrankammer 102, 104 auf, zwischen denen ein Gaskanal 106 gelegen ist. Die Mem­ brankammern 102, 104 weisen identische, in zum Gaskanal 106 paralle­ ler Richtung gestreckte und symmetrische rautenförmige Querschnitte auf.The diaphragm pump 100 has a first and a second diaphragm chamber 102 , 104 , between which a gas channel 106 is located. The membrane chambers 102 , 104 have identical, in the direction parallel to the gas channel 106 stretched and symmetrical diamond-shaped cross sections.

Durch eine erste Membran 108 ist die erste Membrankammer 102 in ei­ nen ersten äußeren Kammerraum 110 und einen ersten inneren Kammer­ raum 112 und durch eine zweite Membran 114 ist die zweite Membran­ kammer 104 in einen zweiten inneren Kammerraum 116 und einen zwei­ ten äußeren Kammerraum 118 geteilt. Die Membranen 108, 114 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander auf beiden Seiten des Gaskanals 106.By a first membrane 108 , the first membrane chamber 102 in a first outer chamber chamber 110 and a first inner chamber chamber 112 and by a second membrane 114 , the second membrane chamber 104 is divided into a second inner chamber chamber 116 and a second outer chamber chamber 118 , The membranes 108 , 114 run essentially parallel to one another on both sides of the gas channel 106 .

Ein Kopplungselement 166 koppelt die Membrane 108, 114 mechanisch miteinander, wobei die Enden 168, 170 des Kopplungselements 166 im Bereich der Membranmitten an den Membranen 108, 114 angebracht sind. Das Kopplungselement 166 hat zumindest in der zur Ebene der Membrane 108, 114 senkrechten Richtung einen Bewegungsfreiheitsgrad.A coupling element 166 mechanically couples the membranes 108 , 114 to one another, the ends 168 , 170 of the coupling element 166 being attached to the membranes 108 , 114 in the region of the membrane centers. The coupling element 166 has a degree of freedom of movement at least in the direction perpendicular to the plane of the membrane 108 , 114 .

Die äußeren Kammerräume 110, 118 sind in einem vorratstankseitigen Endbereich jeweils mit einem Einlaß 120, 122 versehen, wobei jeder Ein­ laß mit einem Rückschlagventil 124, 126 ausgestattet ist und der Zufüh­ rung unverbrauchten Wasserstoffs aus der Brennstoffzellenanordnung dient. Weiterhin weisen die äußeren Kammerräume 110, 118 in ihrem brennstoffzellenseitigen Endbereich jeweils einen mit einem entsprechen­ den Rückschlagventil 128, 130 versehenen Auslaß 132, 134 auf, um druckerhöhten Wasserstoff in einer Sammelleitung 136 wieder der Brenn­ stoffzellenanordnung zuzuführen.The outer chamber spaces 110 , 118 are each provided with an inlet 120 , 122 in a storage tank-side end region, each inlet being equipped with a check valve 124 , 126 and serving for supplying unused hydrogen from the fuel cell arrangement. Furthermore, the outer chamber spaces 110 , 118 in their fuel cell-side end region each have an outlet 132 , 134 provided with a corresponding check valve 128 , 130 , in order to supply pressure-increased hydrogen in a manifold 136 to the fuel cell arrangement again.

Weiterhin ist jeweils eine Durchführung 138, 140 vorgesehen, welche die vorratstankseitigen Endbereiche der inneren Kammerräume 112, 116 mit dem Gaskanal 106 verbindet. Die gaskanalseitigen Durchführungsöffnun­ gen 142, 144 der Durchführungen 138, 140 befinden sich in diesem Bei­ spiel auf gleicher Höhe und auf gegenüberliegenden Seiten des Gaskanals 106.Furthermore, a bushing 138 , 140 is provided in each case, which connects the end regions of the inner chamber spaces 112 , 116 on the storage tank side to the gas channel 106 . The gas channel-side feedthrough openings 142 , 144 of the feedthroughs 138 , 140 are in this example at the same height and on opposite sides of the gas channel 106 .

Im Bereich der Durchführungsöffnungen 142, 144 ist im Gaskanal 106 ein Kippventil 146 vorgesehen, das den Gaskanal 106 in einen dem Vor­ ratstank zugewandten Abschnitt 148 und einen der Brennstoffzellenan­ ordnung zugewandten Abschnitt 150 unterteilt.In the region of through openings 142, 144 is a tilt valve 146 is provided in the gas channel 106, which divides the gas passage 106 in a facing the front of rats tank portion 148 and one of the order Brennstoffzellenan facing portion 150th

Das Kippventil 146 weist zwei Dichtschenkel 152, 154 und einen Kipp­ schenkel 156 auf, die Y-artig angeordnet und miteinander verbunden sind. An dem Punkt, in dem alle drei Schenkel aneinander grenzen, ist das Kippventil 146 drehbar gelagert. Die Dichtschenkel 152, 154 sind derart ausgebildet, daß sie die Durchführungsöffnungen 142, 144 entwe­ der gegenüber dem dem Vorratstank zugewandten Abschnitt 148 oder dem der Brennstoffzellenanordnung zugewandten Abschnitt 150 des Gas­ kanals verschließen können.The tilt valve 146 has two sealing legs 152 , 154 and a tilt leg 156 , which are arranged in a Y-like manner and are connected to one another. At the point where all three legs are adjacent to each other, the tilt valve 146 is rotatably supported. The sealing legs 152 , 154 are designed such that they can close the passage openings 142 , 144 either towards the section 148 facing the storage tank or the section 150 of the gas cell facing the fuel cell arrangement.

Das Kippventil 146 kann lediglich zwei stabile Positionen, d. h. Schaltzu­ stände einnehmen: In der ersten Position (Fig. 2) ist die erste Durchfüh­ rungsöffnung 142 gegenüber dem dem Vorratstank zugewandten Ab­ schnitt 148 des Gaskanals 106 abgedichtet und zu dem der Brennstoff­ zellenanordnung zugewandten Abschnitt 150 hin offen, während die zweite Durchführungsöffnung 144 zu dem dem Vorratstank zugewandten Abschnitt 148 des Gaskanals 106 hin offen und gegenüber dem der Brennstoffzellenanordnung zugewandten Abschnitt 150 abgedichtet ist. Aus dem Vorratstank in den Gaskanal 106 strömendes Gas kann also nur in den zweiten inneren Kammerraum 116 gelangen, während Gas aus dem ersten inneren Kammerraum 112 in den der Brennstoffzellenanord­ nung zugewandten Abschnitt 150 des Gaskanals 106 strömen kann.The toggle valve 146 can only assume two stable positions, ie switching states: in the first position ( FIG. 2), the first passage opening 142 is sealed off from the section 148 of the gas channel 106 facing the storage tank and to the section 150 facing the fuel cell arrangement open, while the second passage opening 144 is open to the section 148 of the gas channel 106 facing the storage tank and is sealed off from the section 150 facing the fuel cell arrangement. Gas flowing from the storage tank into the gas channel 106 can thus only get into the second inner chamber space 116 , while gas can flow from the first inner chamber space 112 into the section 150 of the gas channel 106 facing the fuel cell arrangement.

In der zweiten Position, die in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Strömungsver­ hältnisse genau umgekehrt, d. h. aus dem Vorratstank in den Gaskanal 106 strömendes Gas kann lediglich in den ersten inneren Kammerraum 112 gelangen, während Gas aus dem zweiten inneren Kammerraum 116 in den der Brennstoffzellenanordnung zugewandten Abschnitt 150 des Gaskanals 106 zu strömen vermag.In the second position, which is shown in FIG. 3, the flow conditions are exactly the opposite, ie gas flowing from the storage tank into the gas channel 106 can only get into the first inner chamber space 112 , while gas from the second inner chamber space 116 into the section 150 of the gas channel 106 facing the fuel cell arrangement is able to flow.

Geschaltet wird das Kippventil 146 mit Hilfe seines Kippschenkels 156, der durch ein Antriebselement 158 betätigt wird. Das Antriebselement 158 weist einen durch einen ersten und zweiten Gabelschenkel 160, 162 ge­ bildeten V-förmigen Gabelabschnitt auf, in den der Kippschenkel 156 ein­ greift. Nach einer Verschiebung des Gabelabschnitts in einer zum Gaska­ nal 106 senkrechten Richtung um eine Strecke, die dem Abstand der frei­ en Enden der Gabelschenkel 160, 162 entspricht, tritt einer der Gabel­ schenkel 160, 162 mit dem Kippschenkel 156 in Kontakt und beauf­ schlagt diesen mit einer Kraft, die dazu führt, daß das Kippventil 146 um­ schlägt und seine andere Position einnimmt. The tilt valve 146 is switched with the aid of its tilt leg 156 , which is actuated by a drive element 158 . The drive element 158 has a V-shaped fork section formed by a first and second fork leg 160 , 162 , into which the tilt leg 156 engages. After a displacement of the fork section in a direction perpendicular to the Gaska nal 106 by a distance which corresponds to the distance between the free ends of the fork legs 160 , 162 , one of the fork legs 160 , 162 comes into contact with the tilt leg 156 and applies this to it a force that causes the rocker valve 146 to flip over and assume its other position.

Der Gabelabschnitt ist mit Hilfe eines Stangenabschnitts 164 starr mit dem stangenähnlichen Kopplungselement 166 verbunden. Durch das Koppelelement 166 resultiert eine synchrone Auslenkung der ersten und zweiten Membran 108, 114. Eine ausreichende Auslenkung der Membrane 108, 114 führt zu einer Betätigung des Kippventils 146.The fork section is rigidly connected to the rod-like coupling element 166 by means of a rod section 164 . Coupling element 166 results in a synchronous deflection of first and second diaphragms 108 , 114 . A sufficient deflection of the diaphragm 108 , 114 leads to an actuation of the tilt valve 146 .

Die Funktionsweise der Membranpumpe 100 ist wie folgt:
Zu Beginn des in Fig. 2 gezeigten ersten Pump-Halbzyklus weisen die Membrane 108, 114 eine maximale Auslenkung nach links auf, d. h. das Koppelelement 166 und damit auch der Gabelabschnitt und der Kipp­ schenkel 156 befinden sich in ihrer linken Position. Das Kippventil 146 nimmt eine Position ein, die hiermit als erste Position bezeichnet sei, bei der die Durchführung 138 eine Strömungsverbindung von dem ersten in­ neren Kammerraum 112 zu dem der Brennstoffzellenanordnung zuge­ wandten Abschnitt 150 bildet und die Durchführung 140 eine Strö­ mungsverbindung von dem dem Vorratstank zugewandten Abschnitt 148 des Gaskanals 106 zu dem zweiten inneren Kammerraum 116 bildet.
The operation of the diaphragm pump 100 is as follows:
At the beginning of the first pump half cycle shown in FIG. 2, the diaphragms 108 , 114 have a maximum deflection to the left, ie the coupling element 166 and thus also the fork section and the tilt leg 156 are in their left position. The tilt valve 146 assumes a position, which is hereby referred to as the first position, in which the passage 138 forms a flow connection from the first inner chamber space 112 to the section 150 facing the fuel cell arrangement and the passage 140 forms a flow connection from the storage tank section 148 of the gas channel 106 facing the second inner chamber space 116 .

Wasserstoff aus dem Vorratstank strömt also durch den Gaskanal 106 und die offene zweite Durchführungsöffnung 144 in den zweiten inneren Kammerraum 116 ein. Dies erhöht den Druck in dem zweiten inneren Kammerraum 116 und führt zu einer Auslenkung der Membrane 108, 114 nach rechts. Dadurch wird das Volumen des zweiten äußeren Kammer­ raums 118 verkleinert und darin vorhandenes Gas komprimiert und durch das Rückschlagventil 130 und den Auslaß 134 in die Sammellei­ tung 136 verdrängt. Hydrogen from the storage tank therefore flows through the gas channel 106 and the open second passage opening 144 into the second inner chamber space 116 . This increases the pressure in the second inner chamber space 116 and leads to a deflection of the diaphragm 108 , 114 to the right. As a result, the volume of the second outer chamber space 118 is reduced and the gas present therein is compressed and displaced by the check valve 130 and the outlet 134 into the collecting line 136 .

Weiterhin wird durch den erhöhten Druck das Rückschlagventil 126 ge­ schlossen, so daß kein zusätzlicher, von der Brennstoffzellenanordnung zurückgeführter Wasserstoff in den zweiten äußeren Kammerraum 118 nachströmen kann.Furthermore, the check valve 126 is closed by the increased pressure, so that no additional hydrogen returned from the fuel cell arrangement can flow into the second outer chamber space 118 .

Gleichzeitig verringert sich durch die Auslenkung der Membrane 108, 114 das Volumen des ersten inneren Kammerraums 112. Darin befindliches Gas wird durch die offene Durchführung 138 in den der Brennstoffzellen­ anordnung zugewandten Abschnitt 150 des Gaskanals 106 verdrängt und gelangt ebenfalls in die Sammelleitung 136.At the same time, the deflection of the membrane 108 , 114 reduces the volume of the first inner chamber space 112 . Gas located therein is displaced through the open duct 138 into the section 150 of the gas channel 106 facing the fuel cell arrangement and also reaches the manifold 136 .

Außerdem vergrößert sich durch die Bewegung der Membrane 108, 114 das Volumen des ersten äußeren Kammerraums 110, in dem folglich ein Unterdruck erzeugt wird. Durch den Unterdruck wird das Rückschlag­ ventil 128 am Auslaß 132 verschlossen, so daß kein Wasserstoff aus der Sammelleitung 136 in den ersten äußeren Kammerraum 110 zurückströ­ men kann. Statt dessen entfaltet der Unterdruck eine Saugwirkung, die zur einer Öffnung des Rückschlagventils 124 am Einlaß 120 des ersten äußeren Kammerraums 110 führt und von der Brennstoffzellenanordnung zurückgeführten Wasserstoff ansaugt.In addition, the movement of the diaphragm 108 , 114 increases the volume of the first outer chamber space 110 , in which a negative pressure is consequently generated. Due to the negative pressure, the check valve 128 is closed at the outlet 132 so that no hydrogen can flow back from the manifold 136 into the first outer chamber space 110 . Instead, the vacuum develops a suction effect, which leads to an opening of the check valve 124 at the inlet 120 of the first outer chamber space 110 and sucks in hydrogen returned by the fuel cell arrangement.

Mit den Membranen 108, 114 bewegt sich auch das Kopplungselement 166 und mit ihm das Antriebselement 158, d. h. der Gabelabschnitt, nach rechts. Ist die äußerste Auslenkung der Membrane 108, 114 erreicht, so nimmt der linke Gabelschenkel 160 des Antriebselements 158 den Kipp­ schenkel 156 mit und betätigt auf diese Weise das Kippventil 146. With the membranes 108 , 114 , the coupling element 166 and with it the drive element 158 , ie the fork section, also move to the right. If the outermost deflection of the diaphragm 108 , 114 is reached, the left fork leg 160 of the drive element 158 takes the tilt leg 156 and actuates the tilt valve 146 in this way.

Das Kippventil 146 kippt daraufhin um und nimmt seine zweite Position ein. Damit beginnt der zweite Pump-Halbzyklus, bei dem der erste innere Kammerraum 112 mit aus dem Vorratstank durch den Gaskanal 106 ein­ strömenden Wasserstoff gefüllt wird. Der oben beschriebene Prozeß findet in umgekehrter Richtung statt.The rocker valve 146 then tips over and assumes its second position. The second pump half cycle thus begins, in which the first inner chamber space 112 is filled with a flowing hydrogen from the storage tank through the gas channel 106 . The process described above takes place in the opposite direction.

Der Druck (PLiefer), mit dem der vom Vorratstank bzw. von der Reformier­ einheit kommende Wasserstoff in den Gaskanal 106 eingeleitet wird, liegt bei etwa 300 kPa Überdruck, während der entspannte Wasserstoff mit ei­ nem Speisedruck (PSpeise) von etwa 220 kPa Überdruck den Brennstoffzel­ len zugeführt wird. Die H2-haltigen Abgase, die von den Brennstoffzellen teilweise wieder in die Membranpumpe 100 zurückgeführt werden, liegen mit einem Druck (PRück) von etwa 180 kPa Überdruck an den Einlässen 120, 122 an.The pressure (P supply), which is introduced from the storage tank or from the reforming unit coming hydrogen in the gas channel 106 is about 300 kPa, while the relaxed hydrogen with egg nem feed pressure (P feed) of about 220 kPa Overpressure is supplied to the fuel cells. The H 2 -containing exhaust gases, which are partially returned to the membrane pump 100 by the fuel cells, are present at the inlets 120 , 122 with a pressure (P Rück ) of approximately 180 kPa overpressure.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann das Antriebselement 158 durch ein mit dem Kippventil 146 und dem Kopplungselement 116 wech­ selwirkendes Feder- oder Hebelelement gebildet werden, das zwei stabile Stellungen gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 3 annimmt bzw. definiert.In a modified embodiment, the driving element 158 116 wech selwirkendes spring or lever member 2 can be formed by using the tilting valve 146 and the coupling element are formed, the two stable positions shown in Fig. And Fig. 3 assumes or defined.

In der Membranpumpe 100 wird eine allein durch den Gasfluß angetrie­ bene kontinuierliche Hin- und Herbewegung der Membrane 108, 114 er­ reicht, die von der Strömungsmenge des Wasserstoffs weitestgehend un­ abhängig ist und daher auch bei niedrigen Lasten bzw. bei niedriger Lei­ stungsabgabe des Brennstoffzellensystems noch funktioniert.In the diaphragm pump 100 , a continuous back and forth movement of the diaphragm 108 , 114 driven solely by the gas flow is sufficient, which is largely independent of the flow rate of the hydrogen and therefore also at low loads or at low power output of the fuel cell system works.

Claims (28)

1. Wasserstoffspeisesystem für eine Brennstoffzellenanordnung (11), bei dem Wasserstoff (H2) aus einem unter Druck stehenden Vorrats­ tank (35) oder unter Druck von einer Reformierungseinrichtung (37) bei einem höheren Druck entnehmbar und nach Entspannung auf einen niedrigeren Druck in die Brennstoffzellenanordnung (11) ein­ speisbar ist, wobei eine Rückführschleife (13B, 13C, 13D, 13E) im Wasserstoffkreislauf (umfaßt 10, 11, 13A, 13 B, 13C, 13D, 13E) vor­ gesehen ist, damit ein Teil des unverbrauchten aus der Brennstoff­ zellenanordnung (11) heraustretenden Wasserstoffs in diese wieder­ einspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (10) vorgesehen ist, die die Rezirkulation des Was­ serstoffs bewirkt und welche von der Druckenergie des aus dem Tank (35) entnommenen bzw. von einer Reformereinheit (37) kom­ menden Wasserstoffs antreibbar ist.1. Hydrogen supply system for a fuel cell arrangement ( 11 ) in which hydrogen (H 2 ) from a pressurized storage tank ( 35 ) or under pressure from a reformer ( 37 ) at a higher pressure and after relaxation to a lower pressure in the A fuel cell arrangement ( 11 ) can be fed, a feedback loop ( 13 B, 13 C, 13 D, 13 E) in the hydrogen circuit (comprising 10 , 11 , 13 A, 13 B , 13 C, 13 D, 13 E) being seen before , so that a part of the unused hydrogen coming out of the fuel cell arrangement ( 11 ) can be fed back into it, characterized in that a pump ( 10 ) is provided which causes the recirculation of the hydrogen and what the pressure energy of the from the tank ( 35 ) removed or coming from a reformer unit ( 37 ) coming hydrogen. 2. Wasserstoffspeisesystem für eine Brennstoffzellenanordnung (11), bei dem Wasserstoff (H2) aus einem unter Druck stehenden Vorrats­ tank (35) oder unter Druck von einer Reformierungseinrichtung (37) bei einem höheren Druck entnehmbar und nach Entspannung auf einen niedrigeren Druck in die Brennstoffzellenanordnung (11) einspeisbar ist, wobei eine Rückführschleife (13A, 13B, 13C, 13D, 13E) im Wasserstoffkreislauf (umfaßt 10, 11, 13 A, 13B, 13C, 13D, 13E) vorgesehen ist, damit ein Teil des unverbrauchten, aus der Brennstoffzellenanordnung heraustretenden Wasserstoffs in diese wiedereinspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (10) vorgesehen ist, die zur Durchführung der Was­ serstoffrezirkulation an der Brennstoffzellenanordnung (11) ange­ schlossen ist, daß der vom Vorratstank (35) oder von einer Refor­ miereinheit (37) kommende Wasserstoff zum Antreiben der Pumpe dieser zuführbar ist und der durch Antreiben der Pumpe entspannte Wasserstoff (H2) zusammen mit dem rezirkulierten Wasserstoff der Brennstoffzellenanordnung (11) zugeführt wird.2. Hydrogen feed system for a fuel cell arrangement ( 11 ), in which hydrogen (H 2 ) from a pressurized storage tank ( 35 ) or under pressure from a reformer ( 37 ) can be removed at a higher pressure and after relaxation to a lower pressure in the Fuel cell arrangement ( 11 ) can be fed, a feedback loop ( 13 A, 13 B, 13 C, 13 D, 13 E) being provided in the hydrogen circuit (comprising 10 , 11 , 13 A , 13 B, 13 C, 13 D, 13 E) is so that a part of the unused hydrogen emerging from the fuel cell arrangement can be fed back into the latter, characterized in that a pump ( 10 ) is provided which is connected to the fuel cell arrangement ( 11 ) for carrying out the hydrogen recirculation, that the from the storage tank ( 35 ) or from a refor ming unit ( 37 ) coming hydrogen to drive the pump this can be supplied and the relaxed water by driving the pump off (H 2 ) is fed together with the recirculated hydrogen to the fuel cell arrangement ( 11 ). 3. Wasserstoffspeisesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Pumpe (10) um eine Verdrängerpumpe handelt.3. Hydrogen feed system according to one of the preceding claims, characterized in that the pump ( 10 ) is a positive displacement pump. 4. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Verdrängerpumpe um eine Kolbenpumpe (10) handelt.4. Hydrogen feed system according to claim 3, characterized in that it is a piston pump ( 10 ) in the displacement pump. 5. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Verdrängungspumpe um eine doppelt wirkende Kolbenpumpe (10) handelt. 5. Hydrogen feed system according to claim 3 or 4, characterized in that it is a double-acting piston pump ( 10 ) in the displacement pump. 6. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) der doppelt wirkenden Kolbenpumpe zwei an­ einander gekoppelte, jedoch voneinander beabstandete Kolbenköpfe (20, 22) aufweist, die hin und her in einem Zylinder (18) bewegbar sind, daß ein erster Zylinderraum (III) zwischen dem einen Kolben­ kopf (20) und einem Stirnende (30) des Zylinders (18) ausgebildet ist, daß ein zweiter Zylinderraum (IV) zwischen dem zweiten Kolben­ kopf (22) und dem zweiten Stirnende (30) des Zylinders (18) ausge­ bildet ist, und daß jeder Zylinderraum (III, IV) einen zu den Brenn­ stoffzellen führenden Auslaß (40, 44) und einem von den Brenn­ stoffzellen kommenden Einlaß (38, 42) aufweist, wobei jedem Einlaß (38, 42) und Auslaß (40, 44) ein jeweiliges Rückschlagventil (52, 54, 54, 56) zugeordnet ist.6. Hydrogen feed system according to claim 5, characterized in that the piston ( 12 ) of the double-acting piston pump has two coupled but spaced piston heads ( 20 , 22 ) which are movable back and forth in a cylinder ( 18 ) that a first cylinder space (III) is formed between the one piston head ( 20 ) and one end face ( 30 ) of the cylinder ( 18 ), that a second cylinder space (IV) between the second piston head ( 22 ) and the second end face ( 30 ) of the cylinder ( 18 ) is formed, and that each cylinder chamber (III, IV) has an outlet leading to the fuel cells outlet ( 40 , 44 ) and one of the fuel cells coming inlet ( 38 , 42 ), each inlet ( 38 , 42 ) and outlet ( 40 , 44 ) a respective check valve ( 52 , 54 , 54 , 56 ) is assigned. 7. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenköpfe (20, 22) aneinander über ein hohles Verbin­ dungsteil (24) befestigt sind, daß ein umsteuerbares Ventilglied (26) vorgesehen ist, um die Hin- und Herbewegung der Kolbenköpfe (20, 22) unter dem Druck des der Kolbenpumpe (10) zugeführten, vom Vorratstank (35) oder von der Reformereinheit (37) kommenden Wasserstoffs zu bewerkstelligen.7. hydrogen supply system according to claim 6, characterized in that the piston heads ( 20 , 22 ) are attached to each other via a hollow connec tion part ( 24 ), that a reversible valve member ( 26 ) is provided to the reciprocation of the piston heads ( 20 , 22 ) under the pressure of the hydrogen supplied to the piston pump ( 10 ), coming from the storage tank ( 35 ) or from the reformer unit ( 37 ). 8. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (26) die Form einer Ventilklappe aufweist, die schwenkbar am Zylindergehäuse (18) angeordnet ist und den Zylin­ derraum zwischen den beiden Kolbenköpfen (20, 22) in zwei weitere Kammern (I, II) unterteilt, die je nach Stellung des Ventilgliedes (26) mit dem Druck des vom Vorratstank (35) oder von der Refor­ miereinheit (37) kommenden Wasserstoffs (H2) beaufschlagbar sind.8. Hydrogen feed system according to claim 7, characterized in that the valve member ( 26 ) has the shape of a valve flap which is pivotally arranged on the cylinder housing ( 18 ) and the Zylin derraum between the two piston heads ( 20 , 22 ) in two further chambers (I , II) divided, depending on the position of the valve member ( 26 ) with the pressure of the hydrogen from the storage tank ( 35 ) or from the refor mation unit ( 37 ) coming (H 2 ). 9. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Verbindungsteil (24) durch die Ventilklappe (26) hin­ durchgeführt wird und gegenüber dieser abgedichtet ist.9. hydrogen feed system according to claim 8, characterized in that the hollow connecting part ( 24 ) through the valve flap ( 26 ) is carried out and is sealed against this. 10. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Verbindungsteil (24) einen, mindestens eine Drossel­ stelle (46, 48) umfassenden, sich zwischen den beiden weiteren Kammern (I, II) erstreckenden Strömungsweg aufweist.10. Hydrogen feed system according to claim 8 or 9, characterized in that the hollow connecting part ( 24 ) has a, at least one throttle point ( 46 , 48 ) comprising, between the two further chambers (I, II) extending flow path. 11. Wasserstoffspeisesystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerung der Ventilklappe (26) durch die Hin- und Her­ bewegung des Kolbens (12) bewirkbar ist.11. Hydrogen feed system according to one of claims 6 to 10, characterized in that the reversal of the valve flap ( 26 ) by the back and forth movement of the piston ( 12 ) can be effected. 12. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerung der Ventilklappe (26) durch am Kolben (12) bzw. am Verbindungsglied (24) vorgesehene Anschläge erfolgt. 12. Hydrogen feed system according to claim 11, characterized in that the reversal of the valve flap ( 26 ) by the piston ( 12 ) or on the connecting member ( 24 ) provided stops. 13. Wasserstoffspeisesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (PLiefer) des vom Vorratstank (35) bzw. von der Refo­ rmiereinheit (37) kommenden Wasserstoffes bei etwa 200 kPa Überdruck liegt und der Speisedruck (PSpeise) für die Brennstoffzellen bei etwa 130 kPa Überdruck liegt.13 hydrogen feed system according to one of the preceding Ansprü che, characterized in that the pressure (P supply) of is from the storage tank (35) or from the Refo rmiereinheit (37) coming hydrogen at 200 kPa pressure and the feed pressure (P feed) for the fuel cells is about 130 kPa overpressure. 14. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Verdrängungspumpe um eine Membranpumpe t (100) handelt.14. Hydrogen feed system according to claim 3, characterized in that the displacement pump is a diaphragm pump t ( 100 ). 15. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranpumpe (100) eine erste und zweite Membrankam­ mer (102, 104) aufweist, zwischen denen ein Graskanal (106) ange­ ordnet ist, der einen dem Vorratstank oder der Reformiereinheit zu­ gewandten Abschnitt (148) und einen der Brennstoffzellenanord­ nung zugewandten Abschnitt (150) aufweist.15. Hydrogen feed system according to claim 14, characterized in that the diaphragm pump ( 100 ) has a first and second Membrankam mer ( 102 , 104 ), between which a grass channel ( 106 ) is arranged, the one facing the storage tank or the reforming section ( 148 ) and a section ( 150 ) facing the fuel cell arrangement. 16. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Membrankammer (102, 104) durch eine er­ ste und zweite gasundurchlässige Membran (108, 114) in einen er­ sten äußeren und inneren Kammerraum (110, 112) sowie einen zweiten inneren und äußeren Kammerraum (116, 118) geteilt sind. 16. Hydrogen feed system according to claim 15, characterized in that the first and second membrane chamber ( 102 , 104 ) through a ste and second gas-impermeable membrane ( 108 , 114 ) in a he most outer and inner chamber space ( 110 , 112 ) and a second inner and outer chamber space ( 116 , 118 ) are divided. 17. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kammerräume (110, 118) jeweils einen von den Brennstoffzellen kommenden Einlaß (120, 122) und einen zu den Brennstoffzellen führenden Auslaß (132, 134) aufweisen, wobei je­ dem Einlaß und Auslaß ein entsprechend ausgebildetes Rück­ schlagventil (124, 126, 128, 130) zugeordnet ist, und daß die inne­ ren Kammerräume (112, 116) durch entsprechende erste und zweite Durchführungen (138, 140) mit dem Gaskanal (106) verbunden sind.17. Hydrogen feed system according to claim 16, characterized in that the outer chamber spaces ( 110 , 118 ) each have an inlet coming from the fuel cells ( 120 , 122 ) and an outlet leading to the fuel cells ( 132 , 134 ), each with the inlet and Outlet a correspondingly designed check valve ( 124 , 126 , 128 , 130 ) is assigned, and that the inner chamber spaces ( 112 , 116 ) are connected by corresponding first and second bushings ( 138 , 140 ) to the gas channel ( 106 ). 18. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (108, 114) durch ein im Bereich der Membran­ mitten angebrachtes Kopplungselement (166) mechanisch derart miteinander gekoppelt sind, daß sie synchron in einer zum Gaska­ nal (106) im wesentlichen senkrechten Richtung auslenkbar sind.18. Hydrogen feed system according to claim 16 or 17, characterized in that the membrane ( 108 , 114 ) are mechanically coupled to one another by a coupling element ( 166 ) mounted in the center of the membrane in such a way that they are synchronous in a gas channel ( 106 ) in substantially vertical direction can be deflected. 19. Wasserstoffspeisesystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Gaskanal (160) ein Kippventil (146) mit ersten und zweiten Stellungen angeordnet ist, durch das je nach seiner Stellung entwe­ der der erste innere Kammerraum (112) gegenüber dem dem Vorrat­ stank zugewandten Abschnitt (148) und der zweite innere Kammer­ raum (116) gegenüber dem der Brennstoffzellenanordnung zuge­ wandten Abschnitt (150) des Gaskanals (106) oder der zweite innere Kammerraum (116) gegenüber dem dem Vorratstank zugewandten Abschnitt (148) und der erste innere Kammerraum (112) gegenüber dem der Brennstoffzellenanordnung zugewandten Abschnitt (150) des Gaskanals (106) verschließbar ist.19. Hydrogen feed system according to one of claims 16 to 18, characterized in that in the gas channel ( 160 ) a tilt valve ( 146 ) is arranged with first and second positions, through which depending on its position either the first inner chamber space ( 112 ) against the the storage smelled facing portion (148) and the second inner chamber space (116) against which the fuel cell assembly facing portion (150) of the gas duct (106) or the second inner chamber space (116) opposite the side facing the stock tank section (148) and the first inner chamber space ( 112 ) can be closed with respect to the section ( 150 ) of the gas channel ( 106 ) facing the fuel cell arrangement. 20. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippventil (146) zwei Dichtschenkel (160, 162) und einen Kippschenkel (156) aufweist, die Y-artig angeordnet und fest mitein­ ander verbunden sind und im Bereich ihres Verbindungspunktes drehbar gelagert sind.20. Hydrogen feed system according to claim 19, characterized in that the tilt valve ( 146 ) has two sealing legs ( 160 , 162 ) and a tilt leg ( 156 ) which are arranged in a Y-like manner and are firmly connected to one another and are rotatably mounted in the region of their connection point , 21. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kippventil (146) durch ein mit dem Kopplungselement (166) verbundenes Antriebselement (158) betätigbar ist.21. Hydrogen feed system according to claim 19 or 20, characterized in that the tilt valve ( 146 ) can be actuated by a drive element ( 158 ) connected to the coupling element ( 166 ). 22. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (158) einen im wesentlichen starr mit dem Kopplungselement (166) verbundenen Stangenabschnitt (164) auf­ weist, an dessen freiem Ende durch zwei Gabelschenkel (160, 162) ein V-förmiger Gabelabschnitt derart gebildet ist, daß durch die frei­ en Enden der Gabelschenkel (160, 162) der Kippschenkel (156) mit einer Kraft beaufschlagbar ist.22. Hydrogen feed system according to claim 21, characterized in that the drive element ( 158 ) has a substantially rigidly connected to the coupling element ( 166 ) connected to the rod section ( 164 ), at its free end by two fork legs ( 160 , 162 ) a V-shaped Fork section is formed such that a force can be applied to the tilting leg ( 156 ) through the free ends of the fork leg ( 160 , 162 ). 23. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (158) durch ein mit dem Kippventil (146) und dem Kopplungselement (166) wechselwirkendes Feder- oder Hebelelement gebildet ist.23. Hydrogen feed system according to claim 21, characterized in that the drive element ( 158 ) is formed by a spring or lever element interacting with the tilt valve ( 146 ) and the coupling element ( 166 ). 24. Wasserstoffspeisesystem nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Auslässe aus den Membrankammern (102, 104) und aus dem Gaskanal (106) strömende Gas in einer Sammelleitung (136) zusammengeführt und in die Brennstoffzellenanordnung ein­ speisbar ist.24. Hydrogen feed system according to one of claims 15 to 23, characterized in that the gas flowing through the outlets from the membrane chambers ( 102 , 104 ) and from the gas channel ( 106 ) is brought together in a manifold ( 136 ) and can be fed into the fuel cell arrangement , 25. Wasserstoffspeisesystem nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (PLiefer) des vom Vorratstank bzw. von der Reformier­ einheit kommenden Wasserstoffes bei etwa 300 kPa Überdruck liegt, der Speisedruck (PSpeise) für die Brennstoffzellen bei etwa 220 kPa Überdruck und der Druck (PRück) der aus den Brennstoffzellen der Membranpumpe zugeführten H2-haltigen Abgase bei etwa 180 kPa Überdruck liegt.25, hydrogen feed system according to any one of claims 14 to 24, characterized in that the pressure (P supply) of is from the storage tank or from the reforming unit coming hydrogen at 300 kPa excess pressure, the feed pressure (P supply) for the fuel cell at about 220 kPa overpressure and the pressure (P Rück ) of the H 2 -containing exhaust gases supplied from the fuel cells of the membrane pump is about 180 kPa overpressure. 26. Wasserstoffspeisesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffkreislauf stromab der Brennstoffzellenanord­ nung (11) einen Ausgang (17) aufweist, durch den überschüssige H2-haltige Abgase abführbar sind. 26. Hydrogen feed system according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen circuit downstream of the fuel cell arrangement ( 11 ) has an outlet ( 17 ) through which excess H 2 -containing exhaust gases can be removed. 27. Wasserstoffspeisesystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckreglerventil (39) am Ausgang (17) vorgesehen ist.27. Hydrogen feed system according to claim 26, characterized in that a pressure regulator valve ( 39 ) is provided at the outlet ( 17 ). 28. Wasserstoffspeisesystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (10) gegenüber der Umgebung hermetisch abge­ dichtet ist.28. Hydrogen feed system according to one of the preceding claims, characterized in that the pump ( 10 ) is hermetically sealed from the environment.
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