Eine Kernaufgabe des Anodensubsystems ist die Rezirkulation des nicht abreagierten Wasserstoffs. Diese verringert gegenüber dem sogenannten Dead-End-Betrieb die Wasserstoffverluste, erhöht die Stapeldurchflussgeschwindigkeit und beugt durch eine gleichmäßige Strömungsverteilung im Stapel einer Flutung einzelner Zellen mit Reaktionswasser vor [1]. Die Rezirkulation mittels eines elektrisch angetriebenen Rezirkulationsgebläses ermöglicht es, einen breiten Arbeitsbereich des Brennstoffzellenstapels abzudecken. Der erforderliche elektrische Antrieb mindert jedoch die Systemeffizienz.
Arten von Rezirkulationsgebläsen
Für die Umsetzung kommen beispielsweise folgende Technologien in Frage [1]:
- Scrollverdichter
- Klauenkompressoren
- Rootsgebläse
- Radialgebläse
- Seitenkanalverdichter
Weitere Infos zum Aufbau der unterschiedlichen Bauweisen und deren Funktionsweise finden Sie in Han et al. [1]
Materialanforderungen
Ein Rezirkulationsgebläse kommt in Kontakt mit einem Gasgemisch aus Wasserstoff, sowie von der Kathodenseite diffundierten Stickstoff und Produktwasser in Gas- und Tropfenform. Es ist darauf zu achten, dass keine Reaktionen zwischen den Komponentenmaterialien und dem Gasgemisch auftreten, welche die Eigenschaften der Materialien nachteilig verändern (z.B. Wasserstoffversprödung), oder zu einem Eintrag von Fremdstoffen in das Gasgemisch in Form von z.B. Ionenaustrag oder Additivauswaschungen führen, welche eine Degradation des Brennstoffzellenstapels begünstigen. Die Eignung von Werkstoffen ist im Einzelfall zu prüfen und Gegenstand der aktuellen Forschung.
Anforderungen
Bei der Wahl des Gebläses ist darauf zu achten, dass zum Beispiel durch die Lagerung von bewegten Bauteilen, kein Schmieröl in die Gasströmung gelangt. Dies erfordert eine effektive und verschleißarme Dichtung. Alternativ können gasfreie Lagerungen in Form von Gasfolienlager oder Magnetlager eingesetzt werden. Ebenso ist das Noise-, Vibration- & Harshness-Verhalten (NVH) zu berücksichtigen. [1]
Literatur
[1] J. Han, J. Feng, P. Chen, Y. Liu und X. Peng, „A review of key components of hydrogen recirculation subsystem for fuel cell vehicles,“ Energy Conversion and Management: X, Jg. 15, S. 100265, 2022, doi: 10.1016/j.ecmx.2022.100265.
