AT523398B1

AT523398B1 - Abgasabschnitt eines Brennstoffzellensystems

Info

Publication number: AT523398B1
Application number: ATA50218/2020A
Authority: AT
Inventors: Weissensteiner Msc Stephan; Soukup Dipl Ing Bsc Nikolaus; Sallai Christopher
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2021-08-15
Also published as: AT523398A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasabschnitt (10) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend einen Wärmetauscher (20) zum Abkühlen eines Abgases, eine dem Wärmetauscher (20) nachgeordnete Gebläsevorrichtung (30) zum Erzeugen eines Unterdruckes, wobei der Wärmetauscher (20) einen Wärmetauscher-Eingang (22) und einen Wärmetauscher- Ausgang (24) aufweist an welchem eine Wärmetauscher-Abflussleitung (26) für den Abfluss von im Wärmetauscher (20) gebildetem Kondensat angeordnet ist, weiter aufweisend einen ersten Kondensatbehälter (40) in fluidkommunizierender Verbindung mit der Wärmetauscher-Abflussleitung (26) und einen zweiten Kondensatbehälter (50), welcher der Gebläsevorrichtung (30) nachgeordnet und mit dieser fluidkommunizierend verbunden ist für ein Abscheiden von weiterem Kondensat aus dem Abgas, wobei weiter der zweite Kondensatbehälter (50) mit dem ersten Kondensatbehälter (40) über eine Verbindungsleitung (52) fluidkommunizierend verbunden ist zur Überführung von Kondensat in den ersten Kondensatbehälter (40), und wobei die Verbindungsleitung (52) einen Siphonabschnitt (60) aufweist.

Description

Beschreibung

ABGASABSCHNITT EINES BRENNSTOFFZELLENSYSTEMS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasabschnitt eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Abgasabschnitt.

[0002] Es ist bekannt, dass Brennstoffzellensysteme Abgasabschnitte aufweisen, um Abgase im Betrieb des Brennstoffzellensystems an die Umgebung abzuführen. Ublicherweise sind diese Abgase mit Wasser versetzt, wobei dieses Wasser sich im gasförmigen Zustand befindet. Auch ist es bekannt, dass im Abgasabschnitt eines Brennstoffzellensystems noch Restwärme enthalten ist, welche dem Betrieb des Brennstoffzellensystems zurückgeführt werden soll. Bei den bekannten Lösungen sind hierfür Wärmetauscher vorgesehen, welche diese Restwärme mittels Wärmetauschern auskoppeln. Beim Abkühlen des Abgases in solchen Wärmetauschern entsteht Kondensat aus den gasförmigen Wasserrückständen im Abgas. Auch dieses Kondensat wird üblicherweise gesammelt und z. B. mittels eines Reinigungsprozesses gereinigt und ebenfalls dem Brennstoffzellensystem zurückgeführt.

[0003] Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, dass das Sammeln und das Abführen von Kondensat aus dem Abgas relativ aufwendig ist. Insbesondere sind hierfür komplette Leitungsführungen und Abschaltvorrichtungen notwendig. Dies führt dazu, dass die Effizienz im Zurückführen von Kondensat verbesserungswürdig ist.

[0004] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zu mindestens teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine effiziente Kondensatrückführung zu ermöglichen.

[0005] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Abgasabschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abgasabschnitt beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

[0006] Erfindungsgemäß ist ein Abgasabschnitt eines Brennstoffzellensystems mit einem Wärmetauscher ausgestattet zum Abkühlen eines Abgases. Dem Wärmetauscher ist eine Gebläsevorrichtung nachgeordnet, um einen Unterdruck zur Förderung des Abgases zu erzeugen. Der Wärmetauscher selbst weist einen Wärmetauscher-Eingang und einen Wärmetauscher-Ausgang auf. An dem Wärmetauscher-Ausgang ist eine Wärmetauscher-Abflussleitung für den Abfluss von im Wärmetauscher gebildetem Kondensat angeordnet. Darüber hinaus ist ein erster Kondensatbehälter vorgesehen, welcher sich in fluidkommunizierender Verbindung mit der WärmetauscherAbflussleitung befindet. Zusätzlich ist ein zweiter Kondensatbehälter vorgesehen, welcher der Gebläsevorrichtung nachgeordnet ist und mit dieser fluidkommunizierend verbunden ist. Mit Hilfe des zweiten Kondensatbehälters ist ein Abscheiden von weiterem Kondensat aus dem Abgas nach der Gebläsevorrichtung möglich. Der zweite Kondensatbehälter ist mit dem ersten Kondensatbehälter über eine Verbindungsleitung fluidkommunizierend verbunden, um Kondensat vom zweiten Kondensatbehälter in den ersten Kondensatbehälter zu überführen. Die Verbindungsleitung ist dabei mit einem Siphonabschnitt ausgestattet.

[0007] Abgase sind im Rahmen der Erfindung sowohl Anoden- als auch Kathodenabgas, welche als Ausgangsprodukt eines Brennstoffzellenstapel entstehen. Das Abgas wird im Abgasabschnitt geführt.

[0008] Erfindungsgemäß ist also ein Abgasabschnitt ausgebildet, um das Abgas nicht nur abzukühlen und damit die Wärme aus dem Brennstoffzellensystem auszukoppeln, sondern in gleicher

Weise auch Wasser als Kondensat aus dem Abgas aufzufangen und ebenfalls die Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, dieses dem Brennstoffzellensystem zurückzuführen. Erfindungsgemäß ist hierfür eine Möglichkeit vorzusehen, die Wärmeauskopplung zu gewährleisten, was in diesem Fall durch den Wärmetauscher erfolgt. Mit Hilfe der Gebläsevorrichtung wird ein Unterdruck im Abgasabschnitt erzeugt, welcher es erlaubt, das Abgas des Brennstoffzellensystems von diesem weg, durch den Wärmtauscher hindurch zur Gebläsevorrichtung zu saugen.

[0009] Im Wärmetauscher wird das Abgas abgekühlt. Durch das Abkühlen des Abgases und die damit einhergehende geringere Beladungsfähigkeit mit gasförmigem Wasser, kondensiert noch enthaltenes gasförmiges Wasser aus dem Abgas aus und sammelt sich insbesondere am Wärmetauscher-Ausgang. Uber die Wärmetauscher-Abflussleitung kann das auskondensierte Wasser als Kondensat in den ersten Kondensatbehälter geführt werden. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich jedoch noch Restwasser in gasförmiger Form im Abgas. Nach der Gebläsevorrichtung ist daher ein zweiter Kondensatbehälter vorgesehen, welcher, wie dies später noch erläutert wird, Zz. B. über einen separaten Phasentrenner verfügen kann, in welchem sich über die Gebläsevorrichtung und im Anschluss ein entstehendes Kondensat sammeln kann. Dieses zusätzlich auskondensierte Wasser kann im zweiten Kondensatbehälter aufgefangen werden und von dort über die Verbindungsleitung in den ersten Kondensatbehälter überführt werden. Der erste Kondensatbehälter sammelt also sämtliches Kondensat, welches sich im Abgasabschnitt an unterschiedlichen Stellen ansammelt.

[0010] Neben der Aufteilung auf zwei separate Kondensatsammelstellen, nämlich am Wärmetauscher-Ausgang über die Wärmetauscher-Abflussleitung und der Gebläsevorrichtung nachgeordnet im zweiten Kondensatbehälter, ist ein erfindungsgemäßer Kerngedanke in der Verbindungsleitung vorgesehen. Die Verbindungsleitung zwischen dem ersten Kondensatbehälter und dem zweiten Kondensatbehälter ist nämlich mit einem Siphonabschnitt ausgestattet. Ein solcher Siphonabschnitt ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Rohrführung der entsprechenden Verbindungsleitung, welche einen Wasserabschluss zwischen den zwei Abschnitten der Verbindungsleitung gewährleistet. Ein solcher u-förmiger, teil-u- förmiger oder doppel-u-förmiger Siphonabschnitt führt dazu, dass Kondensat, welches vom zweiten Kondensatbehälter in den ersten Kondensatbehälter geführt wird und/oder durch Schwerkraftförderung läuft, zumindest teilweise im Siphonabschnitt verbleibt. Dieser Siphonabschnitt und insbesondere der u-förmige Teilbereich des Siphonabschnitts ist dabei so tief ausgeführt, dass das flüssige Wasser einen flüssigen Gasabschluss zwischen den beiden Abschnitten der Verbindungsleitung ausbildet.

[0011] Mit anderen Worten dient der Siphonabschnitt dazu eine Gastrennung zwischen dem ersten Kondensatbehälter und dem zweiten Kondensatbehälter zur Verfügung zu stellen. Dies erlaubt es, einen Druckausgleich zwischen dem ersten Kondensatbehälter und dem zweiten Kondensatbehälter zu vermeiden. Ein solcher Druckausgleich würde insbesondere zu Nachteilen hinsichtlich der Gasströmung im Abgasabschnitt führen, da möglicherweise ein Kurzschluss entstehen würde und Abgas nach dem Gebläse wieder in den Wärmetauscher strömen bzw. über gesaugt werden würde. Das Vorsehen des Siphonabschnitts vermeidet diesen Kurzschluss und entkoppelt dabei zusätzlich gezielt den Innendruck des ersten Kondensatbehälters vom Innendruck des zweiten Kondensatbehälters. Ein entscheidender Vorteil der Verwendung des Siphonabschnitts ist dabei die ventilfreie Ausbildung, sodass keine aktive Kontrolle notwendig ist. Vielmehr kann durch den Siphonabschnitt kein Gas hindurchdringen, während jedoch nachlaufendes Kondensat aus dem zweiten Kondensatbehälter, die das stehende Kondensat im Siphonabschnitt weiterschiebt und ersetzt, sodass die Menge am Kondensat im Siphonabschnitt selbst zu Verschließen des Druckausgleichs im Wesentlichen immer konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt. Jedoch findet ein Flüssigkeitsaustausch statt, sodass auch große Mengen von Kondensat aus dem zweiten Kondensatbehälter in den zweiten Kondensatbehälter überführt werden können.

[0012] Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgasabschnitt zwischen dem Wärmetauscher und der Gebläsevorrichtung eine Abscheidevorrichtung, insbesondere in Form eines Tropfenabscheiders und/oder eines Zyklons, angeordnet ist für ein Abscheiden von Flüssigkeit vor der Gebläsevorrichtung. Eine solche Abscheidevorrichtung dient dazu zusätzliches Wasser, welches sich in flüssiger Form in diesem Abschnitt des Abgasab-

schnitts befindet, am Weiterströmen in die Gebläsevorrichtung zu hindern. Das Abscheiden von flüssigem Wasser, insbesondere in Form von Tropfen, dient dazu die Gebläsevorrichtung vor erhöhtem Verschleiß zu schützen. Insbesondere soll die Gebläsevorrichtung im Wesentlichen ausschließlich gasförmiges Abgas fördern. Entsprechend mitgerissenes Kondensat, welches nicht durch die Wärmetauscher-Abflussleitung abgeführt worden ist, kann auf diese Weise in der Abscheidevorrichtung, z. B. in Form des Tropfenabscheiders und/oder des Zyklons, abgeschieden werden. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich auch die Abscheidevorrichtung selbst einen entsprechenden Abflussabschnitt oder eine entsprechende Abscheide-Abflussleitung aufweisen kann, um Kondensat aus diesem Bereich in den ersten Kondensatbehälter zu überführen.

[0013] Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgasabschnitt zwischen der Abscheidevorrichtung und der Gebläsevorrichtung eine Abscheide-Abflussleitung angeordnet ist für ein Abführen von Kondensat nach der Abscheidevorrichtung in den ersten Kondensatbehälter. Mit anderen Worten ist die Abscheide-Abflussleitung dafür ausgebildet, dass der Abscheidevorrichtung nachgelagert eine fluidkommunizierende Verbindung zum ersten Kondensatbehälter angeordnet ist. Selbstverständlich kann, wie im voranstehenden Absatz erläutert worden ist, auch die Abscheidevorrichtung selbst direkt mit dem Kondensatbehälter verbunden sein. Diese Möglichkeit erlaubt es die Feuchtigkeit im Abgas noch weiter zu reduzieren und gleichzeitig die Menge an aufgefangenem und rückführbarem Kondensat zu erhöhen.

[0014] Vorteilhaft kann es weiter sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgasabschnitt gemäß dem voranstehenden Absatz, die Abscheide-Abflussleitung und die Wärmetauscher-Abflussleitung frei von einem Siphonabschnitt ausgebildet sind, für eine Kopplung der Druckverhältnisse vor der Abscheidevorrichtung und nach der Abscheidevorrichtung. Ein Druckverlust, welcher durch die Durchführung des Abgases durch die Abscheidevorrichtung entsteht führt nun dazu, dass durch die Druckverbindung mittels der siphonfreien Abscheide-Abflussleitung und Wärmetauscher-Abflussleitung sich ein Nebenstrom ausbilden kann. Mit anderen Worten wird durch diesen Nebenstrom und den Druckverlust an der Abscheidevorrichtung die Abfuhr von Kondensat aus dem Wärmetauscher unterstützt, da sozusagen ein zusätzliches Ansaugen in der Wärmetauscher-Abflussleitung durch den Druckverlust eingestellt wird. Ein unerwünschtes Verstopfen der Wärmetauscher-Abflussleitung kann auf diese Weise wirkungsvoll vermieden werden.

[0015] Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgasabschnitt der Wärmetauscher als dreizügiger Wärmetauscher ausgebildet ist, wobei am Wärmetauscher-Eingang eine Zusatz-Abflussleitung angeordnet ist, für ein Abführen von Kondensat aus dem Wärmetauscher-Eingang in den ersten Kondensatbehälter. Dabei ist vorzugsweise Wasser aus den ersten beiden Zügen des Wärmetauschers als Kondensat zum Abführen in die ZusatzAbflussleitung vorgesehen. Auch bei komplexen Wärmetauschern wird es auf diese Weise möglich, ein Maximum an Kondensat in den ersten Kondensatbehälter abzuführen.

[0016] Bei einem Abgasabschnitt gemäß dem voranstehenden Absatz kann es Vorteile mit sich bringen, wenn die Zusatz-Abflussleitung einen Siphonabschnitt aufweist. Ein solcher Siphonabschnitt in der Zusatz-Abflussleitung vermeidet den Ausgleich des Druckverlustes über den Wärmetauscher. Damit wird auf diese Weise ein unerwünschter Bypass am Wärmetauscher vorbei verhindert, sodass die Abgabe von Wärme am Wärmetauscher maximiert werden kann. Die im erfindungsgemäßen Abgasabschnitt verwendeten Siphonabschnitte, insbesondere die in der Zusatz-Abflussleitung und die in der Verbindungsleitung können vorzugsweise identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet werden.

[0017] Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgasabschnitt der zweite Kondensatbehälter einen Phasenabscheider aufweist und/oder als Phasenabscheider ausgebildet ist. So kann ein solcher Phasenabscheider durch eine Schwerkrafttrennung, insbesondere unterstützt durch weitere mechanische Bauteile, enthaltenes Kondensat, also Wasser in flüssiger Form, im Abgas auffangen und z. B. in den Boden des zweiten Kondensatbehälters führen. In diesem Bereich ist die Verbindungsleitung angeordnet, um das bereits erläuterte Zu-

rückführen des an dieser Stelle aufgefangenen Kondensats aus dem zweiten Kondensatbehälter in den ersten Kondensatbehälter durchzuführen. Das Einbinden des Phasenabscheiders in den zweiten Kondensatbehälter führt dazu, dass dieser direkt in den Abgasabschnitt eingebunden ist, und z. B. direkt am Ende des Abgasabschnittes am oder kurz vor dem Abgasauslass an die Umgebung anordenbar ist. Dies ermöglicht es, die Komplexität eines erfindungsgemäßen Abgasabschnitts noch weiter zu reduzieren und die Kompaktheit der Bauform zu erhöhen.

[0018] Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgasabschnitt dem ersten Kondensatbehälter nachgeordnet eine Reinigungsvorrichtung für die Reinigung des aufgefangenen Kondensates angeordnet ist. Eine solche Reinigungsvorrichtung kann auch weitere Einzelelemente, wie einen Reinigungsfilter aufweisen. Auch eine Zwangsförderung mit Hilfe einer Pumpvorrichtung und eine Zwischenspeicherung, z. B. in Form eines Frischwassertanks, sind hier denkbar. Dabei handelt es sich bei einem Frischwassertank vorzugsweise um einen gemeinsamen Frischwassertank mit von außerhalb des Systems zugeführtem Frischwasser.

[0019] Vorteilhaft ist es, wenn bei einem Abgasabschnitt gemäß dem voranstehenden Absatz, der Reinigungsvorrichtung eine Rückführleitung nachgeordnet ist, für die Rückführung von gereinigtem Kondensat zur Nutzung im Brennstoffzellensystem. Diese Nutzung kann sowohl in direkter Weise, als auch in indirekter Weise über einen zwischengeordneten Frischwassertank gemäß dem voranstehenden Absatz erfolgen. Dabei kann die Rückführleitung selbstverständlich auch Teil oder zumindest abschnittsweise Teil der Reinigungsvorrichtung sein.

[0020] Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem aufweisend

- zumindest einen Brennstoffzellenstapel mit einem Anodenabschnitt und einem Kathoden- einen Anodenzuführabschnitt zur Zuführung von Anodenzuführgas zu dem Anodenab- Sinen Kathodenzuführabschnitt zur Zuführung von Kathodenzuführgas zum Kathodenab- ner Anodenabführabschnitt zum Abführen von Anodenabführgas, - einen Kathodenabführabschnitt zum Abführen von Kathodenabgas.

[0021] Dabei ist im Anodenabführabschnitt und/oder im Kathodenabführabschnitt ein Abgasabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Abgasabschnitt erläutert worden sind.

[0022] Es kann Vorteile mich sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem der Kathodenabführabschnitt und der Anodenabführabschnitt wenigstens abschnittsweise als gemeinsamer Abgasabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Mit anderen Worten werden direkt im Anschluss an den Brennstoffzellenstapel oder zu einem späteren Zeitpunkt der Kathodenabführabschnitt und der Anodenabführabschnitt zusammengeführt und bilden damit einen gemeinsamen Abgasabschnitt mit einer gemeinsamen Rohrleitung aus. Dies führt insbesondere auch zu einem einzigen gemeinsamen Auslass am Ende des Abgasabschnitts. Dieses Zusammenführen von Kathodenabführabschnitt und Anodenabführabschnitt erfolgt vorzugsweise nach dem Abführen von Rezirkulationsleitungen, welche Kathodenabgas und/oder Anodenabgas zur Wiederverwendung in das Brennstoffzellensystem zurückführen.

[0023] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

[0024] Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasabschnitts,

[0025] Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasabschnitts,

[0026] Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasabschnitts,

[0027] Fig. 4 eine weitere Aufführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasabschnitts, und

[0028] Fig. 5 eine schematische Darstellung eines dreizügigen Wärmetauschers

[0029] Figur 1 stellt die einfachste Möglichkeit eines erfindungsgemäßen Abgasabschnitts 10 in einem Brennstoffzellensystem 100 da. Das Brennstoffzellensystem 100 ist hier sehr schematisch mit einem Brennstoffzellenstapel 110 dargestellt. Der Brennstoffzellenstapel 110 ist hier mit einem Anodenabschnitt 112 und einem Kathodenabschnitt 114 ausgestattet. Zum Anodenabschnitt 112 führt ein Anodenzuführabschnitt 120 und zum Kathodenabschnitt 114 führt der Kathodenzuführabschnitt 140. Bei dieser Ausführungsform ist schematisch direkt ein gemeinsames Abführen der beiden Abgase, also ein Anodenabführabschnitt 122 und ein Kathodenabführabschnitt 142, dargestellt, welche zusammen den gemeinsamen Abgasabschnitt 22 der vorliegenden Erfindung ausbilden.

[0030] Das Abgas im Anodenabschnitt 112 weist nicht umgesetzten Brennstoff (Wasserstoff und Kohlenmonoxid) auf, wobei dieses nach einer Vermischung mit Kathodenabgas nachverbrannt wird, wodurch sich Restwärme ergibt.

[0031] Da das Abgas aus dem Kathodenabschnitt 114 und dem Anodenabschnitt 112 diese Restwärme aufweist, ist hier im Abgasabschnitt 10 ein Wärmetauscher 20 vorgesehen. Dieser erlaubt es, das Abgas abzukühlen und die aufgenommene Wärme aus dem Abgas auszukoppeln, was in Figur 1 nicht näher dargestellt wird. Durch das Abkühlen des Abgases ist enthaltenes gasförmiges Wasser auskondensiert, sodass am Wärmetauscher-Ausgang 24 des Wärmetauschers 20 nun flüssiges, kondensiertes Wasser als Kondensat vorliegt. Dieses auskondensierte Wasser wird als Kondensat über die Wärmetauscher-Abflussleitung 26 siphonfrei in den ersten Kondensatbehälter 40 überführt. Das von dem flüssigen Kondensat befreite Abgas wird über eine weiterführende Leitung in die Gebläsevorrichtung 30 überführt, welche den Unterdruck für die Förderung des Abgases erzeugt. Nachgeordnet der Gebläsevorrichtung 30 ist ein zweiter Kondensatbehälter 50, in welchem bis zu diesem weiterhin entstandenes Kondensat ebenfalls aufgefangen werden kann. Das weitere Kondensat wird nun in flüssiger Form aus dem zweiten Kondensatbehälter 50 über eine Verbindungsleitung 52 ebenfalls in den ersten Kondensatbehälter 40 überführt. Beim Uberführen muss das flüssige Kondensat in der Verbindungsleitung 52 einen Siphonabschnitt 60 passieren, welcher einen Druckausgleich zwischen dem ersten Kondensatbehälter 40 und dem zweiten Kondensatbehälter 50 unterbindet. Auf diese Weise wird ein Druckausgleich verhindert und das Druckgefälle für die Förderung des Abgases, im Hauptstrang des Abgasabschnitts 10, aufrechterhalten. Ein unerwünschter Bypass am Hauptstrang des Abgasabschnitts 10 vorbei wird auf diese Weise wirksam und vor allem kostengünstig sowie effizient unterbunden.

[0032] Die Figur 2 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Figur 1. Hier ist nachgelagert dem ersten Kondensatbehälter 40 eine Reinigungsvorrichtung 80 schematisch dargestellt. Mittels einer Pumpvorrichtung wird das flüssige Kondensat aus dem ersten Kondensatbehälter 40 über einen Filter geführt und hier in einen Frischwassertank gebracht. Im Frischwassertank ist ein Abführen nach unten aus dem System heraus, aber auch ein Rückführen über eine Rückführleitung 82 in das Brennstoffzellensystem 100 möglich. Selbstverständlich kann dieser Frischwassertank auch von außen zusätzlich befüllt werden.

[0033] In der Figur 3 ist eine weitere Ausführung dargestellt, bei welchem im Abgasabschnitt 10 zusätzlich eine Abscheidevorrichtung 70 angeordnet ist. Abgas, welches sich nach dem Wärmetauscher 20 auf die Gebläsevorrichtung 30 zubewegt kann Kondensat in flüssiger Form mitreißen und damit flüssige Tropfen Wasser aufweisen. Diese flüssigen Tropfen könnten in der Gebläsevorrichtung 30 zu unerwünscht hohem Verschleiß führen, sodass die Abscheidevorrichtung 70 ein Abscheiden dieser flüssigen Phasen und damit dieser Tropfen ermöglicht. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen der Abscheidevorrichtung 70 und der Gebläsevorrichtung 30 darüber hinaus eine Abscheide-Abflussleitung 72 vorgesehen, die ebenfalls siphonfrei in den ersten Kondensatbehälter 40 führt. Hier ist gut zu erkennen, dass sich damit ein Druckausgleich zwischen den Bereichen vor und nach der Abscheidevorrichtung 70 einstellen kann, sodass sich eine zusätzliche Saugsituation in der Wärmetauscher-Abflussleitung 26 einstellt. Dies unterstützt das Abführen des Kondensats möglichst vollständig direkt vom Wärmtauscher-Ausgang 24.

[0034] In der Figur 4 wird eine weitere Komplexitätsstufe dargestellt, wobei hier z. B. bei komplexen Wärmetauschern (20) ein zusätzliches Abführen von Kondensat gewünscht wird. So ist hier ein Wärmetauscher-Eingang 22 eine zusätzliche Abflussleitung in Form der Zusatz-Abflussleitung 28 vorgesehen, welche über einen eigenen Siphonabschnitt 60 in den ersten Kondensatbehälter 40 führt. Dieser Siphonabschnitt 60 dient dazu einen Druckausgleich zwischen dem Bereich vor und nach dem Wärmetauscher 20 zu verhindern, sodass hier keine Beeinträchtigung der Förderleistung durch den Wärmetauscher 20 hindurch zur Verfügung gestellt wird.

[0035] Vielmehr reicht es aus, entstehendes Kondensat am Wärmetauscher-Eingang 22 ebenfalls in den ersten Kondensatbehälter 40 zu überführen.

[0036] In der Figur 5 ist schematisch ein dreizügiger Wärmetauscher 20 dargestellt, wie er z. B. in der Figur 4 eingesetzt werden kann. Bei diesen drei Zügen kann es vorkommen, dass sich ebenfalls kondensiertes Wasser in den ersten beiden Zügen des Wärmetauschers 20 sammelt. Im Bereich des Wärmetauscher-Eingangs 22 ist hier eine Zusatz-Abflussleitung 28 vorgesehen, welche über einen Siphonabschnitt 60, gemäß der Figur 4, ein Rückführen des hier gebildeten Kondensates in den ersten Kondensatbehälter 40 ermöglicht.

[0037] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Abgasabschnitt

20 Wärmetauscher

22 Wärmetauscher-Eingang 24 Wärmetauscher-Ausgang 26 Wärmetauscher-Abflussleitung 28 Zusatz-Abflussleitung

30 Gebläsevorrichtung

40 erster Kondensatbehälter 50 zweiter Kondensatbehälter 52 Verbindungsleitung

60 Siphonabschnitt

70 Abscheidevorrichtung

72 Abscheide-Abflussleitung 80 Reinigungsvorrichtung

82 Rückführleitung

100 Brennstoffzellensystem 110 Brennstoffzellenstapel 112 Anodenabschnitt

114 Kathodenabschnitt

120 Anodenzuführabschnitt 122 Anodenabführabschnitt 140 Kathodenzuführabschnitt 142 Kathodenabführabschnitt

Claims

Patentansprüche

1. Abgasabschnitt (10) eines Brennstoffzellensystems (100), aufweisend einen Wärmetauscher (20) zum Abkühlen eines Abgases, eine dem Wärmetauscher (20) nachgeordnete Gebläsevorrichtung (30) zum Erzeugen eines Unterdruckes, wobei der Wärmetauscher (20) einen Wärmetauscher-Eingang (22) und einen Wärmetauscher-Ausgang (24) aufweist, an welchem eine Wärmetauscher-Abflussleitung (26) für den Abfluss von im Wärmetauscher (20) gebildetem Kondensat angeordnet ist, weiter aufweisend einen ersten Kondensatbehälter (40) in fluidkommunizierender Verbindung mit der Wärmetauscher-Abflussleitung (26) und einen zweiten Kondensatbehälter (50), welcher der Gebläsevorrichtung (30) nachgeordnet und mit dieser fluidkommunizierend verbunden ist für ein Abscheiden von weiterem Kondensat aus dem Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensatbehälter (50) mit dem ersten Kondensatbehälter (40) über eine Verbindungsleitung (52) fluidkommunizierend verbunden ist zur Uberführung von Kondensat in den ersten Kondensatbehälter (40), und wobei die Verbindungsleitung (52) einen Siphonabschnitt (60) aufweist.

2. Abgasabschnitt (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmetauscher (20) und der Gebläsevorrichtung (30) eine Abscheidevorrichtung (70), insbesondere in Form eines Tropfenabscheiders und/oder eines Zyklons, angeordnet ist für ein Abscheiden von Flüssigkeit vor der Gebläsevorrichtung (30).

3. Abgasabschnitt (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abscheidevorrichtung (70) und der Gebläsevorrichtung (30) eine Abscheide-Abflussleitung (72) angeordnet ist für ein Abführen von Kondensat nach der Abscheidevorrichtung (70) in den ersten Kondensatbehälter (40).

4. Abgasabschnitt (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheide-Abflussleitung (72) und die Wärmetauscher-Abflussleitung (26) frei von einem Siphonabschnitt (60) ausgebildet ist für eine Kopplung der Druckverhältnisse vor der Abscheidevorrichtung (70) und nach der Abscheidevorrichtung (70).

5. Abgasabschnitt (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (20) als dreizügiger Wärmetauscher (20) ausgebildet ist, wobei am Wärmetauscher-Eingang (22) eine Zusatz-Abflussleitung (28) angeordnet ist für ein Abführen von Kondensat aus dem Wärmetauscher-Eingang (22) in den ersten Kondensatbehälter (40).

6. Abgasabschnitt (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Abflussleitung (28) einen Siphonabschnitt (60) aufweist.

7. Abgasabschnitt (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensatbehälter (50) einen Phasenabscheider aufweist und/oder als Phasenabscheider ausgebildet ist.

8. Abgasabschnitt (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Kondensatbehälter (10) nachgeordnet eine Reinigungsvorrichtung (80) für die Reinigung des aufgefangenen Kondensats angeordnet ist.

9. Abgasabschnitt (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsvorrichtung (80) eine Rückführleitung (82) nachgeordnet ist für die Rückführung von gereinigtem Kondensat zur Nutzung im Brennstoffzellensystem (100).

10. Brennstoffzellensystem (100), aufweisend

- zumindest einen Brennstoffzellenstapel (110) mit einem Anodenabschnitt (112) und einem Kathodenabschnitt (114),

- einen Anodenzuführabschnitt (120) zum Zuführen Anodenzuführgas zu dem Anodenabschnitt (112),

- einen Kathodenzuführabschnitt (140) zum Zuführen von Kathodenzuführgas zum Kathodenabschnitt (114),

- einen Anodenabführabschnitt (122) zum Abführen von Anodenabgas, - einen Kathodenabführabschnitt (142) zum Abführen von Kathodenabgas,

dadurch gekennzeichnet, dass im Anodenabführabschnitt (122) und/oder im Kathodenabführabschnitt (142) ein Abgasabschnitt (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist.

11. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenabführabschnitt (142) und der Anodenabführabschnitt (122) wenigstens abschnittsweise als gemeinsamer Abgasabschnitt (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen