CN117096383A - 燃料电池排气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池排气设备,具有可由燃料电池排气(B)穿流的燃料电池排气导管(12)和包括由燃料电池排气(B)可穿流的冷凝器单元基体(90)的冷凝器单元(31)。

Description

燃料电池排气设备
技术领域
本发明涉及一种燃料电池排气设备,通过所述燃料电池排气设备,从燃料电池中释放的工艺气体可以作为燃料电池排气释放至环境。
背景技术
为了尤其是在电动运行的车辆中可以提供用于运行行驶电动机以及在这样的车辆中的其他的电能消耗器的能量,已知使用燃料电池。在这样的燃料电池的运行中,将氢气或者说强烈富集氢气的阳极气体输送给阳极区域。氧气或者说含氧的空气作为阴极气体输送给阴极区域。在氢气和氧气转化成水的情况下产生电流。所述耗去氢气的阳极排气和所述富集水的阴极排气作为燃料电池排气或者说工艺气体离开燃料电池。在燃料电池运行中,至少阴极排气释放至环境。在不同的运行阶段中,例如在燃料电池运行开始之前尤其是对阳极区域的冲扫时,阳极排气或者说在这样的运行阶段中引导通过阳极区域的气体也可以释放至环境。
发明内容
本发明的任务是,设置一种用于尤其是在车辆中的燃料电池系统的燃料电池排气设备,利用所述燃料电池排气设备,可以有效地将在燃料电池排气中一起引导的液体、尤其是水从燃料电池排气中提取出。
按照本发明,该任务通过一种用于尤其是在车辆中的燃料电池系统的燃料电池排气设备解决,所述燃料电池排气设备具有可由燃料电池排气穿流的燃料电池排气导管和包括由燃料电池排气可穿流的冷凝器单元基体的冷凝器单元。
通过所述冷凝器单元,对来自燃料电池排气的液体冷凝。因此阻止尤其是富集水蒸汽的燃料电池排气释放至环境,从而尤其是可以避免在燃料电池排气设备的末端管的区域中形成雾。从燃料电池排气中去除的液体可以在需要时再次往回供给到燃料电池工艺中。也可使用冷凝的液体例如作为窗(玻璃)洗涤用水,用于尤其是在用于自主的行驶的车辆中净化传感器,用于空调设备的空气加湿等。
在冷凝器单元下游可以设置液体分离单元。通过在液体分离单元上游设置冷凝器单元,确保冷凝的液体、亦即液滴可以在进一步在下游设置的液体分离单元中有效地从燃料电池排气中分离出并且可以必要时为了不同的过程例如在车辆中再次利用或可以以液体的形式释放至环境。
为了液体从燃料电池排气中的特别有效的分离提出,所述冷凝器单元基体基本上完全以金属材料构造或/和具有至少一个可由燃料电池排气穿流的并且在外侧上可由冷却介质环流的冷凝器单元导管元件,所述冷凝器单元导管元件优选具有扁平的流动横截面。
为了获得用于冷凝器单元与冷却介质的热相互作用的最大可能的表面,所述冷凝器单元基体可以具有多个彼此平行地由燃料电池排气可穿流的冷凝器单元导管元件。
在此,为了热量的加强的释放,可以在至少一个、优选每个冷凝器单元导管元件的外侧上设置多个传热肋。
为了将冷凝器单元集成到燃料电池排气导管中,提出,所述冷凝器单元具有与冷凝器单元基体连接的用于将冷凝器单元连接到燃料电池排气导管上的上游的冷凝器单元连接元件,或/和所述冷凝器单元具有与冷凝器单元基体连接的用于将冷凝器单元连接到燃料电池排气导管上的下游的冷凝器单元连接元件。
为了轻的、可低成本制造的并且尤其是耐腐蚀的构造,上游的冷凝器单元连接元件可以以塑料材料构造或/和下游的冷凝器单元连接元件可以以塑料材料构造。
燃料电池排气导管可以具有引导至液体分离单元的上游的导管区段和从液体分离单元引导离开的下游的导管区段。冷凝器单元在此可以设置在上游的导管区段中。
为了从冷凝器单元下游的燃料电池排气流中释放液体,所述液体分离单元可以具有上游的分离导管部分、下游的分离导管部分和在所述下游的分离导管部分到所述上游的分离导管部分上的邻接区域中的开口区域。
为了也在液体分离单元的区域中确保用于燃料电池排气的限定的流动情况,提出,所述下游的分离导管部分的上游的端部区段这样嵌接到所述上游的分离导管部分的下游的端部区段中地定位,使得在下游的分离导管部分的上游的端部区段和上游的分离导管部分的下游的端部区段之间形成开口区域的液体分离开口。
所述开口区域可以相对于液体收集室敞开,通过所述液体收集室,在其中聚集的液体然后可以释放至环境或可以在需要时往回供给到燃料电池工艺中。
在开口区域上游可以设置旋流产生单元。通过产生在燃料电池排气流中的旋流,产生作用到冷凝的液体上的离心力,所述离心力对所述液体径向向外加载并且因此确保,在开口区域中主要去除径向向外输送的液体或者说燃料电池排气流的强烈富集这样的液体的部分。
旋流产生单元可以具有多个关于流动中心轴线沿周向相继的、相对于排气主流动方向斜置的流动转向元件。旋流产生单元也可以构造用于提供基本上完全以塑料材料构成的非常轻的构造。
为了衰减在燃料电池的区域中产生的噪声,可以设置消声器单元,所述消声器单元具有:
-包括燃料电池排气入口区域和燃料电池排气出口区域的消声器壳体,其中,燃料电池排气导管的上游的导管区段连接到燃料电池排气入口区域上并且燃料电池排气导管的下游的导管区段连接到燃料电池排气出口区域上,
-至少一个在消声器壳体上形成的消声器腔,
其中,所述至少一个消声器通过消声器壳体的壳体底部与液体收集室分开,其中,在所述壳体底部中设置至少一个将至少一个消声器腔与所述液体收集室为了液体交换而连接的液体穿通孔,并且在所述消声器壳体上设置至少一个用于将液体从所述至少一个液体收集室中导出的液体导出开口。
所述消声器单元也可以为了获得轻的、可低成本实现的并且耐腐蚀的构造基本上完全以塑料材料构造。
同样燃料电池排气导管或/和液体分离单元可以基本上完全以塑料材料构造。
附图说明
接着参考附图详细说明本发明。其中:
图1示出燃料电池排气设备的透视图;
图2示出图1的燃料电池排气设备的细节II的放大图;
图3示出在细节II中示出的冷凝器单元的纵剖面;
图4示出图1的燃料电池排气设备的消声器单元的纵剖面视图。
具体实施方式
图1示出燃料电池排气设备10,所述燃料电池排气设备可以配置于在车辆中用于产生电能的燃料电池系统地设置。
燃料电池排气设备10具有总体地以12表示的并且可由燃料电池排气B穿流的燃料电池排气导管12和集成到燃料电池排气导管12中的消声器单元14。燃料电池排气导管12的上游的导管区段16在消声器壳体20的燃料电池排气入口区域18中连接到消声器单元14上。在消声器壳体20的燃料电池排气出口区域22中,燃料电池排气导管12的下游的导管区段24连接到消声器单元14上。例如通过燃料电池排气导管12的下游的导管区段24,由燃料电池系统的一个或多个燃料电池释放的燃料电池排气B可以释放至环境。燃料电池排气导管12的上游的导管区段16的上游的端部区域26可以构成用于连接到一个或多个燃料电池或者说燃料电池堆的将不同的燃料电池排气作为工艺气体释放的系统区域上。例如可以在上游的端部区域上连接所述或每个燃料电池的阳极区域或/和阴极区域,以便限定地将离开阳极区域的工艺气体或/和离开阴极区域的工艺气体作为燃料电池排气B引入燃料电池排气设备10中。此外例如可以通过相对于环境敞开的导管区域将环境空气引入燃料电池排气设备10中。
为了调节在燃料电池排气设备10中生成的背压或也调节引入其中的气流,例如可以在燃料电池排气设备12的上游的导管区段16的上游的端部区域26附近设置气流调节阀28。在下游的导管区段24中可以设置氢气传感器30,以便提供关于流过下游的导管区段24的燃料电池排气流的氢气浓度的信息。当在燃料电池运行开始时或开始之前,阳极区域被冲扫并且从阳极区域中导出的工艺气体通过燃料电池排气设备10释放至环境,则所述燃料电池排气流可以尤其是包含氢气。如果由氢气传感器30生成的信号指示过高的氢气浓度,则例如可以通过对气流调节阀28的对应的操控将空气份额或者说提高的空气份额通过在先所述的导管区域掺加到引导通过燃料电池排气设备10的燃料电池排气B中,以便因此实现较小的氢气浓度。
在消声器单元14上游可以设置总体以31表示的冷凝器单元,所述冷凝器单元辅助在燃料电池排气B中运输的液体或者说蒸汽、通常水蒸汽的冷凝。在消声器单元14中可以如接着说明的那样将这样的冷凝的液体从燃料电池排气B中去除、收集并且返回供给到燃料电池工艺中。
参考图4接着详细解释消声器单元14的构造或功能。
消声器壳体20沿消声器壳体纵轴线L的方向纵长延伸并且在上游的端部区域32中构成用于连接燃料电池排气导管12的上游的导管区段16。在下游的端部区域34中,消声器壳体20构成用于连接燃料电池排气导管的下游的导管区段24。例如导管区段16、24可以在使用管夹或类似物的情况下连接到消声器壳体20的对应的接管上。
在消声器壳体20的内部形成两个消声器腔36、38以及液体分离室40。上游的消声器腔36通过分离壁42与液体分离室40分离,并且下游的消声器腔38通过分离壁44与上游的消声器腔36分离。燃料电池排气导管12的下游的导管区段24相对于下游的消声器腔38敞开。通过总体地以45表示的液体分离单元的在液体分离室40中设置的分离导管区段46,燃料电池排气导管12的上游的导管区段16相对于两个消声器腔36、38敞开。
液体分离单元45的分离导管区段46具有在消声器壳体20的上游的端部区域32中连接到燃料电池排气导管12的上游的导管区段16上的管状的上游的分离导管部分48以及连接到分离壁42上的或贯穿该分离壁的下游的分离导管部分50。分离导管区段46的下游的分离导管部分50可以连接到在消声器壳体12的内部延伸的一件或多件式构成的燃料电池排气管52上或与所述燃料电池排气管一件式地构成。通过多个在燃料电池排气管52的管壁54中构成的开口56,该燃料电池排气管相对于上游的消声器腔36敞开。通过多个在所述管壁54中构成的开口58,燃料电池排气管52相对于下游的消声器腔38敞开。燃料电池排气管52延伸穿过将两个消声器腔36、38彼此分离的分离壁44或可以至少部分地与该分离壁一件式地构成并且在消声器壳体20的下游的端部区域34中连接到燃料电池排气导管12的下游的导管区段24上。
在该结构中可看出,引导通过消声器单元14的燃料电池排气B可以基本上没有流动转向地直线地沿消声器壳体纵轴线L穿流消声器壳体20,从而通过消声器单元14不会生成显著的流动阻力。尽管如此存在可能性,通过与不同的消声器腔36、38的连通通过反射和吸收衰减声音。为此例如可以在一个或两个消声器腔36、38中附加地设置消声的材料、例如多孔的纤维状的或发泡的材料。要指出,也可以设置多于两个相继的消声器腔或在消声器壳体20的内部空间中也可以仅设置唯一的这样的消声器腔。此外,所述消声器腔中的至少一个消声器腔可以作为亥姆霍兹共振器的共振器室作用,并且所述消声器腔中的不同的消声器腔可以通过附加的燃料电池排气管相互连通。
上游的分离导管部分48具有下游的端部区段60,所述下游的端部区段沿排气主流动方向H的方向沿流动中心轴线S例如基本上圆锥形扩大地构成。同样地,下游的分离导管部分具有上游的端部区段62,所述上游的端部区段沿排气主流动方向H在该区域中例如圆锥形扩大地构成并且嵌接到上游的分离导管部分48的下游的端部区段60中地定位。在沿排气主流动方向H沿流动中心轴线S径向扩大的端部区段60、62之间在分离导管区段46的开口区域64中形成基本上环状的液体分离开口66。
在开口区域64上游例如在与提供消声器壳体20的上游的端壁的壳体盖一件式构成的上游的分离导管部分48中或在燃料电池排气导管12的上游的导管区段16中设置旋流产生单元68。该旋流产生单元可以具有多个沿周向围绕流动中心轴线S相继的并且关于排气主流动方向H斜置的、基本上径向延伸的流动转向元件69。通过旋流产生单元68,在沿排气主流动方向H引导的燃料电池排气B中产生旋流。基于该旋流和在其中产生的离心力,在燃料电池排气B中运输的液体份额、例如水滴或类似物被径向向外加载并且以较高的浓度聚集在燃料电池排气流的径向外部的区域中。燃料电池排气流的该径向外部的部分可以至少部分地穿过液体分离开口66导出到液体分离室40中,从而从燃料电池排气流中提取的液体可以聚集在液体分离室40中。
在消声器壳体20的沿竖直方向V在装配在车辆中的燃料电池排气设备10中下面的区域中形成液体收集室70。该液体收集室优选沿消声器壳体20的整个长度从所述消声器壳体的上游的端部区域32延伸至其下游的端部区域34并且通过壳体底部72与所述两个消声器腔36、38并且也与液体分离室40分离。配置于这些室中的每个室在壳体底部72中分别构成至少一个液体穿通孔74、76或78。在所述消声器腔36、38中的每个消声器腔中或也在液体分离室40中聚集的液体可以通过配置的液体穿通孔74、76、78到达液体收集室40中并且在那里聚集。
配置于液体收集室70,设置至少一个包括液体释放阀82的液体导出开口80。在图4中可看出,在装入车辆中的燃料电池排气设备中,消声器壳体20沿排气主流动方向H向下倾斜,从而液体收集室70的如下区域基本上形成液体收集室70的沿竖直方向V最深的区域,液体导出开口80定位在所述区域中。这表示,在液体收集室70中包含的液体原则上聚集在液体导出开口80或液体释放阀82的区域中,从而当液体释放阀82打开时,液体在重力作用下从液体收集室70中流出并且例如可以往回供给到燃料电池工艺中或释放至环境。
配置于液体收集室70,可以设置在图4中原理式示出的液位传感器84,所述液位传感器的输出信号显示,多少量的液体已聚集在液体收集室70中。如果该量足够大,以便可以在燃料电池运行中或车辆的其他的系统中利用所述液体、亦即水,则可以打开液体释放阀82。当超过阈值液位并且存在液体至少从下游的消声器腔38的最深的区域中不再可以流出到液体收集室70中的危险时,也可以打开液体导出阀82,以便从液体收集室70中释放液体。
此外可以为液体收集室70配置在图4中原理式示出的加热单元86。该加热单元可以通过电激励对在液体收集室70中聚集的液体加热并且因此阻止所述液体的冻结或使已经冻结的液体再次融化。这确保,在任何情况下并且尤其是也在相对低的环境温度时可以将液体从液体收集室70中释放并且例如在燃料电池运行中再次利用。
此外可以配置于液体收集室70设置至少一个通过氢气释放接管88提供的氢气释放开口89。该氢气释放开口89可以这样定位,使得其沿竖直方向V比液体收集室70的最高的区域更高。在燃料电池运行中或在冲扫阳极区域时引入燃料电池排气设备10中的氢气可以因此在所述氢气通过液体穿通孔74、76、78到达液体收集室70中时聚集在液体收集室70的最高的区域中,在所述区域中,液体收集室70通过氢气释放开口89相对于环境敞开。因此到达液体收集室70中的氢气可以基本上持久地释放至环境,而不存形成在液体收集室70中的临界的氢气浓度的危险。
冷凝器单元31具有在图3中在纵剖面中示出的冷凝器单元基体90,所述冷凝器单元基体优选基本上完全以金属材料构造。在示出的设计示例中,冷凝器单元基体90具有三个并排设置的冷凝器单元导管元件92、94、96,所述冷凝器单元导管元件分别提供用于燃料电池排气B的流动通道K并且彼此平行地由燃料电池排气B穿流。所述三个冷凝器单元导管元件92、94、96在其内部容积中提供用于穿流所述三个冷凝器单元导管元件的燃料电池排气B的扁平的流动横截面,所述流动横截面例如具有大致矩形的或扁圆的横截面几何形状。这导致,关于流动横断面积,相对大的表面对于传热可供使用。要指出,例如也可以在冷凝器单元基体90上设置多于三个冷凝器单元导管元件92、94、96。
提供用于到环流冷凝器单元基体90的介质M、例如空气上的传热的表面可以还通过如下方式增大,即,在冷凝器单元导管元件92、94、96的外侧上设置传热肋98,所述传热肋优选基本上平行于环流冷凝器单元基体90的介质M的流动方向取向,以便确保尽可能快速的环流并且借此确保有效的热导出。例如传热肋98可以通过在冷凝器单元导管元件92、94、96的扁平的外侧上设置的例如波浪状构成的肋元件91、93、97、99提供,所述肋元件与所述冷凝器单元导管元件92、94、96中的至少一个冷凝器单元导管元件处于传热接触中。备选地,传热肋98可以通过在冷凝器单元导管元件92、94、96的结构材料中的(凸出)成形部形成,所述(凸出)成形部也在内侧、亦即在由燃料电池排气B溢流的表面上构造,以便也在那里提供用于传热的增大的表面。
如果使用空气、亦即环境空气作为用于冷却的介质M,则燃料电池排气设备10这样装入车辆中,使得类似于在冷却器中的情况,通过行车风运输的空气可以对冷凝器单元31有效地环流。
要指出,备选于以空气的环流,所述冷凝器单元基体例如也可以由液体环流,以便在该液体中接收热量并且可以将所述热量例如在另一个热交换器中传输到在车辆内部空间中要引入的空气上。
为了将冷凝器单元31集成到燃料电池排气导管12的上游的导管区段16中,冷凝器单元31具有上游的冷凝器单元连接元件100和下游的冷凝器单元连接元件102。利用相应的板状的连接区域104或106,所述冷凝器单元连接元件例如可以通过螺纹件连接气密并且液体密封地连接到冷凝器单元基体90的相应的板状的连接区域108、110上。
虽然为了尽可能有效的传热,冷凝器单元基体90由金属材料、例如优质钢或铜制造,基本上燃料电池排气设备的所有其他的功能区域可以以低成本的并且也轻的塑料材料构造。这尤其是涉及导管区段16、24、消声器壳体20或者说在所述消声器壳体内部设置的系统区域、例如分离壁42、44、液体分离单元45的所有功能部件和旋流产生单元68。使用塑料材料用于这些构件导致具有小的重量的构造,所述构造此外可以低成本并且以在成型中的大的自由度制造。基于燃料电池排气B包含相对高的份额的液体、尤其是水的情况,借此基本上完全排除在燃料电池排气设备10的区域中的腐蚀问题。
按照本发明的燃料电池排气设备联合了对于其运行或者说对于在车辆中的燃料电池系统的运行有利的或相关的功能。一方面通过消声器单元的消声功能确保,例如通过将工艺气体引导通过燃料电池的压缩器产生的噪声在燃料电池排气的流动路径上减小或几乎完全除去。另一方面存在可能性,将在燃料电池排气中一起引导的液体、亦即尤其是水的一部分从燃料电池排气中提取出,从而液体的提取的部分不作为液体蒸汽随着燃料电池排气排出到环境中,而是可以以液体的形式释放至环境或可以在需要时返回供给到燃料电池系统的工作周期中或其他系统中。通过将氢气释放至环境的持久存在的可能性避免尤其是在消声器单元的区域中产生临界的氢气浓度。尤其是也有助于该功能性的是,燃料电池排气可以基本上直线地穿流消声器单元。避免尤其是在消声器单元内部的引导燃料电池排气的管区段的强烈的折角部和由此引入的流换向。因为水或者水蒸汽和氢气可以在燃料电池系统的运行中从燃料电池排气中导出并且一旦需要例如返回供给到燃料电池工艺中,所以很大程度地避免以这样的材料对车辆环境的过量加载。
要指出,这样的燃料电池排气设备也可以在静止的燃料电池系统中或以及在例如在船或类似物中设置的燃料电池系统中使用。

Claims (16)

1.用于燃料电池系统的、尤其是在车辆中的燃料电池系统的燃料电池排气设备,所述燃料电池排气设备具有能由燃料电池排气(B)穿流的燃料电池排气导管(12)和包括能由燃料电池排气(B)穿流的冷凝器单元基体(90)的冷凝器单元(31)。
2.按照权利要求1所述的燃料电池排气设备,其特征在于,在冷凝器单元(31)下游设置液体分离单元(45)。
3.按照权利要求1或2所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述冷凝器单元基体(90)基本上完全由金属材料构造或/和具有至少一个能由燃料电池排气(B)穿流的并且在外侧上能由冷却介质(M)环流的冷凝器单元导管元件(92、94、96),所述冷凝器单元导管元件优选具有扁平的流动横截面。
4.按照权利要求3所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述冷凝器单元基体(90)具有多个彼此平行地能由燃料电池排气(B)穿流的冷凝器单元导管元件(92、94、96)。
5.按照权利要求3或4所述的燃料电池排气设备,其特征在于,在至少一个、优选每个冷凝器单元导管元件(92、94、96)的外侧上设置多个传热肋(98)。
6.按照权利要求1-5之一所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述冷凝器单元(31)具有与冷凝器单元基体(90)连接的用于将冷凝器单元(31)连接到燃料电池排气导管(12)上的上游的冷凝器单元连接元件(100),或/和所述冷凝器单元(31)具有与冷凝器单元基体(90)连接的用于将冷凝器单元(31)连接到燃料电池排气导管(12)上的下游的冷凝器单元连接元件(102)。
7.按照权利要求6所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述上游的冷凝器单元连接元件(100)以塑料材料构造,或/和所述下游的冷凝器单元连接元件(102)以塑料材料构造。
8.按照权利要求2或回引权利要求2的权利要求3-7之一所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述燃料电池排气导管(12)具有引导至液体分离单元(45)的上游的导管区段(16)和从液体分离单元(45)引导离开的下游的导管区段(24),并且所述冷凝器单元(31)设置在上游的导管区段(16)中。
9.按照权利要求2或回引权利要求2的权利要求3-8之一所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述液体分离单元(45)具有上游的分离导管部分(48)、下游的分离导管部分(50)和在所述下游的分离导管部分(50)到所述上游的分离导管部分(48)上的邻接区域中的开口区域(64)。
10.按照权利要求9所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述下游的分离导管部分(50)的上游的端部区段(62)嵌接到所述上游的分离导管部分(48)的下游的端部区段(60)中地定位,使得在下游的分离导管部分(50)的上游的端部区段(62)和上游的分离导管部分(48)的下游的端部区段(60)之间形成开口区域(64)的液体分离开口(66)。
11.按照权利要求9或10所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述开口区域(64)相对于液体收集室(70)敞开。
12.按照权利要求9-11之一所述的燃料电池排气设备,其特征在于,在所述开口区域(64)上游设置旋流产生单元(68)。
13.按照权利要求12所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述旋流产生单元(68)具有多个相对于流动中心轴线(S)沿周向相继的、关于排气主流动方向斜置的流动转向元件(69),或/和所述旋流产生单元(68)基本上完全以塑料材料构造。
14.按照权利要求8和权利要求11-13之一所述的燃料电池排气设备,其特征在于消声器单元(14),其中,所述消声器单元(14)具有:
-包括燃料电池排气入口区域(18)和燃料电池排气出口区域(22)的消声器壳体(20),其中,燃料电池排气导管(12)的上游的导管区段(16)连接到燃料电池排气入口区域(18)上并且燃料电池排气导管(12)的下游的导管区段(24)连接到燃料电池排气出口区域(22)上,
-在消声器壳体(30)中形成的至少一个消声器腔(36、38),
其中,所述至少一个消声器(36、38)通过消声器壳体(20)的壳体底部(72)与液体收集室(70)分开,其中,在所述壳体底部(72)中设置至少一个将至少一个消声器腔(36、38)与所述液体收集室(70)为了液体交换而连接的液体穿通孔(74、76),并且在所述消声器壳体(20)上设置至少一个用于将液体从所述至少一个液体收集室(70)中导出的液体导出开口(80)。
15.按照权利要求14所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述消声器单元(14)基本上完全以塑料材料构造。
16.按照权利要求1-15之一所述的燃料电池排气设备,其特征在于,所述燃料电池排气导管(12)基本上完全以塑料材料构造,或/和所述液体分离单元(45)基本上完全以塑料材料构造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004225595A (ja) * 2003-01-22 2004-08-12 Calsonic Kansei Corp 消音器
JP4983052B2 (ja) 2006-03-09 2012-07-25 株式会社豊田自動織機 産業車両
DE102016221566A1 (de) 2016-11-03 2018-05-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wasserabscheider zum Abscheiden von Wasser in einem Fahrzeug
KR102552498B1 (ko) * 2018-08-17 2023-07-06 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 물 재순환 장치 및 그를 포함하는 연료전지 시스템
CN110492146A (zh) * 2019-07-17 2019-11-22 武汉中极氢能产业创新中心有限公司 燃料电池排气排水装置
US11211619B2 (en) 2019-10-11 2021-12-28 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell architectures, aftertreatment systems, and control logic for exhaust water extraction

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