DE102006054056B4

DE102006054056B4 - Fuel cell device with a drainage device

Info

Publication number: DE102006054056B4
Application number: DE102006054056A
Authority: DE
Inventors: Walter STÜHLER; Ottmar Voitlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: DE102006054056A1

Abstract

Brennstoffzellenvorrichtung (2) mit einer Anzahl von Brennstoffzellen (8, 10) und einer Entwässerungseinrichtung (18) zum Entwässern der Brennstoffzellen (8, 10), die einen Wassersammelbehälter (20) zum Sammeln von Wasser (16) aus den Brennstoffzellen (8, 10) und ein Mittel (28) zum Erfassen eines Wasserstands im Wassersammelbehälter (20) aufweist, gekennzeichnet durch ein Verschlussmittel (34) zum Verschließen einer als Betriebsgasleitung ausgeführten Leitung (26) vom Wassersammelbehälter (20) zu den Brennstoffzellen (8, 10) in Abhängigkeit vom Wasserstand im Wassersammelbehälter (20).A fuel cell device (2) having a number of fuel cells (8, 10) and a dewatering device (18) for dewatering the fuel cells (8, 10) comprising a water collection container (20) for collecting water (16) from the fuel cells (8, 10 ) and a means (28) for detecting a water level in the water collection container (20), characterized by a closure means (34) for closing a running as operating gas line line (26) from the water collection container (20) to the fuel cells (8, 10) in dependence from the water level in the water collection tank (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Anzahl von Brennstoffzellen und einer Entwässerungseinrichtung zum Entwässern der Brennstoffzellen, die einen Wassersammelbehälter zum Sammeln von Wasser aus den Brennstoffzellen und ein Mittel zum Erfassen eines Wasserstands im Wassersammelbehälter aufweist.The The invention relates to a fuel cell device having a number of Fuel cells and a drainage device for dewatering the fuel cell, which is a water collection container for collecting water from the fuel cells and a means for detecting a water level in the water storage tank having.

In einer Brennstoffzelle wird durch die Zusammenführung von Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) in einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie und Wärme erzeugt. Hierfür wird der Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff entweder in reinen Form oder als Brenngas mit einem Wasserstoffanteil und als Luft zugeführt. Der Wasserstoff wird in einen Anodengasraum geleitet, wo er an einer Anode entlang streicht, aufgrund ihrer porösen Struktur durch sie hindurch dringen und an einen darunter liegenden Elektrolyten gelangen kann. Der Sauerstoff wird in einen Kathodengasraum geleitet, streicht dort an einer Kathode entlang und gelangt durch die poröse Struktur der Kathode ebenfalls an den unter der Kathode liegenden Elektrolyten, jedoch auf der dem Wasserstoff entgegengesetzten Seite des Elektrolyten.In a fuel cell, the combination of hydrogen (H ₂ ) and oxygen (O ₂ ) generates electrical energy and heat in an electrochemical reaction. For this purpose, the fuel cell is supplied with hydrogen and oxygen either in pure form or as fuel gas with a hydrogen content and as air. The hydrogen is passed into an anode gas space where it sweeps along an anode, penetrate through it due to its porous structure and can reach an underlying electrolyte. The oxygen is conducted into a cathode gas space, passes along a cathode there and passes through the porous structure of the cathode also to the underlying electrode under the cathode, but on the side opposite to the hydrogen of the electrolyte.

Je nach Art des Elektrolyten kann nun Sauerstoff oder Wasserstoff den Elektrolyten durchdringen. Handelt es sich beispielsweise bei der Brennstoffzelle um eine PEM-Brennstoffzelle, wobei PEM die Abkürzung für Polymer-Elektrolyt-Membran oder Proton Exchange Membrane ist, so kann der Wasserstoff durch den Elektrolyten hindurchdringen. Er reagiert mit dem Sauerstoff an der Kathode zu Wasser (H₂O), wobei elektrische Energie und Wärme frei werden.Depending on the type of electrolyte, oxygen or hydrogen can now penetrate the electrolyte. For example, if the fuel cell is a PEM fuel cell, where PEM is the abbreviation for polymer electrolyte membrane or proton exchange membrane, then the hydrogen can pass through the electrolyte. It reacts with the oxygen at the cathode to form water (H ₂ O), releasing electrical energy and heat.

Dieses im Kathodengasraum entstehende Wasser wird mit dem Gasstrom aus der Brennstoffzelle ausgetragen und in einem Wasserabscheider vom Gasstrom getrennt. Reicht der Gasstrom durch die Brennstoffzelle nicht aus, um das Wasser auszutragen, reichert sich das Wasser im Kathodengasraum der Brennstoffzelle an und flutet diese im Laufe der Zeit. Ähnliches gilt auch für den Anodengasraum der Brennstoffzellen, in denen sich Befeuchtungswasser anreichert, das dem Wasserstoff zu dessen Befeuchtung vor Eintritt in die Brennstoffzellen beigefügt wird.This Water produced in the cathode gas space becomes out with the gas flow the fuel cell discharged and in a water separator from Gas stream separated. Is enough gas flow through the fuel cell not enough to discharge the water, the water accumulates in the water Kathodengasraum the fuel cell and flooding it in the course of Time. something similar applies to the anode gas space of the fuel cells, in which dampening water which enriches the hydrogen for its humidification before entry attached to the fuel cells becomes.

Wasser in PEM-Brennstoffzellen führt zum einen zu einer unmittelbaren Blockade der katalytisch aktiven Zellbereiche und zum anderen langfristig zu einer dauerhaften Schädigung der Elektrodenstruktur durch deren Zunahme der Hydrophilität. Bei kaskadiert aufgebauten Brennstoffzellenanlagen muss deshalb das gebildete Produktwasser bzw. die nach der katalytischen Reaktion zurückbleibende Feuchte im Gas zwischen den einzelnen Kaskadenstufen in Wasserabscheidern vom Gasstrom getrennt werden, um die Zellen vor zu viel Wasser zu schützen.water leads in PEM fuel cells on the one hand to an immediate blockage of the catalytically active Cell areas and on the other long term to a permanent damage to the Electrode structure by their increase in hydrophilicity. When cascaded constructed fuel cell systems must therefore the product water formed or the moisture remaining in the gas after the catalytic reaction between the individual cascade stages in water separators from the gas stream be separated to protect the cells from too much water.

Aus der EP 0 596 366 B1 und der DE 199 45 323 A1 ist bekannt, Wasser aus den Brennstoffzellen durch eine Entwässerungsleitung einem Wasserabscheider zuzuleiten. Das angesammelte Wasser wird aus dem Wasserabscheider dadurch entfernt, dass ein Magnetventil über einen Niveausensor angesteuert wird und das Wasser aufgrund der Schwerkraft durch das geöffnete Magnetventil abläuft oder durch den in der Brennstoffzelle herrschenden Überdruck aus dem Wasserabscheider herausgedrückt wird.From the EP 0 596 366 B1 and the DE 199 45 323 A1 It is known to feed water from the fuel cells through a drainage line to a water separator. The accumulated water is removed from the water by a solenoid valve is controlled via a level sensor and the water expires due to gravity through the open solenoid valve or is pushed out by the pressure prevailing in the fuel cell pressure from the water.

Kommt es zu einem Ausfall des Niveausensors in der Form, dass dieser ein dauerhaftes O-Signal liefert, so läuft der Wasserabscheider über und das Wasser aus dem Wasserabscheider staut zurück oder läuft über in weitere Brennstoffzellen, die somit geflutet und dadurch beschädigt werden. Im Extremfall kann es sogar zu einem Wasserstoff- oder Sauerstoffpumpen kommen mit der Folge einer thermischen Reaktion. Zu einer Beeinflussung der überwachten Zellspannung und daraus resultierend zu einer Alarmabschaltung kommt es bei niedrigen Strömen in einem solchen Fall nicht.comes it to a failure of the level sensor in the form that this one provides a permanent O signal, the water separator overflows and Water from the water separator backs up or overflows into further fuel cells, which are flooded and thus damaged. In extreme cases it can even come to a hydrogen or oxygen pumping with the consequence of a thermal reaction. To an influence the supervised Cell voltage and resulting in an alarm shutdown comes it at low currents not in such a case.

Aus der DE 11 2004 000 413 T5 und der DE 10 2005 030 908 A1 ist ein Wasserabscheider für eine Brennstoffzellenanlage bekannt, bei dem die Entwässerung mechanisch direkt über einen Schwimmer gesteuert wird.From the DE 11 2004 000 413 T5 and the DE 10 2005 030 908 A1 a water separator for a fuel cell system is known in which the drainage is mechanically controlled directly by a float.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzellenvorrichtung anzugeben, bei der die Brennstoffzellen bei einem Ausfalle eines Niveausensors in einem Wassersammelbehälter von einer Schädigung geschützt sind.It The object of the present invention is a fuel cell device indicate that the fuel cells in case of failure of a level sensor in a water collection container from injury protected are.

Diese Aufgabe wird durch eine Brennstoffzellenvorrichtung der Eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß ein Verschlussmittel zum Verschließen einer als Betriebsgasleitung ausgeführten Leitung vom Wassersammelbehälter zu den Brennstoffzellen in Abhängigkeit vom Wasserstand im Wassersammelbehälter aufweist. Ein unerwünschtes Austreten von Wasser aus dem Wassersammelbehälter durch die Leitung und Eintreten des Wassers in die Brennstoffzellen kann vermieden und die Brennstoffzellen können vor einer Überflutung geschützt werden.These Task is by a fuel cell device of the input solved type, the According to the invention, a closure means to close a running as operating gas line line from the water tank to the fuel cells in dependence having the water level in the water collection container. An unwanted leakage of water from the water collection tank through the pipe and Entry of water into the fuel cells can be avoided and the fuel cells can from flooding to be protected.

Das Mittel zum Erfassen des Wasserstands im Wassersammelbehälter kann hierbei zum regulären Entleeren des Wassersammelbehälters dienen, wobei das Mittel bei einem vorbestimmten Wasserstand aktiviert wird und ein Entleeren des Wassersammelbehälters veranlasst. Ist dieses Mittel derart defekt, dass es keine Entleerung veranlasst, oder ist beispielsweise eine Wasserablaufleitung verstopft, so dass das Wasser trotz geöffnetem Entleerungsventil nicht abläuft, so steigt der Wasserstand in unerwünschter Weise weiter an. Erreicht der Wasserstand einen vorbestimmten Schließwasserstands, so veranlasst das Verschlussmittel, dass die Leitung zu den Brennstoffzellen verschlossen wird. Es kann auf diese Weise eine Überlaufsicherung geschaffen werden, die dann aktiviert wird, wenn eine reguläre Entwässerung unerwünscht unterbleibt.The means for detecting the water level in the water collection container may serve for the regular emptying of the water collection container, wherein the agent is activated at a predetermined water level and emptying the water collection container causes. If this agent is so defective that it does not cause emptying, or if, for example, a water drain line is blocked, so that the water does not drain despite the drain valve being open, the water level undesirably increases further. When the water level reaches a predetermined closing water level, the closure means causes the line to the fuel cells to be closed. It can be created in this way an overflow protection, which is activated when a regular drainage is undesirable.

Das Wasser kann Produktwasser sein, beispielsweise bei PEM-Brennstoffzellen aus dem Kathodengasraum, oder Befeuchtungswasser von Brenngas, das beispielsweise bei PEM-Brennstoffzellen aus dem Anodengasraum in den Wassersammelbehälter abgeschieden wurde.The Water can be product water, for example in PEM fuel cells from the cathode gas space, or dampening water from fuel gas, the for example, in PEM fuel cells from the anode gas space in the water collection tank was separated.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verschlussmittel ein Mittel zum Unterbrechen eines Betriebs der Brennstoffzellen. Da der Mangel einer defekten Entwässerung durch das Verschließen der Leitung zwischen dem Wassersammelbehälter und den Brennstoffzellen nicht behoben wird, wird ein fortgesetzter Betrieb der Brennstoffzellen über kurz oder lang eine Überflutung der Brennstoffzellen zur Folge haben, da diese nicht mehr entwässert werden. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Betrieb der Brennstoffzellen bei einer verschlossenen Leitung zwischen dem Wassersammelbehälter und den Brennstoffzellen gestoppt wird. Durch eine Ausgestaltung des Verschlussmittels als ein Mittel zum Unterbrechen des Betriebs der Brennstoffzellen kann ein zusätzliches Mittel zum Unterbrechen eingespart werden und es kann ein Datentransport vom Verschlussmittel zu einem zusätzlichen Mittel zum Unterbrechen entfallen.In an advantageous embodiment of the invention is the closure means a means for interrupting operation of the fuel cells. Since the lack of a defective drainage by closing the Line between the water collection tank and the fuel cells is not resolved, a continued operation of the fuel cell over short or long a flooding Fuel cells result in the result that they are no longer dehydrated. To avoid this, it is advantageous if the operation of the fuel cell in a sealed line between the water tank and the fuel cell is stopped. By an embodiment of the Closure means as a means for interrupting the operation of Fuel cells can be an additional Means of interruption can be saved and it can be a data transport from the closure means to an additional means for interrupting omitted.

Vorteilhafterweise ist ein Verschließen der Leitung zwischen dem Wassersammelbehälter und den Brennstoffzellen ein Unterbrechen des Betriebs der Brennstoffzellen, wodurch zwei Prozesse mit einem Vorgang durchgeführt werden können.advantageously, is a closure the line between the water tank and the fuel cell interrupting the operation of the fuel cells, causing two Processes can be performed with one operation.

Ein Betrieb der Brennstoffzellen kann mechanisch einfach und betriebssicher unterbrochen werden, wenn die Leitung, die vom Verschlussmittel verschlossen wird, eine Ausströmleitung zum Ausströmen von Betriebsgas aus dem Wassersammelbehälter ist. So kann eine Sauerstoffzufuhr oder eine Brenngaszufuhr zu den Brennstoffzellen unterbrochen werden, wodurch der Betrieb der Brennstoffzellen gefahrlos entweder zum Erliegen kommt, oder die Zellspannung der Brennstoffzellen absinkt. Dies kann durch eine Überwachung erkannt und es kann ein Zellspannungsalarm ausgelöst werden, durch den ein Beenden des Betriebs der Brennstoffzellen veranlasst wird.One Operation of the fuel cell can be mechanically simple and reliable be interrupted when the line closed by the closure means becomes, an outflow line to emanate of operating gas from the water collecting tank is. So can an oxygen supply or a fuel gas supply to the fuel cells are interrupted, whereby the operation of the fuel cell safely either for Loss comes, or the cell voltage of the fuel cell drops. This can be done by monitoring detected and a cell voltage alarm can be triggered, caused by stopping the operation of the fuel cells becomes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verschlussmittel ein mechanisches Mittel zum Erfassen eines Schließwasserstands auf. Es kann auf einen elektrischen Sensor oder generell auf eine Stromversorgung eines Sensors zum Erfassen eines Schließwasserstands verzichtet werden, wodurch eine hohe Sicherheit gegen Störungen erreicht werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil das mechanische Mittel in der Regel zum Einsatz kommt, wenn das üblicherweise zusätzlich vorhandene Mittel zum Erfassen des Wasserstands im Wassersammelbehälter ausgefallen ist. Da dieses Mittel in der Regel ein elektrisch betriebener Sensor ist, ist er abhängig von einer Stromversorgung. Eine Unabhängigkeit des mechanischen Mittels von der Stromversorgung kann daher eine hohe Sicherheit gegen eine Überflutung der Brennstoffzellen bieten.According to one preferred embodiment of Invention, the closure means a mechanical means for Detecting a closing water level on. It can be on an electrical sensor or generally on one Power supply of a sensor for detecting a closing water level be waived, which achieves a high level of security against interference can be. This is particularly advantageous because the mechanical Medium is usually used when the usually additionally available Means for detecting the water level in the water tank failed is. Because this means usually an electrically powered sensor is, he is dependent from a power supply. An independence of the mechanical means from the power supply can therefore be a high security against flooding provide the fuel cells.

Die Leitung vom Wassersammelbehälter zu den Brennstoffzellen kann an einer beliebigen Stelle verschlossen werden. Besonders einfach kann sie verschlossen werden, wenn der Wassersammelbehälter eine innere Öffnung aufweist und das Verschlussmittel ein Verschlusselement zum Verschließen dieser Öffnung umfasst. Die in die Öffnung mündende Leitung kann einfach z. B. durch ein Andrücken des Verschlusselements auf die Öffnung verschlossen werden.The Lead from the water collection tank to the fuel cells can be locked at any point become. Especially easy it can be closed when the water collection an inner opening and the closure means comprises a closure element for closing this opening. The in the opening opens Line can be easily z. B. by a pressing of the closure element on the opening be closed.

Ein separater Antrieb zu Verschließen der Leitung kann eingespart werden, wenn das Verschlussmittel ein Verschlusselement zum Verschließen der Leitung mittels Wasserdruck aufweist. Zusätzlich kann hierdurch eine hohe Betriebssicherheit erlangt werden, da kein separater Antrieb durch beispielsweise Verschmutzung oder dergleichen ausfallen kann. Der Wasserdruck kann ausgenutzt werden, indem die Schwerkraft des Wassers das Verschlusselement in Aktion versetzt, beispielsweise nach unten drückt. Besonders einfach und zuverlässig kann das Verschlusselement betätigt werden, wenn der Wasserdruck eine Auftriebskraft bewirkt, durch die das Verschlusselement aktiviert wird.One separate drive to close The line can be saved if the closure means a Closure element for closing having the line by means of water pressure. In addition, this can be a high operational reliability can be achieved because no separate drive may be due to pollution or the like. The water pressure can be exploited by the gravity of the Water put the closure element in action, for example pushes down. Especially easy and reliable the closure element can be actuated are, if the water pressure causes a buoyant force through the closure element is activated.

Zweckmäßigerweise umfasst das Verschlusselement einen Schwimmer, wodurch eine einfache Konstruktion des Verschlusselements erreichbar ist. Hierbei kann ein Vorgang des Verschließens von einem Schwimmer angetrieben sein.Conveniently, The closure element comprises a float, whereby a simple construction the closure element is accessible. This can be a process of closing be powered by a float.

Der Schwimmer kann im Wassersammelbehälter frei beweglich sein, wodurch auf Halte- oder Führungselemente verzichtet werden kann. Der Wassersammelbehälter ist hierfür zweckmäßigerweise so geformt, dass die zu verschließende Leitung in eine Öffnung im Wassersammelbehälter mündet, die an einer höchsten Stelle des Wassersammelbehälters ist, so dass der Schwimmer bei einem entsprechenden Wasserstand in die Öffnung gedrückt wird und diese somit verschließt.The float can be freely movable in the water tank, which can be dispensed holding or guiding elements. The water collection container is suitably shaped for this purpose so that the line to be closed opens into an opening in the water collection container, which is at a highest point of the water collection container, so that the float is pressed into the opening at a corresponding water level and thus closes them.

Eine Konstruktion des Wassersammelbehälters kann von einer wie oben beschriebenen Anforderung frei und daher einfacher gehalten sein, wenn der Wassersammelbehälter mit einem Schwimmerkäfig versehen ist, innerhalb dessen der Schwimmer beweglich ist. Der Schwimmerkäfig begrenzt die Bewegungsfreiheit des Schwimmers, wodurch die Öffnung nicht an der höchsten Stelle des Wassersammelbehälters angeordnet sein muss.A Construction of the water collection tank may be free of a requirement as described above and therefore be kept simpler when the water tank with provided a float cage is within which the float is movable. The float cage limited the freedom of movement of the float, whereby the opening is not at the highest Place of water collection tank must be arranged.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schwimmer an einem Führungsmittel translatorisch beweglich gehalten, wobei auf einen Käfig oder dergleichen verzichtet werden und der Schwimmer exakt geführt werden kann. Die translatorische Bewegung ist hierbei vorteilhafterweise auf eine eindimensionale Bewegung beschränkt.In a further advantageous embodiment of the float a guide held translationally movable, taking on a cage or The like can be dispensed with and the float can be guided exactly can. The translational movement is advantageous here limited to a one-dimensional movement.

Eine exakte Führung ist mechanisch besonders einfach und unanfällig gegen ein Verklemmen erreichbar, wenn der Schwimmer an einem Führungsmittel schwenkbar beweglich gehalten ist.A exact guidance is mechanically very simple and not susceptible to jamming, if the float is on a guide is pivotally movable.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:The Invention is based on embodiments explained in more detail, the are shown in the drawings. Show it:

1 eine Brennstoffzellenvorrichtung mit zwei Kaskadenstufen und einem dazwischen liegenden Wassersammelbehälter mit einem in einem Käfig gehaltenen Schwimmer als Verschlussmittel, 1 a fuel cell device with two cascade stages and an intermediate water collecting container with a float held in a cage as a closure means,

2 die Brennstoffzellenvorrichtung mit hohem Wasserstand und einer verschlossenen Ausströmleitung, 2 the high water-level fuel cell device and a sealed outflow line,

3 eine ähnliche Brennstoffzellenvorrichtung mit einem translatorisch gehaltenen Schwimmer und 3 a similar fuel cell device with a translator float and

4 eine weitere Brennstoffzellenvorrichtung mit einem schwenkbar gehaltenen Schwimmer. 4 another fuel cell device with a pivotally held float.

1 zeigt eine Brennstoffzellenvorrichtung 2 mit einer Anzahl von Kaskadenstufen 4, 6, von denen der Übersichtlichkeit halber nur zwei Kaskadenstufen 4, 6 dargestellt sind. Jede der Kaskadenstufen 4, 6 umfasst eine Anzahl von in Reihe geschalteten und schematisch dargestellten Brennstoffzellen 8, 10. Die Brennstoffzellen 8 werden über eine Gaszuleitung 12 mit einem Betriebsgas 14 versorgt, beispielsweise mit Sauerstoff oder Luft. Über eine zweite, nicht dargestellte Gaszuleitung werden die Brennstoffzellen 8 mit dem jeweils anderen Betriebsgas versorgt, in diesem Beispiel mit Wasserstoff oder einem anderen Brenngas. Die Brennstoffzellen 8, 10 sind PEM-Brennstoffzellen, in deren Kathodenraum sich im Laufe des Betriebs Wasser 16 in Form von Produktwasser ansammelt. 1 shows a fuel cell device 2 with a number of cascade stages 4 . 6 of which, for the sake of clarity, only two cascade stages 4 . 6 are shown. Each of the cascade stages 4 . 6 comprises a number of series-connected and schematically illustrated fuel cells 8th . 10 , The fuel cells 8th be via a gas supply line 12 with a working gas 14 supplied, for example, with oxygen or air. About a second, not shown gas supply line, the fuel cells 8th supplied with the other operating gas, in this example, with hydrogen or other fuel gas. The fuel cells 8th . 10 are PEM fuel cells, in the cathode compartment in the course of operation water 16 in the form of product water accumulates.

Zur Entwässerung der Brennstoffzellen 8 umfasst die Brennstoffzellenvorrichtung 2 eine Entwässerungseinrichtung 18 mit einem Wassersammelbehälter 20. In diesen wird das Produktwasser – eine analoge Betrachtung ist auch für das sich im Anodenraum ansammelnde Befeuchtungswasser möglich – durch einen Überdruck 22 innerhalb der Brennstoffzellen 8 gegenüber dem Druck im Wassersammelbehälter 20 und den Brennstoffzellen 10 durch das Sauerstoffhaltige Betriebsgas 14 über eine Leitung 24 eingeblasen. Ebenso ist es möglich, das Wasser 14 mit Hilfe der Schwerkraft in den Wassersammelbehälter 20 laufen zu lassen.For dewatering the fuel cells 8th includes the fuel cell device 2 a drainage device 18 with a water collection tank 20 , In these, the product water - an analogous view is also possible for the dampening water accumulating in the anode compartment - by an overpressure 22 within the fuel cells 8th against the pressure in the water collection tank 20 and the fuel cells 10 by the oxygen-containing operating gas 14 over a line 24 blown. It is also possible to use the water 14 by gravity into the water storage tank 20 to run.

Zusammen mit dem Wasser 16 strömt auch das Betriebsgas 14 in den Wassersammelbehälter 20, durchströmt diesen und strömt durch eine Leitung 26 in die nachfolgende Kaskadenstufe 6, um dort den Betrieb der Brennstoffzellen 10 zu ermöglichen.Together with the water 16 also flows the operating gas 14 in the water storage tank 20 flows through it and flows through a pipe 26 in the following cascade stage 6 There, the operation of the fuel cell 10 to enable.

Im Laufe des Betriebs reichert sich das Wasser 16 im Wassersammelbehälter 20 an und der Wasserstand im Wassersammelbe hälter 20 steigt. Erreicht der Wasserstand ein Mittel 28 zum Erfassen eines Wasserstands im Wassersammelbehälter 20, beispielsweise einen Wassersensor mit einem digitalen Ausgang, so ändert dieser sein Ausgangssignal von 0 auf 1. Dieses Signal wird von einer Steuereinheit 30 erfasst, die ein Ventil 32 ansteuert, das hierauf öffnet und den Wassersammelbehälter 20 entleert. Hierdurch fällt der Wasserstand unter den Wassersensor, der sein Signal wieder auf 0 ändert, wodurch die Steuereinheit 30 – ggf. nach einer Verzögerungszeit zum vollständigen Entleeren des Wassersammelbehälters 20 – das Ventil 32 wieder schließt.During the operation, the water accumulates 16 in the water storage tank 20 and the water level in the water tank container 20 increases. If the water level reaches a mean 28 for detecting a water level in the water collecting tank 20 For example, a water sensor with a digital output, this changes its output from 0 to 1. This signal is from a control unit 30 captured a valve 32 which opens and the water collection tank 20 emptied. As a result, the water level falls below the water sensor, which changes its signal back to 0, causing the control unit 30 - If necessary after a delay time to completely empty the water collection tank 20 - the valve 32 closes again.

Sendet der Wassersensor durch einen Defekt nur noch das Signal 0, so wird von der Steuereinheit 30 keine Entleerung des Wassersammelbehälters 20 veranlasst. Der Wasserstand würde im Wassersammelbehälter 20 so lange ansteigen, bis dieser überläuft. Bedingt durch den Gasstrom des Betriebsgases 14 von den Brennstoffzellen 8 zu den Brennstoffzellen 10 würde das Wasser 14 durch die Leitung 26 in die Brennstoffzellen 10 laufen und diese fluten.Sends the water sensor by a defect only the signal 0, so is the control unit 30 no emptying of the water collection tank 20 causes. The water level would be in the water collection tank 20 increase until it overflows. Due to the gas flow of the operating gas 14 from the fuel cells 8th to the fuel cells 10 would the water 14 through the pipe 26 into the fuel cells 10 run and these flood.

Um dies zu vermeiden, umfasst die Entwässerungseinrichtung 18 eine Überlaufsicherung mit einem Verschlussmittel 34 zum Verschließen der Leitung 26 vom Wassersammelbehälter 20 zu den Brennstoffzellen 10. Das Verschlussmittel 34 umfasst einen Schwimmerkäfig 36, in dem ein Schwimmer 38 eingeschlossen ist. Innerhalb des Schwimmerkäfigs 36 ist eine innere Öffnung 40 des Wassersammelbehälters 20 angeordnet, durch den die Leitung 26 in den Wassersammelbehälter 20 mündet. Um diese Öffnung 40 befindet ein Dichtungsmittel 42, das zum Abdichten der Öffnung 40 durch ein Anliegen des Schwimmers 38 an das Dichtungsmittel 42 vorgesehen ist.To avoid this, the drainage device includes 18 an overflow protection with a closure means 34 to close the pipe 26 from the water storage tank 20 to the fuel cells 10 , The closure means 34 includes a float cage 36 in which a swimmer 38 is included. Inside the float cage 36 is an inner opening 40 of the water collection tank 20 arranged through which the line 26 in the water storage tank 20 empties. Around this opening 40 is a sealant 42 That is to seal the opening 40 by a concern of the float 38 to the sealant 42 is provided.

Steigt der Wasserstand durch einen Fehler des Wassersensors bis auf einen Schließwasserstand an, wie in 2 dargestellt, so steigt der Schwimmer 38 hoch, legt sich an das Dichtungsmittel 42 an und drückt durch den Wasserdruck von unten an den Schwimmer 38 bzw. durch dessen Auftriebskraft gegen das Dichtungsmittel 42 und dichtet somit die Öffnung 40 ab. Hierdurch wird ein Einströmen des Betriebsgases 14 in die zweite Kaskade 6 verhindert, deren Brennstoffzellen 10 nicht mehr mit dem Betriebsgas 14 versorgt werden und daher eine sinkende Zellspannung liefern. Durch ein nicht dargestelltes Mittel zum Erkennen der Zellspannung wird ein Zellspannungsalarm ausgelöst, in dessen Folge die Steuereinheit 30 die Brennstoffzellen 8, 10 abschaltet.If the water level rises due to a fault in the water sensor to a closing water level, as in 2 shown, the float rises 38 high, attaches itself to the sealant 42 and pressed by the water pressure from below to the float 38 or by its buoyancy against the sealant 42 and thus seals the opening 40 from. As a result, an inflow of the operating gas 14 in the second cascade 6 prevents their fuel cells 10 no longer with the operating gas 14 be supplied and therefore provide a decreasing cell voltage. By means not shown means for detecting the cell voltage, a cell voltage alarm is triggered, as a result, the control unit 30 the fuel cells 8th . 10 off.

Auf diese Weise wird die Öffnung 40 in Abhängigkeit vom Wasserstand im Wassersammelbehälter 20 durch den Schwimmer 38 verschlossen, der hierdurch sowohl als mechanisches Mittel zum Erfassen eines Schließwasserstands als auch als mechanisches Mittel zum Unterbrechen des Betriebs der Brennstoffzellen 8, 10 dient.That way, the opening becomes 40 depending on the water level in the water collection tank 20 by the swimmer 38 thereby closing both as a mechanical means for detecting a closing water level and as a mechanical means for interrupting the operation of the fuel cells 8th . 10 serves.

In den 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, wobei sich die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 beschränkt, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.In the 3 and 4 Further embodiments are shown, wherein the following description is based essentially on the differences from the embodiment in the 1 and 2 limited, referred to with regard to consistent features and functions. Substantially identical components are basically numbered with the same reference numerals.

Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Verschlussmittel 34 einen zylindrischen Schwimmer 44 auf, der an einem als Stange ausgebildeten Führungsmittel 46 eindimensional vertikal translatorisch beweglich ist. Das Führungsmittel 46 verläuft durch den Schwimmer 44 und ist unten mit einem Haltemittel 48 zum Halten des Schwimmers 44 bei niedrigem Wasserstand versehen. Zum Abdichten der Öffnung 40 weist das Verschlussmittel 34 ein ringförmiges Dichtungsmittel 50 aus Gummi auf. Wie in 3 dargestellt, verschließt der Schwimmer 44 die Öffnung 40 bei einem hohen, durch den Schwimmer 44 erfassten Wasserstand.At the in 3 embodiment shown has the closure means 34 a cylindrical float 44 on, on a trained as a rod guide means 46 one-dimensional vertically translationally movable. The guide 46 passes through the float 44 and is down with a holding means 48 for holding the float 44 provided at low water level. To seal the opening 40 has the closure means 34 an annular sealant 50 made of rubber. As in 3 shown, the float closes 44 the opening 40 at a high, by the swimmer 44 recorded water level.

4 zeigt ein im Wassersammelbehälter 20 eingeschlossenes Verschlussmittel 34 mit einem kugelförmigen Schwimmer 38 an einem Führungsmittel 52, das eine Schwenkbewegung des Schwimmers 38 nach oben gegen ein Dichtungsmittel 42 erlaubt. Das Führungsmittel 52 ist in einem Drehgelenk 54 schwenkbar gelagert, an dem ein Anschlag 56 angeordnet ist zum Halten des Schwimmers 38 bei niedrigem Wasserstand. Das Verschließen der Öffnung 40 wird wie zu 2 beschrieben erreicht. 4 shows a in the water tank 20 enclosed closure means 34 with a spherical float 38 on a guide 52 that is a pivoting movement of the float 38 up against a sealant 42 allowed. The guide 52 is in a hinge 54 pivotally mounted on which a stop 56 is arranged to hold the float 38 at low water level. Closing the opening 40 will be like too 2 described reached.

Claims

Fuel cell device ( 2 ) with a number of fuel cells ( 8th . 10 ) and a drainage device ( 18 ) for dewatering the fuel cells ( 8th . 10 ) containing a water collection container ( 20 ) for collecting water ( 16 ) from the fuel cells ( 8th . 10 ) and a means ( 28 ) for detecting a water level in the water collecting container ( 20 ), characterized by a closure means ( 34 ) for closing a line designed as an operating gas line ( 26 ) from the water collection container ( 20 ) to the fuel cells ( 8th . 10 ) depending on the water level in the water collection tank ( 20 ).

Fuel cell device ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the closure means ( 34 ) means for interrupting operation of the fuel cells ( 8th . 10 ).

Fuel cell device ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the line ( 26 ) an outflow line for the outflow of operating gas ( 14 ) from the water collection container ( 20 ).

Fuel cell device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the closure means ( 34 ) has a mechanical means for detecting a closing water level.

Fuel cell device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the water collecting container ( 20 ) an inner opening ( 40 ) and the closure means ( 34 ) a closure element for closing this opening ( 34 ).

Fuel cell device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the closure means ( 34 ) a closure element for closing the line ( 26 ) by means of water pressure.

Fuel cell device ( 2 ) according to claim 6, characterized in that the closure element comprises a float ( 38 . 44 ) having.

Fuel cell device ( 2 ) according to claim 7, characterized in that the float in the water collection container ( 20 ) is freely movable.

Fuel cell device ( 2 ) according to claim 7, characterized in that the water collecting container ( 20 ) with a float cage ( 36 ) within which the float ( 38 ) be is movable.

Fuel cell device ( 2 ) according to claim 7, characterized in that the float ( 44 ) on a guide means ( 46 ) is held translationally movable.

Fuel cell device ( 2 ) according to claim 7, characterized in that the float ( 38 ) on a guide means ( 52 ) is held pivotally movable.