DE102011109436A1

DE102011109436A1 - Fuel cell system for use in vehicle to partially generate electrical driving power, has pipe elements for feeding and/or discharging starting materials for fuel cell, where pipe elements are made of electrically conductive plastic

Info

Publication number: DE102011109436A1
Application number: DE102011109436A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Hans-Frieder (FH) Walz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2013-02-07

Abstract

The system (4) has pipe elements (6, 7) for feeding and/or discharging starting materials and/or products for a fuel cell i.e. polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell, where the pipe elements are made of plastic e.g. electrically conductive plastic such as polymer or electrically conductive additive. The pipe elements are indirectly and electrically connected with mass of the fuel cell. A mixture of substances is passed through the pipe elements, where the mixture includes oxygen and hydrogen. The pipe elements are designed as a part of a vent pipe. The additive is formed based on carbon and based on metal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle und mit Leitungselementen zum Zu- und/oder Abführen von Edukten und/oder Produkten für die nach der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a fuel cell system with at least one fuel cell and with line elements for supplying and / or discharging educts and / or products for the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Typischerweise verwenden sie Brennstoffzellen, beispielsweise PEM-Brennstoffzellen oder andere Niedertemperatur-Brennstoffzellen, welche aus zugeführten Edukten in Form von Sauerstoff beziehungsweise Luftsauerstoff und Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas elektrische Leistung bereitstellen. Abgase werden aus der Brennstoffzelle wieder abgeführt und enthalten typischerweise Restsauerstoff und Restwasserstoff. Häufig werden diese Abgase miteinander vermischt und einer nachfolgenden Verbrennung oder katalytischen Umsetzung zugeführt, um Wasserstoffemissionen an die Umgebung zu verhindern. Insbesondere im Bereich der Ableitung der Produkte von der Brennstoffzelle werden üblicherweise metallische Leitungselemente eingesetzt, welche den Vorteil bieten, dass diese mit der Masse des Brennstoffzellensystems zumindest mittelbar verbunden werden können und so einer statischen Aufladung mit einer eventuellen Funkenbildung im Bereich des Gemischs mit Restwasserstoff und Restsauerstoff entgegenwirken. Da im Bereich der Brennstoffzelle außerdem sehr reines Wasser als eines der Produkte anfällt, sind an diese Leitungselemente besondere Anforderungen zu richten, da diese aufgrund des reinen Wassers sehr leicht korrodieren können. Typischerweise werden bei den aus dem Stand der Technik bekannten Brennstoffzellensystemen daher schwere und teure Leitungselemente aus metallischen Werkstoffen, häufig aus sehr korrosionsbeständigen Werkstoffen wie beispielsweise Edelstahl, eingesetzt. Dies macht den Aufbau entsprechend schwer und teuer.Fuel cell systems are known from the general state of the art. Typically, they use fuel cells, for example PEM fuel cells or other low-temperature fuel cells, which provide electrical power from supplied educts in the form of oxygen or atmospheric oxygen and hydrogen or a hydrogen-containing gas. Exhaust gases are removed from the fuel cell again and typically contain residual oxygen and residual hydrogen. Often, these exhaust gases are mixed together and fed to subsequent combustion or catalytic conversion to prevent hydrogen emissions to the environment. In particular, in the field of derivation of the products of the fuel cell usually metallic line elements are used which offer the advantage that they can be connected to the mass of the fuel cell system at least indirectly and so a static charge with a possible sparking in the region of the mixture with residual hydrogen and residual oxygen counteract. Since in the field of fuel cell also very pure water is obtained as one of the products, special requirements are to be addressed to these line elements, as they can easily corrode due to the pure water. Typically, in the known from the prior art fuel cell systems therefore heavy and expensive conduit elements made of metallic materials, often made of very corrosion resistant materials such as stainless steel used. This makes the structure accordingly heavy and expensive.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 34 556 A1 ist eine Abgasanlage für einen Motor oder auch eine Brennstoffzelle bekannt, welche die Problematik der teuren und schweren Leitungselemente dadurch umgeht, dass Leitungselemente aus Kunststoff eingesetzt werden. Dies ist insbesondere bei den Temperaturen der Abgase eines Brennstoffzellensystems vergleichsweise einfach möglich, birgt dann jedoch die Gefahr einer Funkenbildung aufgrund der elektrostatischen Aufladung, welche beim Vorliegen eines Gemischs aus Restwasserstoff und Restsauerstoff eine potentielle Gefahr darstellt.From the German patent application DE 100 34 556 A1 an exhaust system for a motor or a fuel cell is known, which circumvents the problem of expensive and heavy pipe elements in that plastic pipe elements are used. This is relatively easy, especially at the temperatures of the exhaust gases of a fuel cell system, but then carries the risk of sparking due to the electrostatic charge, which represents a potential danger in the presence of a mixture of residual hydrogen and residual oxygen.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diese Problematik zu umgehen und ein einfaches, kostengünstiges und leichtes Brennstoffzellensystem anzubieten, welches sämtliche oben genannten Nachteile vermeidet.The object of the present invention is now to circumvent this problem and to offer a simple, inexpensive and lightweight fuel cell system, which avoids all the above-mentioned disadvantages.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems sowie eine besonders bevorzugte Verwendung desselben ergeben sich aus den restlichen Ansprüchen.This object is achieved by a fuel cell system having the features in the characterizing part of patent claim 1. Further advantageous embodiments of the fuel cell system according to the invention and a particularly preferred use of the same result from the remaining claims.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht es vor, dass Leitungselemente aus Kunststoff eingesetzt werden, um einfach, kostengünstig und leicht Leitungselemente bereitstellen zu können, welche sehr beständig gegenüber Korrosion ausgebildet werden können. Der für die entsprechenden Leitungselemente aus Kunststoff eingesetzte Kunststoff ist dabei gemäß der Erfindung als elektrisch leitfähiger Kunststoff ausgebildet. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Kunststoffs kann eine elektrostatische Aufladung im Bereich der durch das Leitungselement strömenden Gase weitgehend vermieden werden, sodass das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem nicht nur leicht, kostengünstig und gegen Korrosion sehr gut beständig, sondern außerdem auch sehr sicher ist.The solution according to the invention provides that plastic line elements are used in order to be able to provide simple, cost-effective and easy line elements which can be made very resistant to corrosion. The plastic used for the corresponding line elements made of plastic is formed according to the invention as an electrically conductive plastic. Due to the electrical conductivity of the plastic, an electrostatic charge in the region of the gas flowing through the conduit element can be largely avoided, so that the fuel cell system according to the invention is not only easy, inexpensive and very resistant to corrosion, but also very safe.

Der Kunststoff kann dabei wenigstens ein elektrisch leitfähiges Polymer aufweisen, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Ergänzend oder alternativ hierzu ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Kunststoff wenigstens ein elektrisch leitfähiges Additiv aufweist. Solche elektrisch leitfähigen Additive können beispielsweise auf der Basis von Metallen und/oder Kohlenstoff beispielsweise in Form von Aluminiumflocken, Metallspänen, Russ oder Graphit ausgebildet sein. Diese werden einem ansonsten nicht elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial zugeführt und ergeben so eine Kunststoffmatrix mit einer elektrischen Leitfähigkeit aufgrund der eingelagerten Additive. Beide Ansätze ermöglichen den Einsatz von Polymeren beziehungsweise einer Kunststoffmatrix welche gegenüber den im Bereich der Leitungselemente auftretenden Stoffen chemisch sehr beständig ausgebildet werden kann, sodass Korrosion sicher und zuverlässig vermieden werden kann. Da die Additive, insbesondere die besonders bevorzugten Additive auf Basis von Kohlenstoff sehr leicht sind, lässt sich dennoch ein sehr leichtes und widerstandsfähiges elektrisch leitfähiges Leitungselement realisieren, welches ein sehr leichtes Brennstoffzellensystem ermöglicht.The plastic may have at least one electrically conductive polymer in order to achieve sufficient electrical conductivity. Additionally or alternatively, it is of course also possible that the plastic has at least one electrically conductive additive. Such electrically conductive additives may be formed for example on the basis of metals and / or carbon, for example in the form of aluminum flakes, metal shavings, soot or graphite. These are supplied to an otherwise non-electrically conductive plastic material and thus give a plastic matrix with an electrical conductivity due to the stored additives. Both approaches allow the use of polymers or a plastic matrix which can be made chemically resistant to the substances occurring in the region of the line elements, so that corrosion can be safely and reliably avoided. Since the additives, in particular the particularly preferred additives based on carbon, are very light, it is still possible to realize a very light and resistant electrically conductive line element which makes possible a very light fuel cell system.

Die Leitungselemente aus dem elektrisch leitfähigen Kunststoff können dabei prinzipiell überall in dem Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Sie sind insbesondere an den Stellen von besonderem Vorteil, an denen ein Gemisch aus Sauerstoff und Wasserstoff strömt, beispielsweise im Bereich der Abluftleitungen, in denen häufig Restsauerstoff mit Restwasserstoff, welcher aus dem Brennstoffzellensystem abströmt beziehungsweise bei einer Kreislaufführung (Anodenloop) des Wasserstoffs um eine Anode der Brennstoffzelle aus diesem Kreislauf von Zeit zu Zeit abgelassen wird, vermischt vorliegtThe line elements of the electrically conductive plastic can be used in principle anywhere in the fuel cell system. They are particularly advantageous in those places where a mixture of oxygen and Hydrogen flows, for example, in the area of the exhaust air lines, in which residual oxygen is often mixed with residual hydrogen which flows out of the fuel cell system or is discharged from this cycle from time to time when the hydrogen is circulated through an anode of the fuel cell

Wie bereits erwähnt, lässt sich das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem aufgrund des wenigstens einen Leitungselements aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff sehr leicht aufbauen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Brennstoffzellensystem in mobilen Anlagen eingesetzt wird, da hier ein sehr leichtes System eine sehr hohe Energieeffizienz und einen besseren Wirkungsgrad verspricht. Die besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems liegt daher in einem Fahrzeug, zum zumindest teilweisen Erzeugen von elektrischer Antriebsenergie.As already mentioned, the fuel cell system according to the invention can be constructed very easily on account of the at least one line element made of an electrically conductive plastic. This is particularly advantageous when the fuel cell system is used in mobile systems, since a very light system promises very high energy efficiency and better efficiency. The particularly preferred application of the fuel cell system according to the invention is therefore in a vehicle for the at least partial generation of electrical drive energy.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Fahrzeug dabei jede beliebige Art eines Fahrzeugs oder Transportmittels zu verstehen. Es kann sich sowohl um gleislose als auch um gleisgebundene Fahrzeuge, mit oder ohne Fahrer handeln. Selbstverständlich kann auch ein Wasserfahrzeug ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung sein.For the purposes of the invention, a vehicle is any type of vehicle or means of transport. It can be both trackless and track-bound vehicles, with or without drivers. Of course, a watercraft may be a vehicle within the meaning of the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.Further advantageous embodiments of the fuel cell system according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will be apparent from the embodiment, which will be described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein stark schematisiert angedeutetes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem; 1 a highly schematically indicated vehicle with a fuel cell system;

2 eine erste mögliche Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung; und 2 a first possible embodiment of a fuel cell system according to the invention; and

3 eine weitere mögliche Ausführungsform eines Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung. 3 another possible embodiment of a fuel cell system according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug 1 zu erkennen, welches von einem hier beispielhaft im Bereich eines Rades angedeuteten Elektromotor 2 zumindest teilweise elektrisch angetrieben werden soll. Die über eine Leistungselektronik 3 dem elektrischen Antriebsmotor 2 zur Verfügung gestellte elektrische Leistung stammt dabei im Wesentlichen aus einem Brennstoffzellensystem 4. Dem Brennstoffzellensystem 4 wird über Leitungselemente 6 zur Zufuhr von Edukten Umgebungsluft als Sauerstofflieferant und Wasserstoff aus einem Wasserstoffdruckspeicher 5 zugeführt. Überschüssige Edukte sowie im Bereich der Brennstoffzelle entstehendes Produktwasser werden über Leitungselemente 7 zur Abfuhr von Produkten aus dem Brennstoffzellensystem 4 in an sich bekannter Art und Weise abgeführt.In the presentation of the 1 is very heavily schematized a vehicle 1 to recognize which of an example here in the area of a wheel indicated electric motor 2 to be driven at least partially electrically. The over a power electronics 3 the electric drive motor 2 The electrical power provided here essentially comes from a fuel cell system 4 , The fuel cell system 4 is via conduit elements 6 for the supply of educts ambient air as an oxygen supplier and hydrogen from a hydrogen pressure storage 5 fed. Excess starting materials as well as product water arising in the area of the fuel cell are transmitted via line elements 7 for the removal of products from the fuel cell system 4 dissipated in a conventional manner.

In der Darstellung der 2 ist das Brennstoffzellensystem 4 sehr stark vereinfacht in einer ersten möglichen Ausführungsform beispielhaft dargestellt. Erneut ist der Druckgasspeicher 5 zu erkennen, welcher über eine Ventileinrichtung 8 und eine Wasserstoffzuleitung 6.1 als eines der Leitungselemente 6 mit einem Anodenraum 9 einer Brennstoffzelle 10 verbunden ist. Die Brennstoffzelle 10 soll als Niedertemperaturbrennstoffzelle, insbesondere als PEM-Brennstoffzelle 10 ausgebildet sein. Für Protonen durchlässige Membranen 11 trennen dabei den Anodenraum 9 von einem Kathodenraum 12. Diesem Kathodenraum 12 wird über eine Luftfördereinrichtung 13 und eine nicht dargestellte Luftaufbereitung über eine Luftzuleitung 6.2 als Leitungselement 6 Luft zugeführt.In the presentation of the 2 is the fuel cell system 4 very simplified in a first possible embodiment exemplified. Again, the compressed gas storage 5 to recognize which via a valve device 8th and a hydrogen supply line 6.1 as one of the conduit elements 6 with an anode compartment 9 a fuel cell 10 connected is. The fuel cell 10 is intended as a low-temperature fuel cell, in particular as a PEM fuel cell 10 be educated. For proton permeable membranes 11 separate the anode space 9 from a cathode compartment 12 , This cathode compartment 12 is via an air conveyor 13 and an air treatment, not shown, via an air supply line 6.2 as a conduit element 6 Supplied with air.

Im Bereich der Brennstoffzelle 10 reagiert der Sauerstoff in dieser Luft im Bereich des Kathodenraums 12 mit dem im Bereich des Anodenraums 9 befindlichen Wasserstoff, wobei elektrische Leistung und Produktwasser entsteht. Um eine gleichmäßige und vollständige Durchströmung sowohl des Kathodenraums 12 als auch des Anodenraums 9 zu gewährleisten, werden typischerweise mehr Edukte der Brennstoffzelle 10 zugeführt, als in dieser verbraucht werden. Daher kommt es zu einem Abstrom des Produktwassers zusammen mit Abgasen über mit 7.1 und 7.2 bezeichnete Leitungselemente aus dem Anodenraum 9 einerseits und dem Kathodenraum 12 andererseits. Die Abgase in den Leitungselementen 7.1 und 7.2 werden dabei sehr häufig miteinander vermischt und gelangen als gemeinsamer Abgasstrom über ein hier mit 7.3 bezeichnetes Leitungselement 7 als Abluftleitung in den Bereich einer mit einem katalytischen Material versehenen Einheit 14, in welcher der Restwasserstoff verbrannt wird oder abreagiert, um so Wasserstoffemissionen an die Umgebung des Brennstoffzellensystems 4 zu verhindern.In the field of fuel cell 10 The oxygen in this air reacts in the area of the cathode space 12 with the in the area of the anode compartment 9 located hydrogen, whereby electrical power and product water is formed. To ensure a uniform and complete flow through both the cathode compartment 12 as well as the anode compartment 9 To ensure typically more reactants of the fuel cell 10 supplied as consumed in this. Therefore, there is an outflow of product water along with exhaust gases with over 7.1 and 7.2 designated line elements from the anode compartment 9 on the one hand and the cathode compartment 12 on the other hand. The exhaust gases in the pipe elements 7.1 and 7.2 are very often mixed with each other and arrive as a common exhaust stream over here with a 7.3 designated conduit element 7 as exhaust duct into the area of a unit provided with a catalytic material 14 in which the residual hydrogen is burned or reacted, so as to hydrogen emissions to the environment of the fuel cell system 4 to prevent.

Für sämtliche Leitungselemente 6 und 7 des Brennstoffzellensystems 4 ist es dabei erforderlich, dass diese eine hohe Beständigkeit gegenüber den in ihnen geleiteten Stoffen aufweisen, um so Korrosion zu vermeiden. Außerdem kann nur so der Eintrag von unerwünschten Stoffen in den Bereich der Brennstoffzelle 10 oder der katalytischen Einheit 14 sicher und zuverlässig verhindert werden. Insbesondere für die Leitungselemente 7 zur Abfuhr von Stoffen aus dem Bereich der Brennstoffzelle 10 ist dies von besonderer Bedeutung, da hier das im Bereich der Brennstoffzelle 10 entstehende Produktwasser auftritt, welches als Reinstwasser sehr korrosiv ist. Außerdem können im Bereich der Leitungselemente 7 Wasserstoff/Sauerstoff-Gemische auftreten, welche gegebenenfalls entzündlich oder explosiv sein können. In diesem Bereich ist daher außerdem sicher und zuverlässig eine elektrostatische Aufladung mit potenzieller Funkenbildung zu verhindern, um Brände oder gar Explosionen zuverlässig ausschließen zu können.For all pipe elements 6 and 7 of the fuel cell system 4 it is necessary that they have a high resistance to the substances conducted in them, so as to avoid corrosion. In addition, only so the entry of undesirable substances in the field of fuel cell 10 or the catalytic unit 14 safely and reliably prevented. In particular for the line elements 7 for the removal of substances from the field of fuel cells 10 This is of particular importance, since here in the area the fuel cell 10 resulting product water occurs, which is very corrosive as ultrapure water. In addition, in the area of the line elements 7 Hydrogen / oxygen mixtures occur, which may be flammable or explosive. Safe and reliable electrostatic charging with potential sparking is therefore also to be avoided in this area in order to reliably prevent fires or even explosions.

Die Leitungselemente 6 und 7, insbesondere die Leitungselemente 7 zur Abfuhr von Stoffen aus der Brennstoffzelle 10, sind daher aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet, welches einen leichten korrosionsbeständigen Aufbau gewährleistet. Darüber hinaus sind die Leitungselemente 6, 7 oder zumindest einige der Leitungselemente 6, 7 zusätzlich elektrisch leitfähig ausgebildet. Hierfür kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Polymer eingesetzt werden oder eine Kunststoffmatrix, welche mit elektrisch leitfähigen Additiven, beispielsweise Aluminiumflocken, Metallspänen, insbesondere jedoch Additiven auf der Basis von Kohlenstoff, beispielsweise Russ oder Graphit, versehen ist. Insbesondere ein elektrisch leitfähiges Polymer oder ein elektrisch leitfähiger Kunststoff mit Additiven in Form von Russ und/oder Graphit ermöglichen einen sehr kostengünstigen, einfachen und leichten Aufbau. Bei der Verwendung von elektrisch leitfähigen Additiven kann außerdem die Kunststoffmatrix vergleichsweise frei gewählt werden, sodass eine hohe Korrosionsbeständigkeit und ein kostengünstiger Aufbau erzielt werden kann. Die elektrisch leitfähigen Kunststoffe der Leitungselemente 6, 7 sind dabei bevorzugt mit dem Massepol der Brennstoffzelle 10 zumindest mittelbar verbunden. in der Darstellung der Figuren ist jeweils eine beispielhafte elektrische Anbindung der Leitungselemente 7 über eine elektrische Verbindung 15 mit der Masse des Fahrzeugs 1 angedeutet. Dies stellt sicher, dass keine elektrischen Entladungen auftreten, welche gegebenenfalls zu einem Brand und/oder einer Explosion führen könnten.The pipe elements 6 and 7 , in particular the line elements 7 for the removal of substances from the fuel cell 10 , are therefore made of a plastic material, which ensures a slight corrosion-resistant structure. In addition, the line elements 6 . 7 or at least some of the conduit elements 6 . 7 additionally formed electrically conductive. For this purpose, it is possible, for example, to use an electrically conductive polymer or a plastic matrix which is provided with electrically conductive additives, for example aluminum flakes, metal chips, but in particular additives based on carbon, for example soot or graphite. In particular, an electrically conductive polymer or an electrically conductive plastic with additives in the form of carbon black and / or graphite enable a very cost-effective, simple and lightweight construction. When using electrically conductive additives, moreover, the plastic matrix can be chosen to be relatively free, so that a high corrosion resistance and a cost-effective design can be achieved. The electrically conductive plastics of the line elements 6 . 7 are preferred with the Massepol the fuel cell 10 at least indirectly connected. in the illustration of the figures, in each case an exemplary electrical connection of the line elements 7 via an electrical connection 15 with the mass of the vehicle 1 indicated. This ensures that no electrical discharges occur, which could possibly lead to a fire and / or explosion.

In der Darstellung der 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems 4 dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 4 unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Brennstoffzellensystem in einigen Details, auf welche nachfolgend näher eingegangen wird. Die übereinstimmenden Bereiche werden dabei nicht nochmals erläutert.In the presentation of the 3 is another alternative embodiment of a fuel cell system 4 shown. The fuel cell system 4 is different from the one in 2 shown fuel cell system in some details, which will be discussed in more detail below. The matching areas will not be explained again.

Anders als bei dem Brennstoffzellensystem 4 in 2 ist bei dem Brennstoffzellensystem 4 in 3 im Bereich der Anode 9 eine sogenannte Anodenloop beziehungsweise Anodenrezirkulation 16 ausgebildet. Über ein Leitungselement 7.4 werden aus dem Anodenraum 9 abströmende Abgase über einen Wasserabscheider 17 in an sich bekannter Art und Weise über eine Rezirkulationsfördereinrichtung 18, welche beispielsweise als Gebläse und/oder als Gasstrahlpumpe ausgebildet sein kann, in den Bereich des in dem Leitungselement 6.1 zu dem Anodenraum 9 strömenden frischen Wasserstoff zurückgeführt; mit diesem vermischt und erneut dem Anodenraum 9 zugeführt. Damit lässt sich eine bessere Ausnutzung des eingesetzten Wasserstoffs erreichen, da eine vergleichsweise hohe Menge an Wasserstoff durch den Anodenraum 9 gefördert werden kann, um eine sehr gute Ausnutzung der im Anodenraum 9 zur Verfügung stehenden Fläche zu erreichen. Der Überschusswasserstoff wird dann nicht nachverbrannt, wie bei dem oben genannten Beispiel, sondern kann zurückgeführt und wieder verwendet werden, sodass der eingesetzte Wasserstoff insgesamt besser ausgenutzt wird. Die Problematik bei einem derartigen an sich aus dem Stand der Technik bekannten Anodenloop 16 liegt dabei darin, dass sich im Bereich des Anodenloops 16 mit der Zeit Wasser und inerte Gase anreichern, welche durch die Membranen 11 der Brennstoffzelle 10 aus dem Kathodenraum 12 in den Anodenraum 9 diffundieren. Wenn sich diese Gase in dem Anodenloop 16 anreichern, sinkt die Wasserstoffkonzentration und die Performance der Brennstoffzelle 10 verschlechtert sich. Von Zeit zu Zeit oder in Abhängigkeit der Wasserstoffkonzentration im Bereich des Anodenloops 16 oder auch in Abhängigkeit anderer Parameter, wie beispielsweise der Spannung oder der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle 10 selbst, wird dann über ein Ablassventil 19 Wasser und Gas aus dem Bereich des Wasserabscheiders 17 abgelassen. Dieses abgelassene Gemisch enthält in seiner Gasphase dabei immer auch eine gewisse Menge an Restwasserstoff. Ein Leitungselement 7.5 als Ablassleitung kann dieses wasserstoffhaltige Gemisch dann beispielsweise in den Bereich der Zuluftleitung 6.2 zu dem Kathodenraum 12 der Brennstoffzelle 10, oder wie hier dargestellt, in den Bereich der Abluftleitung 7.2 aus dem Kathodenraum 12 der Brennstoffzelle 10 führen. Auch hier kann beispielsweise eine Nachverbrennung des Restwasserstoffs über eine katalytische Einheit 14 in der oben beschriebenen Art vorgesehen sein.Unlike the fuel cell system 4 in 2 is in the fuel cell system 4 in 3 in the area of the anode 9 a so-called anode loop or anode recirculation 16 educated. About a pipe element 7.4 be from the anode room 9 outgoing exhaust gases via a water separator 17 in a manner known per se via a recirculation conveyor 18 , which may be formed for example as a fan and / or as a gas jet pump, in the region of the in the line element 6.1 to the anode compartment 9 returned flowing fresh hydrogen; mixed with this and again the anode compartment 9 fed. This allows a better utilization of the hydrogen used, since a comparatively high amount of hydrogen through the anode compartment 9 can be promoted to a very good utilization of the anode space 9 to reach the available area. The excess hydrogen is then not post-combusted, as in the example above, but can be recycled and reused so that the hydrogen used is better utilized overall. The problem with such known per se from the prior art Anodenloop 16 lies in the fact that in the area of the anode loop 16 Over time, water and inert gases accumulate through the membranes 11 the fuel cell 10 from the cathode compartment 12 in the anode compartment 9 diffuse. If these gases are in the anode loop 16 Enrich, the hydrogen concentration and the performance of the fuel cell decreases 10 worsens. From time to time or as a function of the hydrogen concentration in the region of the anode loop 16 or depending on other parameters, such as the voltage or the performance of the fuel cell 10 itself, is then via a drain valve 19 Water and gas from the area of the water separator 17 drained. This drained mixture always contains a certain amount of residual hydrogen in its gas phase. A conduit element 7.5 as a drain line, this hydrogen-containing mixture then, for example, in the range of Zuluftleitung 6.2 to the cathode compartment 12 the fuel cell 10 , or as shown here, in the area of the exhaust duct 7.2 from the cathode compartment 12 the fuel cell 10 to lead. Here too, for example, an afterburning of the residual hydrogen via a catalytic unit 14 be provided in the manner described above.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird dann außerdem über eine Turbine 20 in dem Abgasstrom der Abgasleitung 7.3 befindliche Restenergie in Form von Druck und Wärme genutzt, um einen Teil dieser Energie zurückzugewinnen. Die Turbine 20 ist dabei auf einer gemeinsamen Welle 21 mit der Luftfördereinrichtung 13 angeordnet und kann die entstehende Energie der Luftfördereinrichtung 13 zum Antrieb zur Verfügung stellen. Zusätzlich weist dieser auch als elektrischer Turbolader (ETC = Electric Turbo Charger) bezeichnete Aufbau eine elektrische Maschine 22 auf, welche typischerweise elektromotorisch betrieben wird und die zusätzlich zu der von der Turbine 20 erzeugte benötigte Energie für die Luftfördereinrichtung 13 bereitstellt. In besonderen Betriebsfällen kann es dabei vorkommen, dass an der Turbine 20 mehr Energie bereitgestellt wird, als von der Luftfördereinrichtung 13 benötigt wird. In diesen Fällen kann die elektrische Maschine 22 dann generatorisch betrieben werden und zusätzlich elektrische Energie beispielsweise für den Elektromotor 2 des Fahrzeugs 1 zur Verfügung stellen.In the embodiment shown here is then also via a turbine 20 in the exhaust stream of the exhaust pipe 7.3 used residual energy in the form of pressure and heat to recover some of this energy. The turbine 20 is on a common wave 21 with the air conveyor 13 arranged and can the resulting energy of the air conveyor 13 to provide the drive. In addition, this structure, also known as an electric turbocharger (ETC = Electric Turbo Charger) has an electrical machine 22 which is typically operated by an electric motor and in addition to that of the turbine 20 generated energy required for the air conveyor 13 provides. In special cases, it may happen that on the turbine 20 more energy is provided than by the air conveyor 13 is needed. In these cases, the electric machine 22 then operated as a generator and additional electrical energy, for example, for the electric motor 2 of the vehicle 1 provide.

Für die Leitungselemente 6 und 7 in dem in 3 dargestellten Brennstoffzellensystem 4 gilt im Wesentlichen dasselbe, was für die Leitungselemente 6, 7 bei der Erläuterung des Brennstoffzellensystems 4 gemäß 2 bereits beschrieben worden ist. Auch diese können vorzugsweise auf Kunststoff und zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet werden. Insbesondere für die mit Abgasen der Brennstoffzelle 10 beaufschlagten Leitungselemente 7 ist dies aufgrund der oben genannten Themen von besonderem Vorteil.For the pipe elements 6 and 7 in the 3 illustrated fuel cell system 4 essentially the same thing applies to the conduit elements 6 . 7 in the explanation of the fuel cell system 4 according to 2 has already been described. These can also be preferably formed on plastic and at least partially made of electrically conductive plastic. Especially for those with exhaust gases of the fuel cell 10 acted on line elements 7 this is particularly advantageous because of the above topics.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10034556 A1 [0003]

Claims

Fuel cell system ( 4 ) with at least one fuel cell ( 10 ) and with line elements ( 6 . 7 ) for supplying and / or discharging educts and / or products for the fuel cell ( 10 ), wherein at least one of the line elements ( 6 . 7 ) is formed from a plastic, characterized in that the plastic is formed as an electrically conductive plastic.

Fuel cell system ( 4 ) according to claim 1, characterized in that the plastic comprises at least one electrically conductive polymer.

Fuel cell system ( 4 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the plastic comprises at least one electrically conductive additive.

Fuel cell system ( 4 ) according to claim 3, characterized in that the additive is formed on the basis of carbon.

Fuel cell system ( 4 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the additive is formed on the basis of metal.

Fuel cell system ( 4 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conduit element ( 6 . 7 ) of the electrically conductive plastic at least indirectly electrically connected to the mass of the fuel cell ( 10 ) connected is.

Fuel cell system ( 4 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the conduit element ( 6 . 7 ) is passed through from the electrically conductive plastic from a mixture of substances which contains at least oxygen and hydrogen.

Fuel cell system ( 4 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conduit element ( 6 . 7 ) made of the electrically conductive plastic part of an exhaust duct ( 7.2 . 7.3 ).

Use of a fuel cell system ( 4 ) according to one of claims 1 to 8 in a vehicle ( 1 ) for the at least partial generation of electrical drive energy.