DE102011120542A1

DE102011120542A1 - Fuel cell system for providing driving power to vehicle, has flap designed such that flap is opened automatically against weight force and/or spring force switched by air supply device of fuel cell

Info

Publication number: DE102011120542A1
Application number: DE102011120542A
Authority: DE
Inventors: Gert Hinsenkamp; Gerhard Konrad; Ralf Nüßle; Alvaro Perez; Stefan Reiff; Benjamin Steinhauser; Marcus Wedrich
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-13

Abstract

The system (1) has a fuel cell (3) i.e. proton exchange membrane (PEM) fuel cell, comprising a cathode compartment (4), an anode compartment (5) and an air supply device (9) through which fresh air flow is conveyed to the cathode compartment. A duct element is arranged for the air flow to the cathode compartment. Shut-off elements (16, 17) comprise a stored flap pivotally movable around a rotational axis. The flap is designed such that the flap is opened automatically against weight force and/or spring force switched by the air supply device of the fuel cell.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle und einer Luftversorgungseinrichtung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell and an air supply device according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Aktuelle Ziele bei der Entwicklung einer zuverlässigen, kostengünstigen und langlebigen Brennstoffzellentechnologie konzentrieren sich derzeit auf verschiedene Aspekte der Brennstoffzelle und des Brennstoffzellensystems. Einer dieser Aspekte ist eine vergleichsweise starke Degradation der Brennstoffzelle in Systemen, bei denen die Brennstoffzelle häufig abgestellt und wieder gestartet wird. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugsystemen der Fall, bei denen häufig ein Abschalten des Brennstoffzellensystems und ein Wiederstart desselben realisiert werden muss. Die Problematik liegt nach aktuellen Erkenntnissen darin, dass nach einer bestimmten Zeit die Anodenräume und Kathodenräume der Brennstoffzelle mit Umgebungsluft gefüllt sind. Wird das Brennstoffzellensystem dann wieder gestartet, so werden die Anode und die Kathode zur Erzeugung der elektrischen Energie mit den hierfür benötigten Medien, im Kathodenraum Sauerstoff beziehungsweise Luft als Sauerstofflieferant, und im Anodenraum Wasserstoff, versorgt. Bei der Beaufschlagung der Anode mit Wasserstoff wandert eine Wasserstofffront vom Medieneingang des Anodenraums zum Mediensausgang und schiebt die in den Anodenraum eingedrungene Umgebungsluft vor sich her. Sobald dabei Wasserstoff auf die aktive Fläche der Anode trifft und gleichzeitig Luftsauerstoff im Bereich der Kathode vorliegt, beginnt die Brennstoffzelle zu arbeiten und wandelt chemische Bindungsenergie des Wasserstoffs in elektrische Energie um. Die Bereiche des Anodenraums, die bereits mit Wasserstoff beaufschlagt sind, weisen dann ein elektrochemisches Potenzial von 0–0,4 V auf. Bereiche, die noch mit in den Anodenraum eingedrungener Luft beaufschlagt sind, weisen dahingegen ein elektrochemisches Potenzial Von ca. 1,0 V auf. Entlang der Wasserstoff-Luft-Front kommt es so in dem Anodenraum zu einem Potenzialsprung, welcher letztlich zu einer Potenzialüberhöhung im Bereich der Kathode führt und eine Korrosion von Kohlenstoff und/oder Katalysator im Bereich der Brennstoffzelle auslöst. Dieser Mechanismus ist bekannt und wird beispielsweise in der DE 10 2007 059 999 A1 und in der DE 10 2007 037 304 A1 beschrieben.Current goals in the development of reliable, low cost, and durable fuel cell technology are currently focused on various aspects of the fuel cell and fuel cell system. One of these aspects is a comparatively strong degradation of the fuel cell in systems where the fuel cell is often shut down and restarted. This is the case in particular in vehicle systems in which a shutdown of the fuel cell system and a restart of the same must often be realized. The problem lies, according to current findings, in the fact that after a certain time the anode chambers and cathode chambers of the fuel cell are filled with ambient air. If the fuel cell system is then started again, then the anode and the cathode are supplied with the media required for generating the electrical energy, oxygen or air as the oxygen supplier in the cathode space, and hydrogen in the anode space. When the anode is charged with hydrogen, a hydrogen front migrates from the media inlet of the anode chamber to the media outlet and pushes the ambient air which has penetrated into the anode chamber in front of it. As soon as hydrogen hits the active surface of the anode and atmospheric oxygen is present in the region of the cathode, the fuel cell starts to work and converts the chemical binding energy of the hydrogen into electrical energy. The areas of the anode space that are already exposed to hydrogen then have an electrochemical potential of 0-0.4 V. In contrast, areas that are still exposed to air that has penetrated into the anode space have an electrochemical potential of approximately 1.0 V. Along the hydrogen-air front, a potential jump occurs in the anode space, which ultimately leads to a potential increase in the region of the cathode and triggers corrosion of carbon and / or catalyst in the region of the fuel cell. This mechanism is known and used for example in the DE 10 2007 059 999 A1 and in the DE 10 2007 037 304 A1 described.

Versuche haben gezeigt, dass der Zeitraum bis auf Anode und Kathode „Luft-Luft-Bedingungen” vorherrschen unter anderem davon abhängen wie Umgebungsluft in die Brennstoffzelle nachströmen bzw. auf die Kathodenseite der Brennstoffzelle gelangen kann: Dabei hat sich gezeigt, das schon geringe Windgeschwindigkeiten welchen ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug im Stillstand ausgesetzt sein kann, ausreichen um diesen Zeitraum erheblich zu verkürzen. Dies wiederum bedeutet, dass die Anzahl von „Luft-Luft” Starts über die Lebensdauer betrachtet erheblich zunimmt, was zu einer entsprechend hohen Degradation führt. Diese verstärkte Degradation muss über einen entsprechenden „Vorhalt” an Katalysator usw. kompensiert werden, wenn entsprechende Lebensdauern erreicht werden sollen, was zu einer unerwünschten Kostenerhöhung der Brennstoffzelle führt. Umgekehrt bedeutet dies, dass eine Verlängerung des Zeitraumes, bis zu welchem Luft-Luft Bedingungen vorliegen ausgedehnt werden kann, eine Verminderung der Anzahl an „Luft-Luft” Starts über die Lebensdauer vorkommen können und auf einen entsprechenden Vorhalt an Katalysator verzichtet werden kann bzw. womöglich die Katalysatormenge verringert werden kann, was erhebliche Kostenvorteile mit sich bringt.Experiments have shown that the period up to anode and cathode "air-air conditions" prevail inter alia depend on how ambient air flow into the fuel cell or can get to the cathode side of the fuel cell: It has been shown that even low wind speeds which a fuel cell system in a vehicle may be exposed at standstill, sufficient to significantly shorten this period. This in turn means that the number of "air-to-air" starts increases significantly over the lifetime, resulting in a correspondingly high degradation. This increased degradation must be compensated for by a corresponding "allowance" for catalyst, etc., if appropriate lifetimes are to be achieved, which leads to an undesirable increase in the cost of the fuel cell. Conversely, this means that a prolongation of the period up to which air-air conditions can be extended can occur, a reduction in the number of "air-air" starts over the lifetime and can be dispensed with an appropriate catalyst catalyst or possibly the amount of catalyst can be reduced, which brings significant cost advantages.

Ein gattungsgemäßes Brennstoffzellensystem ist in der DE 10 2007 028 296 A1 beschrieben. Im Hinblick auf die oben genannten Mechanismen sind bei diesem Brennstoffzellensystem Absperrelemente vor und nach dem Kathodenraum des Brennstoffzellensystems vorgesehen, welche das Eindringen von Luft verhindern und damit die Degradationsmechanismen vermeiden. Die Absperrelemente können gemäß der genannten Schrift beispielsweise in Form von aktiv angesteuerten Ventilen oder Klappen ausgebildet sein. Derartige Ventile oder Klappen haben dabei den Nachteil, dass diese vergleichsweise aufwändig in der Ansteuerung sind und typischerweise auch vergleichsweise groß ausgebildet werden müssen, da sie beispielsweise über eine magnetische oder elektrische Ansteuerung verfügen müssen und typischerweise, wie in der genannten Schrift dargestellt, im bedruckten Bereich vor und nach der Kathode angeordnet sind.A generic fuel cell system is in the DE 10 2007 028 296 A1 described. With regard to the above-mentioned mechanisms, in this fuel cell system, shut-off elements are provided before and after the cathode compartment of the fuel cell system, which prevent the ingress of air and thus avoid the degradation mechanisms. The shut-off can be designed according to the cited document, for example in the form of actively controlled valves or flaps. Such valves or flaps have the disadvantage that they are comparatively complex in the control and typically also have to be made comparatively large, since they must have, for example, a magnetic or electrical control and typically, as shown in the cited document, in the printed area are arranged before and after the cathode.

Ein weiteres Problem beim „Abdichten” des Kathodenluftpfades einer Brennstoffzelle ist darin zu sehen, dass entsprechende „Absperreinrichtungen” einfrieren können, insbesondere wenn sie am Kathodenausgang angeordnet sind und mit dem Produktwasser der Brennstoffzelle beaufschlagt werden und anschließend die Temperatur unter den Gefrierpunkt sinkt. Sollten sich diese Absperrelemente bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems nicht öffnen lassen und die Luftversorgungseinrichtung läuft beim Startvorgang an, besteht die Gefahr, dass die Brennstoffzelle „aufgeblasen” und durch die Druckdifferenz zwischen Anoden- und Kathodenraum beschädigt wird.Another problem with "sealing" the cathode air path of a fuel cell is the fact that corresponding "shut-off devices" can freeze, especially if they are arranged at the cathode outlet and charged with the product water of the fuel cell and then the temperature drops below freezing. If these shut-off elements can not be opened when the fuel cell system is restarted and the air supply device starts up during startup, there is a risk that the fuel cell will be "inflated" and damaged by the pressure difference between the anode and cathode chambers.

Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik beispielsweise in Form der KR 2011 002 1021 A ist aus dem Bereich der Automobiltechnik außerdem die Verwendung einer Jalousie aus mehreren einzelnen übereinander angeordneten Klappen bekannt, welche zum Versperren des Luftwegs beispielsweise durch einen Kühler des Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Die Jalousie wird bei Bedarf aktiv über einen magnetischen Aktuator geöffnet und geschlossen.From the further general state of the art, for example in the form of KR 2011 002 1021 A is also known from the field of automotive technology, the use of a blind from several individual superimposed flaps, which is to block the airway can be used for example by a radiator of the vehicle. If necessary, the blind is actively opened and closed via a magnetic actuator.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Brennstoffzellensystem anzugeben, welches eine Möglichkeit bietet, die Mechanismen der Degradation einfach, effizient und kostengünstig zu reduzieren.The object of the present invention is now to provide a fuel cell system, which offers a possibility to reduce the mechanisms of degradation easily, efficiently and inexpensively.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments and developments of the solution according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Klappe so ausgebildet ist, dass sie sich gegen ihre Gewichtskraft und/oder die Kraft einer Feder bei eingeschalteter Luftversorgungseinrichtung der Brennstoffzelle selbsttätig öffnet. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem nutzt also wenigstens eine Klappe in wenigstens einer Absperreinrichtung vor und/oder nach dem Kathodenraum der Brennstoffzelle, um den Kathodenraum gegenüber dem Eindringen von Luft abzusperren. Die Klappe ist anders als die Klappen und Ventile gemäß dem Stand der Technik nicht aktiv angesteuert, sondern passiv ausgebildet, und zwar so, dass diese drehbeweglich so gelagert ist, dass sie sich bei eingeschalteter Luftversorgungseinrichtung und einem Luftstrom im Bereich der Klappe mit einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit selbsttätig öffnet und so einen durchströmbaren Querschnitt teilweise oder ganz freigibt. Wird die Luftversorgungseinrichtung abgestellt und der Luftstrom von und/oder zu dem Kathodenraum der Brennstoffzelle kommt zum Erliegen, dann wird die wenigstens eine Klappe durch ihre Gewichtskraft und/oder die Kraft einer Feder selbsttätig in die geschlossene Position bewegt und verhindert das Eindringen von Luft. Da im Stillstand des Brennstoffzellensystems typischerweise die Umgebungsluft lediglich durch Wind, Konvektionsvorgänge und dergleichen bewegt wird, treten dabei typischerweise keine so hohen Geschwindigkeiten der Luft auf, dass die selbsttätig schließende Klappe dadurch geöffnet wird. Lediglich der vergleichsweise große und schnelle Volumenstrom, welcher durch die Luftversorgungseinrichtung erzeugt wird, reicht zum Öffnen der Klappe aus.In the fuel cell system according to the invention, it is provided that the at least one flap is designed such that it opens automatically against its weight and / or the force of a spring when the air supply device of the fuel cell is switched on. The fuel cell system according to the invention thus uses at least one flap in at least one shut-off device before and / or after the cathode chamber of the fuel cell to shut off the cathode space from the ingress of air. Unlike the flaps and valves according to the prior art, the flap is not actively actuated, but is designed to be passive, in such a way that it is rotatably mounted so that it is at a certain flow rate when the air supply device is switched on and there is an air flow in the region of the flap opens automatically and thus partially or completely releases a flow-through cross section. If the air supply device is turned off and the air flow from and / or to the cathode compartment of the fuel cell comes to a standstill, then the at least one flap is automatically moved by its weight and / or the force of a spring in the closed position and prevents the ingress of air. Since, at standstill of the fuel cell system, the ambient air is typically only moved by wind, convection processes and the like, typically no such high speeds of air occur that the self-closing flap is thereby opened. Only the comparatively large and fast volume flow, which is generated by the air supply device, is sufficient for opening the flap.

In einer besonders günstigen Weiterbildung des Brennstoffellensystems kann die wenigstens eine Klappe im bestimmungsgemäßen Gebrauch oberhalb der Mittelachse der Klappe drehbeweglich befestigt sein. Sie kann dann insbesondere durch ihr eigenes Gewicht, oder gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung durch ein zusätzliches Gewicht unterhalb der drehbeweglichen Befestigung auf der Klappe in Richtung der geschlossenen Position gedrückt werden. Dieses zusätzliche Gewicht kann beispielsweise durch eine Materialverdickung der Klappe in diese integriert ausgebildet sein oder auch nachträglich auf der Klappe befestigt werden. Durch das Gewicht lässt sich die Kraft zum Schließen der Klappe einstellen, sodass diese auf einen von der Luftversorgungseinrichtung erzeugte Volumenstrom bei minimaler Last beziehungsweise Teillast des Brennstoffzellensystems hin optimiert eingestellt werden kann. Damit kann sichergestellt werden, dass die Klappe in jedem Fall beim Betrieb des Brennstoffzellensystems öffnet und im Nichtbetrieb des Brennstoffzellensystems zuverlässig den durchströmbaren Querschnitt gegen passive Luftbewegungen verschließt.In a particularly favorable development of the fuel cell system, the at least one flap can be fastened rotatably in the intended use above the central axis of the flap. It can then be pressed in particular by its own weight, or according to an advantageous development by an additional weight below the rotatable attachment on the flap in the direction of the closed position. This additional weight can be formed, for example, by a thickening of the material of the flap in this integrated or can be subsequently attached to the flap. The weight makes it possible to adjust the force for closing the flap so that it can be set to an optimized volume flow generated by the air supply device with minimal load or partial load of the fuel cell system. This can be ensured that the flap opens in any case during operation of the fuel cell system and reliably closes the non-operating fuel cell system, the flow-through cross-section against passive air movements.

In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist es dabei vorgesehen, dass die wenigstens eine Klappe und/oder ein benachbartes Bauteil in wenigstens einem Bereich, in dem es im geschlossenen Zustand der Klappe zu einer Anlage der Klappe an dem Bauteil kommt, wenigstens ein Abstützelement aufweist, welches eine flächige Anlage der Klappe an dem benachbarten Bauteil verhindert. Ein solches Abstützelement, welches gemäß einer bevorzugten Weiterbildung als nadel- oder stiftförmiges Element ausgebildet ist, ermöglicht es der Klappe, dass diese im geschlossenen Zustand nicht flächig an dem benachbarten Bauteil anliegt. Damit wird es möglich, dass durch das Vermeiden der flächigen Anlage die Gefahr eines Festfrierens der Klappe an dem benachbarten Bauteil reduziert wird. Dies vermindert die eingangs erwähnte Gefahr, dass, bei der Anordnung des mit der wenigstens einen Klappe versehenen Absperrelements, nach dem Kathodenraum beim Start der Luftversorgungseinrichtung die ggf. eingefrorene Klappe nicht selbständig öffnet und ein Überdruck im Kathodenraum des Brennstoffzellensystems entsteht.In a particularly favorable and advantageous refinement of the fuel cell system according to the invention, it is provided that the at least one flap and / or an adjacent component at least come into contact with the component in at least one region in which the flap contacts the flap when the flap is closed a support element which prevents a flat contact of the flap on the adjacent component. Such a support element, which is designed according to a preferred development as a needle-shaped or pin-shaped element, allows the flap that it does not lie flat against the adjacent component in the closed state. This makes it possible that the risk of a freezing of the flap on the adjacent component is reduced by avoiding the planar contact. This reduces the initially mentioned risk that, in the arrangement of provided with the at least one flap shut-off, after the cathode compartment at the start of the air supply device, the optionally frozen flap does not open automatically and creates an overpressure in the cathode compartment of the fuel cell system.

Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es außerdem vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Klappe zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden Teile um eine Gelenkachse gelenkig miteinander verbunden sind. Eine solche zweiteilige Ausbildung ermöglicht es, dass ein Teil bereits öffnet, während das andere Teil noch geschlossen ist. So kann beispielsweise eine Durchströmbarkeit mit großem Querschnitt auch bei geringen Teillastströmen bereits sichergestellt werden. Insbesondere in der Kombination mit dem eben erwähnten Abstützelement kann das Abstützelement gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung an dem der Drehachse zugewandten Teil der Klappe angebracht sein. Obwohl die Klappe über das Abstützelement am benachbarten Bauteil abgestützt ist, sodass diese idealerweise nicht festfrieren kann, wird eine Verbesserung der Abdichtung erzielt wird, da der gelenkige zweite Teil der Klappe den durch das Abstützelement verursachten verbleibenden Spalt in seinem Querschnitt nochmals deutlich reduziert.According to a particularly favorable and advantageous embodiment of the fuel cell system according to the invention, it can also be provided that the at least one flap is formed in two parts, wherein the two parts are hinged together about a hinge axis. Such a two-part design allows one part to open while the other part is still closed. For example, a flow through with a large cross section can be ensured even at low partial load currents. In particular, in combination with the support element just mentioned, the support element can be mounted according to an advantageous development of the axis of rotation facing part of the flap. Although the flap is supported by the support member on the adjacent component, so this ideally can not freeze, an improvement of the seal is achieved because the articulated second part of the flap significantly reduces the remaining gap caused by the support member in its cross section.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es dabei vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Klappe so ausgebildet ist, dass diese einen durchströmbaren Querschnitt ganz oder zumindest annähernd ganz versperrt. Das Absperrelement weist in diesem Fall also eine Klappe auf, welche den Strömungsquerschnitt, welcher vorzugsweise im Bereich der Klappe verengt ist, um durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit die passive Ansteuerung der Klappe zu verbessern, versperrt. Der Aufbau ist sehr einfach, effizient und erfordert lediglich eine Dichtkante zwischen der Klappe und der die Klappe umgebenden Wandung des Leitungselements.In a further very favorable embodiment of the fuel cell system according to the invention, it can be provided that the at least one flap is designed so that it completely or at least approximately completely blocks a flow-through cross section. In this case, therefore, the shut-off element has a flap which obstructs the flow cross-section, which is preferably narrowed in the region of the flap in order to improve the passive activation of the flap by increasing the flow velocity. The structure is very simple, efficient and only requires a sealing edge between the flap and the wall surrounding the flap of the conduit element.

In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Absperrelement mehrere Klappen aufweist, welche über- oder nebeneinander angeordnet sind und den durchströmbaren Querschnitt ganz oder zumindest annähernd ganz versperren. Die erfindungsgemäße durch die Luftströmung selbsttätig öffnende Klappe kann also nicht nur als Einzelklappe, sondern gemäß dieser vorteilhaften alternativen Ausgestaltung auch als eine Art „Jalousie” aus mehreren nebeneinander oder vorzugsweise übereinander angeordneten Klappen ausgebildet sein. Der Aufbau schafft, insbesondere bei übereinander angeordneten Klappen, im Vergleich zu einer einzigen Klappe bereits bei Teillast einen größeren durchströmbaren Querschnitt und kann damit die Druckverluste in dem Brennstoffzellensystem im Betrieb reduzieren. Andererseits weist er mehr einzelne Bauteile auf. Diese Tatsache, dass mehr einzelne Bauteile vorhanden sind, ermöglicht jedoch auch einen weiteren Vorteil. Die Gefahr, dass alle einzelnen Klappen gleichzeitig festfrieren ist, insbesondere bei der vorteilhaften Ausgestaltung jeder einzelnen Klappe mit den oben genannten Abstützelementen, vergleichsweise gering. Ein auch bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts sicheres und zuverlässig funktionierendes System kann so sehr viel einfacher gewährleistet werden, als mit lediglich einer Klappe je Absperrelement.In an alternative embodiment of the fuel cell system according to the invention, however, it may also be provided that the shut-off element has a plurality of flaps, which are arranged above or next to each other and block completely or at least approximately completely the flow-through cross section. The flap of the invention, which automatically opens by the air flow, can thus be designed not only as a single flap, but also as a kind of "shade" of a plurality of flaps arranged side by side or preferably one above the other according to this advantageous alternative embodiment. The structure creates, especially in superimposed flaps, compared to a single flap already at partial load a larger flow-through cross-section and can thus reduce the pressure losses in the fuel cell system during operation. On the other hand, it has more individual components. However, the fact that more individual components are present also provides another advantage. The risk that all individual flaps freeze at the same time, especially in the advantageous embodiment of each flap with the above-mentioned support elements, comparatively low. A safe and reliable even at ambient temperatures below freezing point system can be ensured so much easier than with only one flap per shut-off.

In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es aus dem eben genannten Grund ferner vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Klappen elektrisch beheizbar ausgebildet ist. Damit lässt sich ein vergleichsweise schnelles Auftauen der Klappe, welche typischerweise nur an einer sehr feinen Linie, in deren Bereich sie das benachbarte Bauteil berührt, festfriert, erzielen. Dies kann mit einer elektrischen Beheizung sehr energieeffizient und schnell erfolgen, sodass hierdurch Zeit- und Energieaufwand beim Starten des Brennstoffzellensystems nur minimal vergrößert werden.In a further very favorable embodiment of the fuel cell system according to the invention, it can also be provided for the reason just mentioned that at least one of the flaps is designed to be electrically heatable. This makes it possible to achieve a comparatively fast thawing of the flap, which typically only freezes on a very fine line, in the region of which it touches the adjacent component. This can be done very energy efficient and fast with an electric heating, so that thereby time and energy consumption when starting the fuel cell system are only minimally increased.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich außerdem aus den restlichen abhängigen Patentansprüchen und werden nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche unter Bezugnahme auf die Figuren im Anschluss näher beschrieben werden.Further advantageous embodiments of the fuel cell system according to the invention also emerge from the remaining dependent claims and will become apparent hereinafter with reference to the embodiments, which will be described in more detail with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein prinzipmäßig angedeutetes Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung; 1 a principle indicated fuel cell system according to the invention;

2 eine erste mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung; 2 a first possible embodiment of a shut-off element according to the invention;

3 eine zweite mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung; 3 a second possible embodiment of a shut-off element according to the invention;

4 eine dritte mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung; 4 a third possible embodiment of a shut-off element according to the invention;

5 eine vierte mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung; 5 a fourth possible embodiment of a shut-off element according to the invention;

6 eine fünfte mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung in einem geschlossenen Zustand; 6 a fifth possible embodiment of a shut-off element according to the invention in a closed state;

7 ein Absperrelement gemäß 6 bei Teillast des Brennstoffzellensystems; 7 a shut-off according to 6 at partial load of the fuel cell system;

8 ein Absperrelement gemäß 6 bei Volllast des Brennstoffzellensystems; 8th a shut-off according to 6 at full load of the fuel cell system;

9 eine sechste mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung in einem geschlossenen Zustand; 9 a sixth possible embodiment of a shut-off element according to the invention in a closed state;

10 eine sechste mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung in einem geöffneten Zustand; 10 a sixth possible embodiment of a shut-off element according to the invention in an open state;

11 eine siebte mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung in einem geschlossenen Zustand; und 11 a seventh possible embodiment of a shut-off element according to the invention in a closed state; and

12 eine siebte mögliche Ausführungsform eines Absperrelements gemäß der Erfindung in einem geöffneten Zustand; 12 a seventh possible embodiment of a shut-off element according to the invention in an open state;

In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 prinzipmäßig angedeutet. Es soll in einem angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet sein, in dem es zur Bereitstellung von elektrischer Energie, insbesondere von Antriebsleistung für das Fahrzeug 2, genutzt werden soll. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst eine Brennstoffzelle 3, welche insbesondere als PEM-Brennstoffzelle ausgebildet sein soll. Die Brennstoffzelle 3 hat einen Kathodenraum 4 und einen Anodenraum 5. Dem Anodenraum 5 wird in an sich bekannter Art und Weise Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 6 über ein Dosier- und Regelventil 7 zugeführt. Unverbrauchter Wasserstoff gelangt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus der Brennstoffzelle 3 über eine Abgasleitung 8 an die Umgebung. Diese Darstellung ist beispielhaft zu verstehen. In realen Systemen wird unverbrauchter Wasserstoff typischerweise chemisch umgesetzt, um Wasserstoffemissionen an die Umgebung zu vermeiden. Außerdem ist es häufig vorgesehen, dass der Wasserstoff im Kreislauf, in einem sogenannten Anodenloop, um den Anodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 geführt wird. Unverbrauchtes Abgas aus dem Anodenraum 5 wird dann vermischt mit frischem Wasserstoff dem Anodenraum wieder zugeführt. Von Zeit zu Zeit müssen Inertgase und Wasser aus diesem Kreislauf abgelassen werden. Diese können beispielsweise in die Zuluftleitung oder in die Abluftleitung des Brennstoffzellensystems 1 gelangen. Dies ist für die hier vorliegende Erfindung jedoch von untergeordneter Bedeutung, sodass auf die Anodenseite nachfolgend nicht weiter eingegangen werden soll.In the presentation of the 1 is a fuel cell system 1 indicated in principle. It should be in an indicated vehicle 2 be arranged in which it is used to provide electrical energy, in particular drive power for the vehicle 2 , should be used. The fuel cell system 1 includes a fuel cell 3 , which should be designed in particular as a PEM fuel cell. The fuel cell 3 has a cathode compartment 4 and an anode room 5 , The anode compartment 5 is hydrogen in a known manner from a compressed gas storage 6 via a dosing and control valve 7 fed. Unconsumed hydrogen passes in the embodiment shown here from the fuel cell 3 via an exhaust pipe 8th to the environment. This representation is to be understood as an example. In real systems, unused hydrogen is typically chemically converted to avoid hydrogen emissions to the environment. In addition, it is often envisaged that the hydrogen in the circulation, in a so-called anode loop, around the anode compartment 5 the fuel cell 3 to be led. Unused exhaust gas from the anode compartment 5 is then recycled mixed with fresh hydrogen to the anode compartment. From time to time, inert gases and water must be drained from this cycle. These can be, for example, in the supply air line or in the exhaust air line of the fuel cell system 1 reach. However, this is of minor importance for the present invention, so that the anode side should not be discussed further below.

Der Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird über eine Luftversorgungseinrichtung 9 mit Luft als Sauerstofflieferant versorgt. Die Luft gelangt über eine Zuluftleitung 10 und einen Befeuchter 11 in den Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle. Die mit dem Produktwasser beladene Abluft gelangt über eine Abluftleitung 12 wiederum über den Befeuchter 11, in dessen Bereich sie die Zuluft durch für Wasserdampf durchlässige Membranen hindurch befeuchtet, bevor sie über eine Turbine 13 an die Umgebung abgegeben wird. Im Bereich der Turbine 13 wird in der Abluft enthaltene Restenergie zumindest teilweise zurückgewonnen und zum Antrieb der Luftfördereinrichtung 9 verwendet. Zusätzlich weist der Aufbau eine elektrische Maschine 14 auf, welche den über die von der Turbine 13 gelieferte Leistung hinausgehenden Leistungsbedarf der Luftfördereinrichtung 9 deckt, und welche beim Leistungsüberschuss an der Turbine 13 auch generatorisch zur Erzeugung von elektrischer Leistung betrieben werden kann. Dieser Aufbau wird insgesamt als elektrischer Turbolader oder ETC (Electric Turbo Charger) bezeichnet. Er ist hier zur Luftversorgung der Brennstoffzelle 3 rein beispielhaft zu verstehen, genauso gut könnte die Luftversorgungseinrichtung 9 ein motorisch angetriebenes Gebläse, ein Schraubenverdichter, ein Rootsverdichter oder dergleichen sein.The cathode compartment 4 the fuel cell 3 is via an air supply device 9 supplied with air as an oxygen supplier. The air passes through an air supply line 10 and a humidifier 11 in the cathode compartment 4 the fuel cell. The exhaust air laden with the product water passes through an exhaust air line 12 again via the humidifier 11 in which it humidifies the supply air through water vapor permeable membranes before passing through a turbine 13 is delivered to the environment. In the area of the turbine 13 is contained in the exhaust air residual energy at least partially recovered and to drive the air conveyor 9 used. In addition, the structure has an electric machine 14 on top of that from the turbine 13 supplied power beyond the air conveyor 9 covers, and which at the power surplus of the turbine 13 can also be operated as a generator for generating electrical power. This structure is referred to collectively as an electric turbocharger or ETC (Electric Turbo Charger). He is here to supply the fuel cell with air 3 purely exemplary to understand, just as well could the air supply device 9 a motor driven blower, a screw compressor, a Roots compressor or the like.

Die Luft für die Luftversorgungseinrichtung 9 wird über einen Luftfilter 15 angesaugt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist vor dem Luftfilter 15 prinzipmäßig angedeutet ein Absperrelement 16 mit einer Klappe dargestellt, welches später noch näher erläutert wird. Ein vergleichbares Absperrelement 17 befindet sich im Abluftstrom aus dem Kathodenraum 4, und hier insbesondere als in Strömungsrichtung letzte Komponente, bevor die Abluft aus dem Fahrzeug 2 abgegeben wird.The air for the air supply device 9 is via an air filter 15 sucked. In the embodiment shown here is in front of the air filter 15 indicated in principle a shut-off 16 shown with a flap, which will be explained later in more detail. A comparable shut-off element 17 is located in the exhaust air flow from the cathode compartment 4 , and here in particular as a flow component last component, before the exhaust air from the vehicle 2 is delivered.

Die beiden Absperreinrichtungen 16, 17 dienen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, dazu, das Brennstoffzellensystem 1 im Stillstand abzusperren, um das Eindringen von Luft in den Kathodenraum 4 zu verhindern und so einen der hauptsächlichen. Degradationsmechanismen für die Brennstoffzelle 3 zu verhindern beziehungsweise seinen Effekt zu minimieren. Die Absperrelemente 16, 17 weisen dafür wenigstens eine Klappe 18 auf, welche in der detaillierten Darstellung der 2 besser zu erkennen ist. In der 2 ist ein Leitungselement 19 zu erkennen, welches sowohl zuluftseitig als auch abluftseitig der Brennstoffzelle 3 angeordnet sein kann. Es wird im regulären Betrieb von einem in Pfeilrichtung des Pfeils 20 strömenden Luftstrom durchströmt. Die Klappe 18 ist drehbeweglich über eine Drehachse 21 oberhalb der Mitte der Klappe 18 an dem Leitungselement 19 befestigt. Die Klappe 18 wird im geschlossenen Zustand senkrecht nach unten hängen und damit, wie durch die gestrichelte Position angedeutet, den Querschnitt des Leitungselements 19 verschließen. Kommt es nun zu dem mit 20 bezeichneten Luftstrom, so wird dieser gegen die drehbeweglich gelagerte Klappe 18 drücken und diese, wie in der Darstellung der 2 dargestellt, zumindest teilweise öffnen. Dadurch kann es zu einer Luftströmung in Richtung der Brennstoffzelle 3 oder aus der Brennstoffzelle 3 kommen. Der Aufbau ist dabei selbstregelnd, die Klappe 18 wird immer dann geöffnet, wenn die Luftversorgungseinrichtung 9 in Betrieb ist und die Brennstoffzelle 3 von einem Luftstrom 20 durchströmt wird. Wird die Luftversorgungseinrichtung 9 abgeschaltet und die Brennstoffzelle 3 geht außer Betrieb, dann fällt die Klappe 18 aufgrund ihres eigenen Gewichts in die gestrichelt dargestellte Position und verschließt den durchströmbaren Querschnitt des Leitungselements 19. Durch Konvektion, Wind oder dergleichen anstehender Luftdruck wird typischerweise eine Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Leitungselements 19 verursachen, welche weit unter der Strömungsgeschwindigkeit des durch die Luftversorgungseinrichtung 9 geförderten Luftstrom 20 liegt. Dadurch wird die Klappe 18 in diesen Situationen geschlossen bleiben und der Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle wird zuverlässig abgeschirmt.The two shut-off devices 16 . 17 serve, as known from the prior art, to the fuel cell system 1 shut off at a standstill to prevent air from entering the cathode compartment 4 to prevent and so one of the main. Degradation mechanisms for the fuel cell 3 prevent or minimize its effect. The shut-off elements 16 . 17 have at least one flap for this 18 on which in the detailed representation of the 2 is better to recognize. In the 2 is a conduit element 19 to recognize which both supply side and exhaust air side of the fuel cell 3 can be arranged. It is in regular operation of one in the arrow direction of the arrow 20 flowing stream of air flows through. The flap 18 is rotatable about a rotation axis 21 above the middle of the flap 18 on the conduit element 19 attached. The flap 18 will hang vertically downwards in the closed state and thus, as indicated by the dashed position, the cross section of the conduit member 19 close. Is it coming to that? 20 designated air flow, so this is against the rotatably mounted flap 18 press and these, as in the illustration of 2 shown, at least partially open. This can lead to an air flow in the direction of the fuel cell 3 or from the fuel cell 3 come. The structure is self-regulating, the flap 18 is always opened when the air supply device 9 is in operation and the fuel cell 3 from a stream of air 20 is flowed through. Will the air supply device 9 shut off and the fuel cell 3 goes out of action, then the door will shut 18 due to its own weight in the position shown in dashed lines and closes the flow-through cross-section of the conduit element 19 , By convection, wind or the like upcoming air pressure is typically a flow rate within the conduit element 19 which is far below the flow rate of the air supply device 9 promoted airflow 20 lies. This will shut the door 18 remain closed in these situations and the cathode compartment 4 the fuel cell is reliably shielded.

Diese Schwerkraftregelung der Klappe 18, wie sie in der Darstellung der 2 dargestellt ist, lässt sich werter verbessern, insbesondere durch einen Aufbau, bei welchem der durchströmbare Querschnitt im Bereich der Klappe 18 verengt ist. Ein solches Beispiel ist in der Darstellung der 3 zu erkennen. Durch den verengten Querschnitt im Bereich der Klappe 18 erhöht sich dort die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Leitungselement 19 hindurch geförderten Luftstroms 20 im Betrieb der Luftversorgungseinrichtung 9, sodass das Öffnen der Klappe noch zuverlässiger als bei dem in 2 dargestellten Aufbau erreicht wird.This gravity control of the flap 18 as they are in the presentation of 2 can be improved, in particular by a structure in which the flow-through Cross section in the area of the flap 18 is narrowed. Such an example is in the illustration of 3 to recognize. Due to the narrowed cross-section in the area of the flap 18 there increases the flow velocity of the through the conduit element 19 transported through the air flow 20 during operation of the air supply device 9 so that the opening of the flap is even more reliable than in the 2 achieved construction is achieved.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Darstellung der 4 zu erkennen. Die Klappe, wobei hier wieder die Darstellung analog der 2 zugrunde gelegt worden ist, weist zusätzlich ein Gewicht 22 auf der Klappe 18 auf. Durch dieses zusätzliche Gewicht 22 wird die Schwerkraftwirkung, welche die Klappe in die geschlossene Position zurückstellt, verstärkt, sodass ein noch präziseres selbsttätiges Ansprechverhalten der Klappe 18 erzielt werden kann. Ergänzend oder alternativ zu dem in 4 dargestellten Gewicht ließe sich selbstverständlich auch eine Feder 23 verwenden. Eine solche Feder 23 ist in der Darstellung der 5 als Druckfeder 23 zwischen der Klappe und der Wandung des Leitungselements 19 prinzipmäßig angedeutet. Ein realer Aufbau würde typischerweise anstelle einer solchen prinzipmäßig angedeuteten Druckfeder 23 typischerweise eher eine Torsionsfeder im Bereich der Drehachse 21 verwenden, diese ist jedoch in der Darstellung nicht so gut erkennbar, sodass hier beispielhaft eine Druckfeder 23 eingezeichnet worden ist.Another embodiment is shown in the illustration of 4 to recognize. The flap, here again the representation analogous to 2 has been additionally weighted 22 on the flap 18 on. By this extra weight 22 The effect of gravity, which returns the flap to the closed position, is enhanced so that the flap will be more precisely self-actuated 18 can be achieved. Complementary or alternative to the in 4 Of course, the weight shown could also be a spring 23 use. Such a spring 23 is in the representation of 5 as a compression spring 23 between the flap and the wall of the conduit element 19 indicated in principle. A real structure would typically be used instead of such a principle indicated compression spring 23 typically more of a torsion spring in the region of the axis of rotation 21 use, but this is not so well recognizable in the presentation, so here is an example of a compression spring 23 has been drawn.

Neben dem bisher beschriebenen Aufbau mit einer einzigen Klappe 18, welche den durchströmbaren Querschnitt des Leitungselements 19 im Stillstand des Brennstoffzellensystems 1 verschließt und während des Betriebs der Luftversorgungseinrichtung 9 selbsttätig freigibt, wäre selbstverständlich auch ein Aufbau denkbar, bei welchem mehrere einzelne Klappen 18 nebeneinander oder in der Art einer Jalousie angeordnet sind. Ein solcher Aufbau ist in der Darstellung der 6 zu erkennen.In addition to the previously described construction with a single flap 18 , which the flow-through cross-section of the conduit element 19 at standstill of the fuel cell system 1 closes and during operation of the air supply device 9 automatically releases, of course, a structure would be conceivable in which several individual flaps 18 are arranged side by side or in the manner of a blind. Such a construction is in the representation of 6 to recognize.

In der Darstellung der 6 ist dabei der geschlossene Zustand, also bei abgestellter Luftversorgungseinrichtung 9, dargestellt. In der 7 ist derselbe Aufbau nochmals dargestellt, wobei hier ein Teillastbetrieb der Brennstoffzelle 3 der Darstellung zugrunde liegt. Die Luftversorgungseinrichtung 9 fördert also einen geringen Luftstrom 20 durch den Bereich der Absperreinrichtung 16, 17. In der Darstellung der 8 ist dann die Darstellung des Aufbaus bei Volllast zu erkennen, hier ist zu erkennen, dass die einzelnen Klappen 18 aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms 20 in eine annähernd waagrechte Position bewegt sind.In the presentation of the 6 is the closed state, so when parked air supply device 9 represented. In the 7 the same structure is shown again, in which case a partial load operation of the fuel cell 3 the presentation is based. The air supply device 9 thus promotes a low flow of air 20 through the area of the shut-off device 16 . 17 , In the presentation of the 8th is then the representation of the structure at full load to recognize, here it can be seen that the individual flaps 18 due to the high flow velocity of the air stream 20 moved in an approximately horizontal position.

Wie eingangs bereits erwähnt besteht nun das Risiko, dass unabhängig davon, ob eine Klappe 18 oder mehrere Klappen 18 verwendet werden, diese Klappen festfrieren und so, insbesondere im Bereich des Absperrelements 17 nach der Brennstoffzelle 3, die Gefahr eines Überdrucks im Bereich des Kathodenraums 4 verursachen. Aus diesem Grund ist in der Darstellung der 9 eine alternative Ausführungsform des Aufbaus, in diesem Fall analog dem Ausführungsbeispiel der 6 dargestellt. Jede einzelne Klappe 18 weist jeweils ein Abstützelement 24 auf. Dieses Abstützelement 24, wobei entlang der entsprechenden Kante der Klappe 18 jeweils eines oder mehrere derartige Abstützelemente 24 angeordnet sein können, sorgt dafür, dass es nicht zu einer flächigen Anlage der Klappe 18 am benachbarten Bauteil, in diesem Fall also an der jeweils benachbarten Klappe 18 beziehungsweise der Wandung des Leitungselements 19 kommt. Dadurch lässt sich ein Festfrieren zumindest für einige der Klappen 18 zuverlässig ausschließen, sodass die Gefahr eines Festfrierens des gesamten Absperrelements 16, 17 weitgehend ausgeschlossen werden kann. Der Nachteil besteht darin, dass ein geringer Strömungsquerschnitt aufgrund der Abstützelemente 24 auch in dem in 9 dargestellten geschlossenen Zustand offenbleibt. In dem in 10 dargestellten geöffneten Zustand bei Volllast der Brennstoffzelle 3 stören die Abstützelemente 24, welche vorzugsweise in Stift- oder Nadelform ausgeführt sind, den Aufbau dagegen nicht und verursachen keine messbaren zusätzlichen Druckverluste.As already mentioned, there is now the risk that, regardless of whether a flap 18 or more flaps 18 be used to freeze these flaps and so, especially in the area of the shutoff 17 after the fuel cell 3 , the risk of overpressure in the region of the cathode compartment 4 cause. For this reason, in the presentation of the 9 an alternative embodiment of the structure, in this case analogous to the embodiment of 6 shown. Every single flap 18 each has a support element 24 on. This support element 24 , being along the corresponding edge of the flap 18 in each case one or more such support elements 24 can be arranged, ensures that it does not cause a flat attachment of the flap 18 on the adjacent component, in this case on the adjacent flap 18 or the wall of the conduit element 19 comes. This allows freezing at least for some of the flaps 18 reliably exclude, so the risk of freezing of the entire shut-off 16 . 17 can be largely excluded. The disadvantage is that a small flow cross-section due to the support elements 24 also in the 9 shown closed state remains open. In the in 10 illustrated open state at full load of the fuel cell 3 disturb the support elements 24 , which are preferably designed in pin or needle shape, the structure, however, not and cause no measurable additional pressure losses.

Um der im Rahmen der 9 angesprochenen Problematik der Verschlechterung der Abdichtung entgegenzuwirken, kann es nun vorgesehen sein, dass jede einzelne der Klappen 18 aus zwei gelenkigen über eine Gelenkachse 25 miteinander verbundenen Teilen 18.1, 18.2 besteht. Die Drehachse 21 und die Gelenkachse 25 der jeweiligen Klappe 18 sind dabei in idealer Weise parallel zueinander ausgebildet. Die über die Gelenkachsen 25 an den Teilen 18.1 angebrachten Teilelemente 18.2 klappen im geschlossenen Zustand aufgrund ihrer Schwerkraft weiter ab, als die ersten Teile 18.1 in der Darstellung der 11. Dadurch wird der aufgrund der Abstützelemente 24 verbleibende durchströmbare Querschnitt weiter verringert, ohne dass die Gefahr eines Einfrierens erhöht wird. Abschließend ist in der Darstellung der 12 derselbe Aufbau nochmals bei Durchströmung mit dem vollen Luftstrom 20 zu erkennen, die Gelenkachsen 25 und die Aufteilung der Klappen in zwei Teile 18.1, 18.2 stört den Aufbau hinsichtlich seiner Funktionalität nicht. Vielmehr ermöglicht er bereits bei geringen Volumenströmen ein Aufklappen der vergleichsweise leichten Teile 18.2, sodass sehr früh bereits ein vergleichsweise großer Querschnitt freigegeben wird und die von der Absperreinrichtung 16, 17 verursachten Druckverluste dadurch minimiert werden.In the context of the 9 counteracted problem of deterioration of the seal, it can now be provided that each one of the flaps 18 from two articulated via a joint axis 25 interconnected parts 18.1 . 18.2 consists. The rotation axis 21 and the hinge axis 25 the respective flap 18 are formed in an ideal manner parallel to each other. The over the joint axes 25 at the parts 18.1 attached sub-elements 18.2 fold down in the closed state due to their gravity further than the first parts 18.1 in the presentation of the 11 , As a result, the due to the support elements 24 remaining flowable cross-section further reduced without the risk of freezing is increased. Finally, in the presentation of the 12 the same structure again when flowing through the full air flow 20 to recognize the joint axes 25 and the division of the flaps in two parts 18.1 . 18.2 does not disturb the structure in terms of its functionality. Rather, it allows already at low flow rates to unfold the relatively light parts 18.2 , so that a comparatively large cross-section is already released at a very early stage and that of the shut-off device 16 . 17 caused pressure losses are thereby minimized.

Nun ist es selbstverständlich so, dass dieser Aufbau auch bei der Verwendung einer einzigen Klappe 18 entsprechend eingesetzt werden kann. Ebenso ist es denkbar, dass die Abstützelemente 24 nicht nur im Bereich der Klappen 18 selbst, sondern auch im Bereich des benachbarten Bauelements, beispielsweise im Bereich der Wandungen des Leitungselements 19, insbesondere beim Einsatz lediglich einer einzigen Klappe 18, ausgebildet sein könnten. Ebenso ist für den Fachmann selbstverständlich klar und naheliegend, dass er die Verwendung von zusätzlichen Gewichten und/oder Federn zur Beeinflussung der Kraft auf die Klappen 18 nicht nur bei Verwendung einer einzigen Klappe 18, sondern auch bei der Verwendung von mehreren Klappen 18 oder Teilen 18.1, 18.2 der Klappen 18 entsprechend anwenden kann.Now it goes without saying that this structure even when using a single flap 18 can be used accordingly. It is also conceivable that the support elements 24 not only in the field of flaps 18 itself, but also in the region of the adjacent component, for example in the region of the walls of the conduit element 19 especially when using only a single flap 18 , could be trained. Likewise, it is obvious and obvious to one skilled in the art that he would like to use additional weights and / or springs to influence the force on the flaps 18 not just when using a single flap 18 but also when using multiple flaps 18 or parts 18.1 . 18.2 the flaps 18 can apply accordingly.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102007028296 A1 [0004]
KR 20110021021A [0006]

Claims

Fuel cell system ( 1 ) with a fuel cell ( 3 ) with a cathode compartment ( 4 ), an anode compartment ( 5 ) and with an air supply device ( 9 ), via which an inlet air flow to the cathode compartment can be conveyed, wherein in a duct element ( 19 ) for the supply air to the cathode compartment and / or the exhaust air flow from the cathode compartment at least one shut-off ( 16 . 17 ), which at least one about an axis of rotation ( 21 ) rotatably mounted flap ( 18 ), characterized in that the at least one flap ( 18 ) is designed so that they are against their weight and / or against the force of a spring ( 23 ) when the air supply device is switched on ( 9 ) of the fuel cell ( 3 ) opens automatically.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one flap ( 18 ) depending on the air supply device ( 9 ) generated air stream ( 20 ) partially or completely opens.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one flap ( 18 ) in the intended use above the central axis of the flap ( 18 ) is mounted rotatably.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the at least one flap ( 18 ) in normal use below the rotatable attachment an additional weight ( 22 ) on the flap ( 18 ) having.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one flap ( 18 ) and / or an adjacent component ( 18 . 19 ) in at least one area in which it is in the closed state of the flap ( 18 ) to a plant of the flap ( 18 ) to the component ( 18 . 19 ) comes, at least one support element ( 24 ), which a flat contact of the flap ( 18 ) on the adjacent component ( 18 . 19 ) prevented.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the at least one flap ( 18 ) the at least one support element ( 24 ) in the intended use below the axis of rotation ( 21 ) having.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one flap ( 18 ) is formed in two parts, wherein the two parts ( 18 . 18 ' ) about a hinge axis ( 25 ) are hinged together.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the axis of rotation ( 21 ) and the hinge axis ( 25 ) are formed parallel to each other.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 5 or 6 and 7 or 8, characterized in that the at least one flap ( 18 ) the supporting element ( 24 ) on the part facing the axis of rotation ( 18 ) the flap ( 18 ) having.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 5 to 9, characterized in that the at least one support element ( 24 ) is designed as a needle or pin-shaped element.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the at least one flap ( 18 ) is designed so that it completely or at least approximately completely obstructs a flow-through cross-section.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the shut-off element ( 16 . 17 ) several flaps ( 18.1 to 18.5 ), which are arranged above or next to each other, and block the flow-through cross-section completely or at least approximately completely.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the flow-through cross-section in the region of the at least one flap ( 18 ) is formed narrowed.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that a shut-off element ( 16 ) in the supply air line ( 19 ) and a shut-off element ( 17 ) in the exhaust duct ( 19 ) is provided.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 14, characterized in that the shut-off elements ( 16 . 17 ) in front of a supply air filter ( 15 ) and the exhaust air components ( 11 . 13 ) of the fuel cell system ( 1 ) are arranged.