DE102012010131A1

DE102012010131A1 - Vorrichtung zur Zufuhr/Abfuhr von Edukten/Produkten

Info

Publication number: DE102012010131A1
Application number: DE201210010131
Authority: DE
Inventors: Richard Fellows; Laura IWAN
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten oder zur Abfuhr von Produkten einer Brennstoffzelle (3) mit einem Leitungselement (150), welches wenigstens eine mit einer Flüssigkeitsquelle (22) verbundenen Bereich aufweist, welcher über eine Flüssigkeitszuleitung (23) mit der Flüssigkeitsquelle (22) verbunden ist, und welcher im bestimmungsgemäßen Gebrauch tiefer angeordnet ist, als Abschnitte des Leitungselements (150) in Strömungsrichtung vor und nach dem besagten Bereich. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Bereich als Siphon (20) in dem Leitungselement (150) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten oder zur Abfuhr von Produkten einer Brennstoffzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Brennstoffzellen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie sind häufig als sogenannte PEM-Brennstoffzellen aufgebaut, welche über Polymerelektrolytmembranen oder Protonenaustauschmembranen zwischen zwei Elektroden verfügen. Sie bestehen im Allgemeinen aus einer Reihenschaltung von vielen Einzelzellen, welche in der Brennstoffzelle zu einem Brennstoffzellenstapel aufgestapelt sind. Die Brennstoffzelle wird in diesem Fall als Brennstoffzellenstack bezeichnet. Jede einzelne dieser Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstacks enthält eine sogenannte Membranelektrodeneinheit (MEA). Diese Membranelektrodeneinheiten umfassen den eigentlichen Elektrolyten in Form der Membran sowie auf jeder Seite dieser Membran eine Elektrode, welche mit edelmetallhaltigen Katalysatoren beschichtet ist. Diese Katalysatoren sind typischerweise Platin auf der Kathodenseite und Platin/Ruthenium auf der Anodenseite. Im Normalbetrieb der Brennstoffzelle helfen diese Katalysatoren den Wasserstoff zu H⁺-Ionen zu oxidieren und auf der Kathodenseite den Sauerstoff zu reduzieren.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es nun bekannt, dass während des Abschaltens der Brennstoffzelle eine verstärkte Korrosion bzw. Schädigung dieser Katalysatoren auftreten kann, insbesondere dann, wenn auf der Kathodenseite noch Sauerstoff vorhanden ist und auf der Anodenseite eine ungleichmäßige Gaszusammensetzung vorherrscht, beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft in verschiedenen Bereichen der Anode. Beim Wiederstart der Brennstoffzelle kann es nach dem Einschalten der Wasserstoffversorgung außerdem dazu kommen, dass eine Wasserstoff/Luftfront durch den Anodenraum der Brennstoffzelle wandert. Falls in dieser Situation im Kathodenraum noch Sauerstoff vorhanden ist, kommt es hierdurch während des Startvorgangs zu hohen Kathodenpotenzialen und damit zu einer Korrosion bzw. Schädigung des Kathodenkatalysators. Eine mögliche Schädigung ist dabei der sogenannte Ruthenium Cross-over, bei dem Rutheniumionen aus einem rutheniumhaltigen Katalysator herausgelöst werden und in die Membran der Membranelektrodeneinheit wandern. Dort können sie den Transport der Protonen durch die Membran behindern. Mit zunehmender Korrosion bzw. Schädigung des Kathodenkatalysators sinkt dessen elektrochemische Aktivität und die Brennstoffzelle verliert an Leistungsfähigkeit und an Betriebslebensdauer. Dieser Degradation aufgrund der Korrosion bzw. Schädigung des Katalysators soll daher vorgebeugt werden.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind aus diesem Grund verschiedene Verfahren bekannt, um den Sauerstoff in der Kathode während der Abschaltprozedur, beim sogenannten Shut-down, abzureichern. Dies kann beispielsweise durch einen Stromfluss an einem Verbraucher oder einer Hilfslast erfolgen. Auf der Anode wird dabei ein Wasserstoffüberschuss belassen. Dies hilft dabei, die Brennstoffzellen-Katalysatoren wirksam vor Korrosion zu schützen. Insbesondere bei der Anwendung von Brennstoffzellensystemen in Fahrzeugen ist es nun so, dass es während des Stillstands des Brennstoffzellensystems und des Fahrzeugs über eine längere Zeit dazu kommen kann, dass Wasserstoff von der Anodenseite durch die Membran auf die Kathodenseite gelangt und mit Sauerstoff zu Wasser reagiert. Ist der Wasserstoff auf der Anodenseite komplett verbraucht, dann kann das Anodenpotenzial wieder ansteigen und auf der Kathodenseite ein Korrosionspotenzial bewirken. Dies wird typischerweise bei Spannungen von mehr als 1,4 V/Zelle erreicht. Dies ist insbesondere dann zu erwarten, wenn auf der Kathodenseite Sauerstoff vorhanden ist. Idealerweise ist dieser während der Abschaltprozedur jedoch verbraucht. Nun ist es aber so, dass es durch Windeffekte und Konvektion während des Stillstands des Brennstoffzellensystems bzw. des Fahrzeugs zu einem erneuten Eindringen von Sauerstoff in den Kathodenraum kommen kann. Dann tritt die oben geschilderte Problematik besonders intensiv auf.
Die Problematik wird so auch in der DE 10 2007 059 999 A1 beschrieben. Um insbesondere dem Wiedereindringen von Sauerstoff in den Kathodenraum einen wirksamen Hinderungsmechanismus entgegenzusetzen, schlägt diese Schrift vor, dass Ventile verwendet werden können, um die Kathodenseite im Stillstand des Brennstoffzellensystems gegenüber der Umgebung abzusperren. Die Ventile sind vergleichsweise aufwändig und teuer und benötigen einen entsprechend großen Bauraum. Ferner müssen die Ventile aktiv angesteuert werden. Hierfür sind geeignete Aktuatoren, Signalleitungen sowie zusätzliche Steuer- und Schaltroutinen in dem System notwendig. Um eine sichere Funktionalität zu gewährleisten, sollte außerdem die Funktion der Ventile überwacht werden, was zusätzliche Sensoren, Leitungen und Auswerteroutinen in der Steuersoftware erfordert. All dies macht die Lösung entsprechend groß, aufwendig und teuer.
Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik ist außerdem die WO 2010/085222 A2 bekannt. Diese beschreibt eine Alternative zu Absperrventilen auf der Anodenseite. Der Ausgang der Anodenseite ist über eine Ventileinrichtung so schaltbar, dass dieser innerhalb eines Ausgleichsbehälters für die Kühlflüssigkeit, insbesondere das Kühlwasser, der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellenstacks endet. Nach dem Abschalten der Anode wird über das Wasser somit die Luft der Umgebung von der Anode ferngehalten. Im Zweifel gelangt dann nicht Luft, sondern allenfalls Kühlflüssigkeit in den Bereich der Anode. Der Nachteil bei diesem Aufbau besteht im Wesentlichen darin, dass eine mit dem Anodenraum und den dortigen Materialien verträgliche Flüssigkeit zur Kühlung der Brennstoffzelle eingesetzt werden muss. Diese kann insbesondere Reinstwasser sein. Dieses gefriert jedoch sehr schnell, sodass es im Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems, insbesondere bei mobilen Anwendungen des Brennstoffzellensystems, in jedem Fall unerwünscht ist, da es zu enormen Problemen hinsichtlich des Einfrierens des gesamten Kühlkreislaufs führen könnte. Eine Kühlflüssigkeit mit entsprechenden Zusätzen, welche ein Einfrieren verhindern oder hinauszögern, ist bei diesem Aufbau nicht möglich, sodass eine mobile Anwendung der dort beschriebenen Brennstoffzelle in der Praxis sehr schwierig oder nur mit erheblichem Energieaufwand zur Aufrechterhaltung der Flüssigphase in der Kühlflüssigkeit möglich ist. Der Aufbau unter Verwendung des Kühlmittelsausgleichsbehälters ist dabei auf vergleichsweise geringe Volumenströme und damit faktisch auf die Anodenseite, für welche er beschrieben ist, eingeschränkt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten oder zur Abfuhr von Produkten einer Brennstoffzelle mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und einen einfachen und effizienten Betrieb ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten oder zur Abfuhr von Produkten einer Brennstoffzelle ist so ausgebildet, dass diese ein Leitungselement aufweist, welches einen mit einer Flüssigkeitsquelle verbundenen Bereich hat. Dieser über eine Flüssigkeitszuleitung mit der Flüssigkeitsquelle verbundene Bereich ist im bestimmungsgemäßen Gebrauch tiefer angeordnet, als die Abschnitte des Leitungselements in Strömungsrichtung vor und nach dem besagten Bereich. Erfindungsgemäß ist der besagte Bereich dabei als Siphon in dem Leitungselement ausgebildet. Die Ausgestaltung als Siphon in dem Leitungselement, also als U-förmiger oder V-förmiger Abschnitt des Leitungselements, ist dabei Teil des Leitungselements selbst. Er wird im regulären Betrieb durchströmt und Flüssigkeit kann sich in diesem Bereich sammeln, insbesondere in den Betriebssituationen, in denen dieser nicht durchströmt wird. Der Siphon in Verbindung mit der Flüssigkeitsquelle wirkt damit als eine Art „Wasserventil” in dem durchströmten Leitungselement. Die Flüssigkeitszuleitung, welche den erfindungsgemäßen Siphon mit der Flüssigkeitsquelle verbindet, kann dabei beispielsweise so ausgelegt sein, dass im regulären Betrieb, wenn das Leitungselement von den Edukten oder Produkten durchströmt ist, eine geringfügige Durchströmung der Flüssigkeitszuleitung hin zu der Flüssigkeitsquelle auftritt, wodurch das Eindringen von Flüssigkeit in den Siphon verhindert wird. Erst bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit des Edukts oder Produkts und insbesondere beim Ausbleiben einer Strömungsgeschwindigkeit des Edukts oder Produkts füllt sich durch die Flüssigkeitszuleitung der Siphon aus der Flüssigkeitsquelle mit Flüssigkeit. Die Durchströmbarkeit des Leitungselements ist dann durch die im Siphon angesammelte Flüssigkeit im gesamten Querschnitt des Leitungselements blockiert, sofern in der Flüssigkeitsquelle eine ausreichende Menge an Flüssigkeit bevorratet war, um den gesamten Siphon mit Flüssigkeit zu füllen. Hierdurch entsteht besonders einfach und effizient eine Möglichkeit, das Leitungselement im Stillstand der Brennstoffzelle durch die im Siphon gesammelte Flüssigkeit zu blockieren und dadurch insbesondere eine Strömung von Luft durch das Leitungselement zu verhindern. Hierdurch können die eingangs beschriebenen Probleme hinsichtlich der Degradation der Brennstoffzelle sehr einfach und effizient umgangen werden. Dabei sind keinerlei aktiv angesteuerten Elemente notwendig, sodass mit minimalem Aufwand eine Verminderung der Degradation erzielt werden kann. Probleme hinsichtlich des Packagings werden hier ebenfalls nicht auftreten, da kein Bauraum für Ventile, Steuerleitungen, Signalleitungen und dergleichen vorgesehen werden muss.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der besagte Bereich sowie die Abschnitte in Strömungsrichtung vor und/oder nach dem Bereich mit demselben durchströmbaren Querschnitt ausgebildet. Außer durch die U-förmige oder V-förmige Ausgestaltung des Siphons an sich wird bei dieser bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein nennenswerter zusätzlicher Strömungswiderstand beim Durchströmen des Leitungselements im regulären Betrieb durch den Siphon generiert, da dieser nicht durch einen Querschnittssprung entsprechend abgesetzt ist und problemlos von Edukten oder Produkten in beiden Strömungsrichtungen durchströmt werden kann.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei ferner vorgesehen, dass das Leitungselement zur Zufuhr von Zuluft und/oder zur Abfuhr von Abluft vorgesehen ist. Dieser besonders bevorzugte Einsatz des Leitungselements der Vorrichtung zur Zufuhr von Zuluft und/oder zur Abfuhr von Abluft wendet dieses auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle an. In einem Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle, welches beispielsweise in einem abgestellten Fahrzeug Umgebungsbedingungen wie Wind, Temperaturschwankungen und dergleichen ausgesetzt ist, kann es durch Wind- und Konvektionseffekte zu einem Eindringen von Luft in das System und damit auch in die Kathode bzw. den Kathodenraum der Brennstoffzelle kommen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich dies sehr einfach und effizient vermeiden, ohne dass hierfür aufwändige, teure und schwere Schaltventile oder dergleichen benötigt werden. Dies gilt insbesondere für Kathodenseite, da hier sehr viel größere Volumenströme zu und von der Brennstoffzelle strömen als auf der Anodenseite. Um diesen Volumenströmen keinen unnötigen Strömungswiderstand entgegenzusetzen, müssten eventuelle Ventile, wie sie im Stand der Technik vorgeschlagen sind, einen sehr großen durchströmbaren Querschnitt im offenen Zustand aufweisen. Sie sind damit entsprechend aufwendig, teuer und benötigen für den Ventilkörper und die Aktuatorik einen sehr großen Bauraum.
Ein besonders effizienter Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dabei insbesondere dann, wenn die Flüssigkeit Produktwasser aus der Brennstoffzelle ist. Ein solcher Aufbau, welcher das Produktwasser aus der Brennstoffzelle als Flüssigkeit nutzt, ist besonders einfach, da er keine zusätzliche Flüssigkeit mitführen muss, und da die Flüssigkeit im System selbst entsteht und damit auch im Falle eines eventuellen Zurückströmens in den Anodenraum bzw. Kathodenraum der Brennstoffzelle im Stillstand keine Nachteile verursacht. Das Produktwasser ist vielmehr entsprechend rein und allenfalls mit ohnehin in der Brennstoffzelle vorhandenen Stoffen versetzt, sodass eine Beeinträchtigung der Brennstoffzelle durch eventuelle chemische Zusätze in der Flüssigkeit anders als bei Kühlmedien zuverlässig vermieden werden kann.
In einer besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Flüssigkeitsquelle dabei als Speichervolumen für die Flüssigkeit ausgebildet. Aus einem solchen Speichervolumen kann der Siphon bei Bedarf mit Flüssigkeit versorgt werden. Dies ist im Prinzip über jede beliebige Art und Weise denkbar und möglich, insbesondere auch über eine Fördereinrichtung, welche die Flüssigkeit zu dem Siphon fördert. In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung ist es jedoch vorgesehen, dass das Speichervolumen im bestimmungsgemäßen Gebrauch oberhalb des Siphons angeordnet ist. Die Flüssigkeit kann dann aufgrund der Schwerkraft über die Flüssigkeitszuleitung entweder beim ausbleibendem Gegendruck oder gegebenenfalls auch durch eine Ventileinrichtung aktiv oder passiv angesteuert, in den entsprechenden Situationen, in denen ein Absperren der Brennstoffzelle bzw. des Leitungselements sinnvoll bzw. notwendig ist, in den Siphon laufen und so für ein Versperren des Leitungselements gegenüber nachströmenden Gase, insbesondere nachströmender Luft, sorgen.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es ferner vorgesehen sein, dass wenigstens ein im Querschnitt U- oder V-förmiges im bestimmungsgemäßen Gebrauch unten geschlossenes Einbauelement in dem Siphon angeordnet ist. Ein solches Einbauelement in dem Siphon, welches in seiner Formgebung beispielsweise dem Siphon selbst entspricht, stellt einem anströmenden Gas kaum einen zusätzlichen Strömungswiderstand entgegen. Es hat jedoch den entscheidenden Vorteil, dass es die zum Versperren des Siphons benötigte Flüssigkeitsmenge deutlich verringern kann, indem letztlich eine Aufteilung des Siphons auf zwei oder mehr Teilsiphons durch das entsprechend geformte Einbauelement erfolgt, sodass in jedem der Teilsiphons ein Absperren des durchströmbaren Querschnitts mit einer Wassermenge erzielt werden kann, welche geringer als die Hälfte der zum Absperren des gesamten Siphons benötigten Flüssigkeitsmenge ist. Hierdurch wird der Flüssigkeitsbedarf minimiert. Falls insbesondere Produktwasser der Brennstoffzelle selbst als Flüssigkeit eingesetzt wird, kann so, insbesondere wenn dieses Produktwasser während des Betriebs gesammelt wird, bereits nach einer sehr kurzen Betriebsdauer eine ausreichende Menge an Produktwasser gesammelt werden, um das Leitungselement sicher und zuverlässig abzusperren.
In einer sehr günstigen Weiterbildung hiervon ist es außerdem vorgesehen, dass mehrere der Einbauelemente mit im bestimmungsgemäßen Gebrauch nach oben hin von Einbauelement zu Einbauelement abnehmender Ausdehnung in dem Siphon angeordnet sind. Eine solche Verwendung mehrerer Einbauelement, welche insbesondere nach oben hin kleiner werden, ermöglicht ein Befüllen der einzelnen Einbauelemente von oben nach unten, wobei mit dem „voll werden” des obersten Einbauelements die Flüssigkeit über die Kanten des Einbauelements zu dem darunterliegenden Einbauelement überläuft und somit für eine gleichmäßige, sichere und zuverlässige Füllung der einzelnen Einbauelement sorgt. Damit kann mit minimalem Bedarf an Flüssigkeit der gesamte durchströmbare Querschnitt des Leitungselements in dem Bereich des Siphons sicher und zuverlässig abgesperrt werden.
Aus dem allgemeinen Verständnis der beschriebenen Vorrichtung und den damit erzielbaren Vorteilen hinsichtlich der Verminderung einer Degradation der Brennstoffzelle zeigt sich, dass ein bevorzugter Einsatz der Vorrichtung insbesondere in einem Aufbau zu sehen ist, welcher einerseits häufig abgestellt und wieder gestartet wird, und welcher andererseits häufig widrigen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturschwankungen, stärkeren Luftbewegungen durch Wind oder dergleichen, ausgesetzt ist, welche ein Eindringen der Luft in die Brennstoffzelle fördern. Der bevorzugte Anwendungszweck für die erfindungsgemäße Vorrichtung liegt daher in ihrem Einsatz in einem Brennstoffzellensystem, welches in einem Fahrzeug verwendet wird, beispielsweise in einem Landfahrzeug oder Wasserfahrzeug, in dem es Energie zur Bordstromversorgung des Fahrzeugs und insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden zusammen mit entsprechenden Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Brennstoffzellensystems in einer möglichen Ausführungsform in einem Fahrzeug;
2 eine Darstellung der Abluftseite des Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einem ersten Betriebszustand;
3 eine Darstellung der Abluftseite des Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einem zweiten Betriebszustand;
4 eine Darstellung der Abluftseite des Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einem dritten Betriebszustand;
5 eine Darstellung der Abluftseite des Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einem vierten Betriebszustand;
6 eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Ausschnitts der Abluftseite des Brennstoffzellensystems;
7 eine mögliche Ausführungsform eines Details des Siphons in einer ersten Ausführungsform;
8 eine mögliche Ausführungsform eines Details des Siphons in einer zweiten Ausführungsform;
9 eine Darstellung eines Ausschnitts der Abluftseite analog den 2 bis 5 in einer alternativen Ausführungsform in einem ersten Betriebszustand, und
10 eine Darstellung eines Ausschnitts der Abluftseite analog den 2 bis 5 in einer alternativen Ausführungsform in einem zweiten Betriebszustand.
In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einem stark schematisierten Fahrzeug 2 angedeutet. Das Brennstoffzellensystem 1 ist dabei stark vereinfacht dargestellt. Der Kern des Brennstoffzellensystems 1 ist eine Brennstoffzelle 3, welche als Stapel von Einzelzellen, als sogenannter Brennstoffzellenstack 3, ausgebildet sein soll. Die Brennstoffzellen sollen, wie bei derartigen Anwendungen sehr oft üblich, als PEM-Brennstoffzellen auf der Basis einer Protonenaustauschmembran zwischen den Elektrodenräumen ausgebildet sein. Der Brennstoffzellenstack 3 umfasst einen Kathodenraum 4 und einen Anodenraum 5, welche durch die Protonenaustauschmembranen als Teil einer nicht explizit dargestellten Membranelektrodeneinheit (MEA) 6 voneinander getrennt sind.
Dem Anodenraum 5 des Brennstoffzellenstacks 3 wird Wasserstoff als Brennstoff zugeführt. Dieser entstammt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einem Druckgasspeicher 7 und wird über ein Druckregel- und Dosierventil 8 dem Anodenraum 5 zugeführt. Unverbrauchter Brennstoff strömt über eine Rezirkulationsleitung 9 wieder zurück und wird vermischt mit frischem Brennstoff dem Anodenraum 5 erneut zugeführt. Um Druckverluste auszugleichen, befindet sich im Bereich der Rezirkulationsleitung 9 außerdem eine Rezirkulationsfördereinrichtung 10. Außerdem ist dort ein Wasserabscheider 11 angeordnet, welcher über eine Ventileinrichtung 12 zum Ablassen von Wasser und/oder inerten Gasen, welche sich in der Rezirkulationsleitung 9 mit der Zeit anreichern, ausgebildet ist. Dieser Aufbau in einem sogenannten Anodenkreislauf ist aus dem allgemeinen Stand der Technik an sich bekannt. Er ist für das hier dargestellte Brennstoffzellensystem 1 dabei rein beispielhaft zu verstehen.
Dem Kathodenraum 4 des Brennstoffzellenstacks 3 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 13 zugeführt. Diese Zuluft, welche vor der Luftfördereinrichtung über einen nicht dargestellten Luftfilter typischerweise gefiltert wird, gelangt über einen Gas/Gas-Befeuchter 14 in den Kathodenraum 4 und dient dort als Sauerstoff lieferndes Edukt. Die Abluft, also das Produkt, wird zusammen mit entstandenem Produktwasser aus dem Kathodenraum 4 über eine Abluftleitung 15 abgeführt. Die Abluftleitung 15 bildet somit ein Leitungselement 150 zum Abführen der Edukte aus der Brennstoffzelle 3, hier insbesondere aus dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3. Die Abluft strömt dabei wiederum über den Gas/Gas-Befeuchter 14 und gibt ihre dampfförmige Feuchtigkeit an den trockenen und typischerweise warmen Zuluftstrom zu dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 ab. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems 1 strömt die Abluft nach dem Gas/Gas-Befeuchter 14 über einen Wasserabscheider 16 und anschließend über eine Turbine 17, in welcher ein Teil der in der Abluft enthaltenen Druckenergie und thermischen Energie zurückgewonnen wird. Die Turbine 17 steht dabei über eine gemeinsame Welle mit der Luftfördereinrichtung 13 in Verbindung. Auf der gemeinsamen Welle ist außerdem eine elektrische Maschine 18 angeordnet, welche zusammen mit der Turbine 17 zum Antreiben der Luftfördereinrichtung 13 dient. Sollte in Sonderfällen im Bereich der Turbine 17 mehr Energie bereitstehen, als durch die Luftfördereinrichtung 13 benötigt wird, dann kann die elektrische Maschine 18 auch generatorisch zur Erzeugung von elektrischer Leistung mittels der Turbine 17 genutzt werden. Auch dieser kathodenseitige Aufbau ist so aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, sodass auch hierauf nicht in allen Details eingegangen wird. Die Besonderheiten des hier dargestellten Brennstoffzellensystems 1 erschließen sich aus den nachfolgenden Figuren, welche beispielhaft anhand der Abluftleitung 15 als Leitungselement 150 zur Abfuhr von Produkten aus dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 dargestellt sind.
Nun ist es so, dass das Brennstoffzellensystem 1 beim Abschalten so betrieben werden kann, dass der Restsauerstoff im Kathodenraum 4 komplett aufgebraucht ist. Dies verringert die Gefahr einer eventuellen Korrosion des Kathodenkatalysators deutlich. Nun ist es aber auch so, dass in dem hier prinzipmäßig angedeuteten Fahrzeug 2, wenn dieses abgestellt ist, durch temperaturbedingte Konvektionseffekte und Windeffekte, welche beim Abstellen des Fahrzeugs 2 nie vollkommen vermieden werden können, erneut Luft in den Bereich des Kathodenraums 4 eindringen kann. Hierdurch liegt im Bereich des Kathodenraums 4 dann wieder Sauerstoff vor, obwohl dieser beim Abschalten des Systems vollständig aufgebraucht worden war. Der durch den Abschaltvorgang erzielte Vorteil hinsichtlich einer Verminderung der Korrosion bzw. Schädigung des Kathodenkatalysators geht somit wieder verloren.
Um das Wiedereindringen von Luft bzw. Luftsauerstoff in den Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 sicher, einfach und zuverlässig zu verhindern, wird nun beispielhaft an der Abluftleitung 15 als Leitungselement 150 ein Aufbau beschrieben, welcher das Leitungselement 15 einfach und effizient gegenüber eindringender Luft im Stillstand des Brennstoffzellensystems 1 abschottet. In der Darstellung der 2 ist hierzu das Leitungselement 15 mit den darin befindlichen Einbauten dargestellt. Gemäß dem mit 19 bezeichneten Pfeil strömt Abluft und Produktwasser als Produkt der Brennstoffzelle 3 aus dem Kathodenraum 4 in das Leitungselement 150 der Abluftleitung 15 ein. Die Produkte strömen zuerst durch einen Siphon 20 und dann in den Gas/Gas-Befeuchter 14. Anschließend kommt der bereits beschriebene Wasserabscheider 16, bevor die Abluft über die Turbine 17 gemäß dem mit 21 bezeichneten Pfeil an die Umgebung gelangt. Anstelle der Turbine 17 wäre dabei auch jede andere Art einer druckmindernden Baueinrichtung denkbar. Nun ist es so, dass sich sowohl im Bereich des Wasserabscheiders 16 als auch im Bereich des Befeuchters 14 flüssiges Wasser ansammeln kann. Dieses flüssige Wasser wird zusammen mit flüssigem Wasser, welches sich in dem Bereich des Leitungselements 150 nach der Turbine 17 ansammelt, in einem Speichervolumen 22 gesammelt. Das Speichervolumen 22 ist dabei über eine Flüssigkeitszuleitung 23 bzw. Zuleitung 23 mit dem Siphon 20 verbunden. Sich im Betrieb ansammelndes Wasser gelangt aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Bereich des Leitungselements 150 vor der Turbine 17 und dem Bereich des Leitungselements 150 nach der Turbine 17 über eine Sammelleitung 24 vom Wasserabscheider 16 und eine Sammelleitung 25 vom Befeuchter 14 in das Speichervolumen 22. Über die Zuleitung 23 zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 22 und dem Siphon 20 kann ebenfalls Wasser in dieser Situation in das Speichervolumen 22 gelangen, falls dieses sich im Bereich des Siphons 20 abscheidet. Dieses ist jedoch eher unwahrscheinlich, sodass typischerweise durch den Überdruck über die Zuleitung 23, welche einen sehr viel kleineren Durchmesser als das Leitungselement 150 aufweist, Abluft in das Speichervolumen 22 eindringt und von dort in die Umgebung abströmt. Eine Durchströmung der Zuleitung 23 mit Flüssigkeit bzw. Produktwasser von dem Speichervolumen 22 in Richtung des Siphons 20 wird durch die Druckdifferenz während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 verhindert.
In der Darstellung der 3 ist derselbe Aufbau nochmals zu erkennen, in einer Situation, in welcher der Speichervolumen 22 vollständig mit Produktwasser gefüllt ist. Ein eventueller Wasserüberschuss gelangt über das Leitungselement 150 dann direkt an die Umgebung.
Wird das Brennstoffzellensystem 1 abgestellt, vorzugsweise mit einer Sauerstoffabreicherung im Kathodenraum 4, so unterbleibt die anhand der Pfeile 19, 21 dargestellte Strömung in der Abluftleitung 15. Diese Situation ist in der Darstellung der 4 exemplarisch angedeutet. Stattdessen strömt nun insbesondere durch die Zuleitung 23 und, falls das Speichervolumen 22 gänzlich gefüllt ist, gegebenenfalls auch durch die Sammelleitungen 24, 25, Wasser zurück in Richtung des Befeuchters 14 des Wasserabscheiders 16 und insbesondere in Richtung des Siphons 20. Da der Siphon 20 so ausgebildet ist, dass die in Strömungsrichtung der Abluft, falls diese strömt, vor ihm und nach ihm liegenden Bereiche höher sind als der Bereich des eigentlichen Siphons 20, sammelt sich hier das über die Zuleitung 23 in den Siphon 20 strömende Wasser und blockiert das Leitungselement 150 im Bereich des Siphons 20, wie in 4 dargestellt. Somit kann keine Luft und damit kein Luftsauerstoff durch das Leitungselement 150 strömen. Die Verbindung des Kathodenraums 4 mit der Umgebung wird sicher und zuverlässig unterbunden. Hierfür ist keinerlei zusätzlicher Steuerungsaufwand notwendig. Beim Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 kommt es automatisch zu einem Abstellen der Luftfördereinrichtung 13, sodass weder ein Zuluftstrom noch ein Abluftstrom zu bzw. von dem Kathodenraum 4 auftritt. Das Wasser strömt aus dem Speichervolumen 22 dann automatisch in den Bereich des Siphons 20 und blockiert das Leitungselement 150 gegenüber eindringender Luft.
Bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems 1 wird die Luftversorgung gestartet und durch die durch das Leitungselement 150 strömende Abluft wird das Wasser aus dem Bereich des Siphons 20 über den Befeuchter 14 und den Wasserabscheider 16 wieder zurück in das Speichervolumen 22 gedrückt, sodass das Brennstoffzellensystem 1 sich in der in 2 oder 3 dargestellten Situation befindet und für das nächste erneute Abstellen vorbereitet ist. Überschüssiges Wasser gelangt gemäß dem Pfeil 21 zusammen mit der Abluft nach der Turbine 17 an die Umgebung. Alternativen hierzu sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und üblich. So kann das Wasser beispielsweise abgelassen, zerstäubt, verdampft oder dergleichen werden. Dies ist nicht Teil der hier vorliegenden Erfindung, deshalb wird darauf nicht näher eingegangen.
Nun ist es so, dass ein Absperren des Leitungselements 150 nicht sofort erfolgen muss. So ist beispielsweise in einem Zeitraum von ca. 10–20 Minuten nach dem Abstellen ein Absperren des Leitungselements 150 ausreichend. Entsprechend kann die Dimensionierung der Zuleitung 23 sehr viel kleiner als der Durchmesser des Leitungselements 150 erfolgen. In dem unten erläuterten Beispiel, bei dem das Leitungselement 150 einen Durchmesser von 40 mm aufweist, kann der Durchmesser der Zuleitung 23 beispielsweise wenige Millimeter, insbesondere einen oder zwei Millimeter betragen. Hierdurch wird im Betrieb sicher und zuverlässig ein Einströmen von Wasser über die Zuleitung 23 in den Bereich des Siphons 20 unterbunden. Dennoch kann der Siphon 20 nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 innerhalb einiger Minuten durch die Zuleitung 23 mit Wasser vollaufen, sodass beispielsweise nach spätestens 20 Minuten in dem Siphon 20 ausreichend Wasser vorhanden ist, um eine ernute Luftzufuhr in den Kathodenraum 4 sicher und zuverlässig zu blockieren. Der Aufbau ist dadurch außerordentlich einfach und effizient. Geht man beispielsweise von einem Durchmesser des Leitungselements 150 von beispielsweise 40 mm aus und kombiniert dies mit einer durchschnittlichen Leistungsabgabe der Brennstoffzelle 3 von ca. 10 kW, dann ergibt sich eine Wasserproduktion in Abhängigkeit der Zellspannung von etwa 1–1,5 cm³/s. Dann entsteht die benötigte Produktwassermenge von etwa 200 cm³ in einer Zeitspanne von etwa 3 Minuten. Da die durchschnittliche Betriebsdauer des Brennstoffzellensystems 1 in dem Fahrzeug 2 statistisch bei etwa 15 Minuten liegt, sollte zum Start des Brennstoffzellensystems 1 auch bei vollkommen entleertem Speichervolumen 22 ein sicheres und zuverlässiges Absperren des Leitungselements über das generierte Produktwasser problemlos möglich sein.
Durch den wassergefüllten Siphon 20 lassen sich dabei Konvektionsvorgänge und moderate Luftströmungen, welche zu einem Eindringen von Sauerstoff in den Kathodenraum 4 führen könnten, problemlos abblocken. So ergibt sich beispielsweise bei einem Wind mit einer Windgeschwindigkeit von bis zu 5 m/s ein Druck von maximal 15 Pa, dies entspricht etwa 1,5 mm Wassersäule. Bereits ein Wasserstand, welcher nur sehr wenig über den höchsten Punkt des Siphons hinausragt, um das Leitungselement 150 zu blockieren, reicht also bereits aus, um das Eindringen von Luft bei moderaten Windgeschwindigkeiten zu unterbinden. Solche Windgeschwindigkeiten stellen jedoch den größten Teil der im statistischen Mittel auftretenden Windgeschwindigkeiten dar, sodass eine sehr gute Funktionalität mit einfachen Mitteln erzielt werden kann. Somit wird eine gute Verbesserung der Lebensdauer der Brennstoffzelle 3 ermöglicht.
Nun ist es natürlich so, dass die Verwendung von Produktwasser als Flüssigkeit zum Befüllen des Siphons 20, um das Eindringen von Luft bzw. Luftsauerstoff in den Kathodenraum 4 zu blockieren, mit der Problematik einhergeht, dass Produktwasser sehr rein ist und deshalb bereits bei 0°C sehr leicht gefriert. Ein Auftauen des Siphons 20 bei einem eventuellen Start des Brennstoffzellensystems 1 bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts ist jedoch höchst unerwünscht, da er zeit- und energieintensiv wäre. Es ist jedoch von Brennstoffzellensystemen 1 allgemein bekannt, dass diese, um bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts schnell und zuverlässig gestartet werden zu können, möglichst trocken sein sollten. Deshalb hat es sich in der Vergangenheit etabliert, bei Brennstoffzellensystemen 1 in Fahrzeugen 2 ein temperaturgesteuertes Aufwecken des an sich abgestellten Brennstoffzellensystems 1 zu implementieren. Fallen die Temperaturen auf Werte, welche die Gefahr eines Einfrierens anzeigen, dann kann das Brennstoffzellensystem 1 auch im abgestellten Zustand vorübergehend „aufgeweckt” werden. Das Brennstoffzellensystem 1 wird dann beispielsweise durch ein Starten der Luftfördereinrichtung 13 und/oder der Rezirkulationsfördereinrichtung 10 durchspült, um so die Brennstoffzelle 3 selbst und die Leitungselemente von und zu der Brennstoffzelle 3 entsprechend auszutrocknen. Falls die Temperaturen beim Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 bereits unterhalb einer kritischen Grenztemperatur liegen, kann dieser Vorgang selbstverständlich auch bereits im Rahmen einer Abschaltprozedur so mit vorgenommen werden.
Kommt es nun zu einer solchen Gefrierstartvorbereitung des Brennstoffzellensystems 1, beispielsweise bei einem abgestellten System, dann wird typischerweise der in 4 dargestellte Zustand des Brennstoffzellensystems 1 vorliegen. Der Siphon 20 ist also mit Wasser gefüllt. Durch einen kurzzeitigen Betrieb der Luftfördereinrichtung 13 wird nun nicht nur die Brennstoffzelle 3 getrocknet, sondern das Wasser aus dem Siphon 20 wird, vergleichbar wie bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems 1, aus diesem herausgeblasen und gelangt in den Befeuchter 14, in den Wasserabscheider 16 und typischerweise in die Umgebung des Brennstoffzellensystems 1. Der Siphon 20 und das Leitungselement 150 werden in dieser Situation also freigeblasen. Hierdurch wird ein Einfrieren des Leitungselements 150 insbesondere im Bereich des Siphons 20 sicher und zuverlässig vermieden. Reste von Wasser werden sich typischerweise in den Sammelleitungen 24, 25, dem Befeuchter 14, der Zuleitung 23 sowie gegebenenfalls im Bereich des Wasserabscheiders 16 oder gegebenenfalls auch im tiefsten Bereich des Siphons 20 sammeln. Diese Situation ist in der Darstellung der 5 prinzipmäßig dargestellt. Der größte Teil des Wassers wird jedoch aus dem System ausgeblasen bzw. aufgetrocknet, sodass auch bei einem Einfrieren des in dem Brennstoffzellensystem 1 befindlichen Restwassers keine Blockade des Leitungselements 150 auftreten kann. Hierdurch ist ein sicherer, schneller und zuverlässiger Wiederstart des Brennstoffzellensystems auch unter Gefrierbedingungen gewährleistet.
Die Situation ist nun so, dass in diesem Fall das Leitungselement 150, wie es in der Darstellung der 5 zu erkennen ist, nicht mehr gegenüber der Umgebung abgesperrt ist. In diesen Situationen kann also Sauerstoff bzw. Luft in den Kathodenraum 4 eindringen. Dies führt unweigerlich zu den eingangs geschilderten Mechanismen und damit zu einer Korrosion bzw. Schädigung des Katalysators mit einer entsprechenden Degradation der Brennstoffzelle 3. Nun ist es jedoch so, dass die Fälle, in denen eine derartige Situation auftritt, im statistischen Mittel des Betriebs des mit dem Brennstoffzellensystem 1 ausgestatteten Fahrzeugs 2 typischerweise in geringerer oder deutlich geringerer Anzahl auftreten als die Fälle, in denen eine derartige Gefrierstartvorbereitung gar nicht notwendig ist. Um das sehr einfache und effiziente Konzept des Siphons 20 als „Wasserventil” nutzen zu können, nimmt man hier in Kauf, das in Fällen, in denen eine Gefrierstartvorbereitung notwendig war, die Absperrung des Kathodenraums 4 gegenüber der Umgebung aufgehoben wird. Dennoch lässt sich über die Gesamtlebensdauer der Brennstoffzelle 3 gesehen eine deutliche Verbesserung der Lebensdauer gegenüber Brennstoffzellensystemen 1 ohne einen derartigen Siphon 20 erzielen. Gegenüber Brennstoffzellensystemen 1 mit Ventilen, welche hinsichtlich des Einfrierens ebenfalls gefährlich sind, wird bei minimal verschlechterter Lebensdauer des Brennstoffzellensystems 1 ein sehr viel einfacheres, kostengünstigeres und weniger komplexes Brennstoffzellensystem 1 realisiert.
In der Darstellung der 6 ist eine alternative Ausführungsform für den Siphon 20 und das Speichervolumen 22 dargestellt. Das Speichervolumen 22 ist hierbei in dem Befeuchter 14 mit integriert. Es steht auch hier wieder über die Zuleitung 23 mit dem Siphon 20 in Verbindung. Die Darstellung in der 6 zeigt dabei den analog der 4 gewählten Betriebszustand beim abgestellten System. Das Speichervolumen 22 als Teil des Befeuchters 14 ist dabei so konzipiert, dass es in seiner Größe mit der Größe des Siphons 20 entsprechend korrespondiert. Der neben dem Speichervolumen 22 angeordnete Bereich des Befeuchters 14 weist dafür die an sich bereits bekannte Sammelleitung 25 zur Abfuhr des restlichen sich dort sammelnden Wassers auf.
Wie bereits erläutert, erfordert der Siphon 20 bei einem beispielhaften Leitungsdurchmesser von etwa 40 mm eine Wassermenge von ca. 200 cm³, um sicher und zuverlässig gegenüber strömenden Gasen blockiert werden zu können. Diese Wassermenge lässt sich als Produktwasser typischerweise innerhalb von ca. drei Minuten generieren. Dennoch gibt es Möglichkeiten, diese Wassermenge entsprechend zu reduzieren, was insbesondere hinsichtlich der benötigten Leistung beim Austrocknen des Brennstoffzellensystems 1 bzw. des Siphons 20 für eine Gefrierstartvorbereitung sowie hinsichtlich der sehr schnellen Bereitstellung des Produktwassers beim laufenden Brennstoffzellensystem 1 ein entscheidender Vorteil sein kann.
In der Darstellung der 7 ist der untere Teil des Siphons 20 nochmals in einem prinzipmäßigen Ausschnitt dargestellt. Anders als bei den zuvor gezeigten Figuren, in denen der Siphon 20 immer U-förmig war, ist er hier V-förmig ausgeführt. Dies ist lediglich ein Ausführungsbeispiel und lässt sich selbstverständlich entsprechend variieren, sodass U-förmige und V-förmige Ausgestaltungen beliebig untereinander austauschbar sind. Innerhalb des Siphons 20 sind im Querschnitt V-förmige Einbauelemente 26 zu erkennen. Sie sind entsprechend der Ausgestaltung des Siphons 20, welcher in diesem Fall V-förmig ausgebildet ist. Sie könnten jedoch genauso gut U-förmig ausgebildet sein, insbesondere wenn der Siphon 20 dies ebenfalls ist. Sie sind nach unten geschlossen und folgen dabei in ihrer Form in etwa dem Querschnitt des Siphons 20. Bei einem Volllaufen mit Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, wobei diese in der Darstellung der 7 im gefüllten Zustand dargestellt sind, läuft jedes einzelne der Einbauelemente 26 unabhängig voneinander voll, sodass insgesamt mit sehr viel weniger Flüssigkeit eine Sperrwirkung erzielt wird. Der Siphon wird also faktisch in mehrere Teilsiphons aufgeteilt. Dennoch bieten die Einbauelemente 26 für den Fall der Durchströmung des Siphons 20 im regulären Betrieb einen kaum erhöhten Strömungswiderstand für das strömende Gas, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der strömenden Abluft.
In der Darstellung der 8 ist eine weitere Variante dieses Aufbaus dargestellt. Die einzelnen Einbauelemente 26 unterscheiden sich dabei gegenüber der Darstellung in 7 in ihrer Größe. Das am weitesten unten liegende Einbauelement 26 ist am größten, das am weitesten oben liegende Einbauelement 26 am kleinsten. Dieser Aufbau gewährleistet bei einer Anbindung der Zuleitung 23, in dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel von oben, dass zuerst das oberste Einbauelement 26 mit Wasser vollläuft. Anschließend läuft das Wasser seitlich über dieses Einbauelement 26 über und füllt damit das darunterliegende Einbauelement 26, und so weiter. Durch diesen Effekt wird das Wasser in der Art einer Kaskade nach unten verteilt. Mit minimaler Wassermenge wird so ein sicheres und zuverlässiges Absperren des durchströmbaren Querschnitts ermöglicht.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung ist in den Darstellungen der 9 und 10 zu erkennen. Die 9 zeigt dabei wieder den regulären Betrieb, bei welchem Abluft durch den Siphon 20 strömt, während in der Darstellung der 10 der gesperrte Betrieb dargestellt ist. Im Bereich der Zuleitung 23 findet sich bei den Ausführungsformen der 9 und 10 jeweils eine Ventileinrichtung 27, welche insbesondere aktiv angesteuert werden kann. Hierdurch wird einerseits das Eindringen von Wasser in den Siphon 20 im regulären Betrieb sicher und zuverlässig verhindert und andererseits kann bei entsprechend großem Durchmesser der Zuleitung ein sehr schnelles Füllen des Siphons nach dem Abstellen durch Öffnen der Ventileinrichtung 27 erzielt werden. Dies ermöglicht eine gesteuerte Befüllung des Siphons 20, um Luftströmungen von und zu dem Kathodenraum zu blockieren. Anders als eine Ventileinrichtung, welche im Leitungselement 150 selbst angeordnet wäre, ist dabei die Ventileinrichtung 27 sehr viel einfacher, kleiner und leichter zu realisieren, sodass die entsprechenden Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auch hier noch weitgehend zum Tragen kommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007059999 A1 [0005]
WO 2010/085222 A2 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Zufuhr von Edukten oder zur Abfuhr von Produkten einer Brennstoffzelle (3) mit einem Leitungselement (150), welches wenigstens eine mit einer Flüssigkeitsquelle (22) verbundenen Bereich aufweist, welcher über eine Flüssigkeitszuleitung (23) mit der Flüssigkeitsquelle (22) verbunden ist, und welcher im bestimmungsgemäßen Gebrauch tiefer angeordnet ist, als Abschnitte des Leitungselements (150) in Strömungsrichtung vor und nach dem besagten Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Bereich als Siphon (20) in dem Leitungselement (150) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Siphon (20) sowie die Abschnitte in Strömungsrichtung vor und/oder nach dem Siphon (20) denselben durchströmbaren Querschnitt aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, die Flüssigkeitszuleitung (23) einen sehr viel kleineren Querschnitt als das Leitungselement (150) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (150) zur Zufuhr von Zuluft und/oder zur Abfuhr von Abluft vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Produktwasser aus der Brennstoffzelle (3) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsquelle als Speichervolumen (22) für Flüssigkeit ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (22) im bestimmungsgemäßen Gebrauch oberhalb des Siphons (20) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen (22) mit einem Befeuchter (14) und/oder einem Flüssigkeitsabscheider (16) zur Flüssigkeitsversorgung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Leitungselement (150) ein Befeuchter (14) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil des Speichervolumens (22) in dem Befeuchter (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeitszuleitung (23) eine Ventileinrichtung (27) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein im Querschnitt U- oder V-förmiges im bestimmungsgemäßen Gebrauch nach unten geschlossenes Einbauelement (26) in dem Siphon angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Einbauelemente (26) mit im bestimmungsgemäßen Gebrauch nach oben hin von Einbauelement (26) zu Einbauelement (26) abnehmender Ausdehnung in dem Siphon (20) angeordnet sind.