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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Ein gattungsgemäßes Brennstoffzellensystem wird in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 058 717 A1 beschrieben. In dieser Schrift wird ausgeführt, dass es im Stillstand des Brennstoffzellensystems außerordentlich problematisch sein kann, wenn Luft in die Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems eindringt, da beim Wiederstart und der damit verbundenen Versorgung der Brennstoffzelle mit Wasserstoff eine Sauerstoff-Wasserstoff-Front durch den Anodenraum der Brennstoffzelle läuft und hierdurch der dort befindliche Katalysator entsprechend altert. Aus diesem Grund ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, dass Brennstoffzellensysteme mit Absperrventilen versehen werden können, um das Eindringen von Luft im Stillstand sicher und zuverlässig zu verhindern. Diese Absperrventile haben dabei immer den Nachteil, dass diese aktiv angesteuert werden müssen, was einen gewissen Energiebedarf bedeutet, welcher entweder während des Betriebs oder im Falle eines im unbestromten Zustand geöffneten Ventils während der gesamten Zeit des Stillstands auftritt. Dies ist höchst unerwünscht.
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Ferner wird in der genannten gattungsgemäßen Schrift der Aufbau der Ventileinrichtungen in Form von sehr einfachen Klappen beschrieben, welche jedoch den gravierenden Nachteil aufweisen, dass diese Einfrieren bzw. festfrieren können, sodass in diesem Fall das Brennstoffzellensystem nicht mehr ohne weiteres in Betrieb genommen werden kann. Dies stellt einen gravierenden Nachteil dar.
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In der gattungsgemäßen Schrift wird zur Abhilfe ein Absperrmittel vorgeschlagen, welches über elastische Elemente aus Elastomer verfügt, welche so in die Leitungsabschnitte zur Luftzufuhr und Luftabfuhr zu den Brennstoffzellen eingedrückt werden, dass diese bei Bedarf abgesperrt sind. Zur Steuerung dient ein federbelasteter Kolben, welcher beispielsweise mit der Zuluft verbunden werden kann, um so die Steuerung passiv auszubilden und im Falle eines durch die Zuluft aufgebauten Drucks ein Öffnen der Elastomere zu bewerkstelligen, während diese mit abnehmendem Druck in ihren die Leitungen verschließenden Zustand gepresst werden. Der Aufbau ist dabei vergleichsweise komplex und aufwändig in der Herstellung und unterliegt aufgrund der unvermeidlichen Alterung der Elastomere einem gewissen Verschleiß und einer gewissen Alterung. Er ist aufgrund seiner Komplexität entsprechend teuer und aufwändig in der Herstellung und der Montage.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Brennstoffzellensystem in der gattungsgemäßen Art anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet und einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau gewährleistet, welcher einerseits eine hohe Funktionalität ohne aktive Ansteuerung aufweist, und welcher andererseits nicht einfrieren kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Aufbaus ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht es vor, dass eine Klappe als Ventileinrichtung eingesetzt wird, welche durch die Kraft eines Rückstellelements gegen die im Betrieb auftretende Strömung gedrückt ist, wobei ein Thermostatelement vorgesehen ist, durch welches die Klappe unterhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur in einem teilweise geöffneten Zustand gehalten ist. Die z. B. federbelastete Klappe stellt ein außerordentlich einfaches, robustes und kostengünstiges Bauteil dar. Sie kann an beliebiger Stelle beispielsweise in einem Leitungselement unmittelbar vor und/oder unmittelbar nach der Brennstoffzelle selbst vorgesehen werden. Auch eine Integration in die Brennstoffzelle selbst, vergleichbar zur Integration der im gattungsgemäßen Stand der Technik beschriebenen Ventileinrichtung beispielsweise in die Endplatte der Brennstoffzelle, ist selbstverständlich denkbar und möglich. Der Aufbau ist dabei außerordentlich einfach und damit entsprechend kostengünstig und im normalen Betrieb weder fehleranfällig noch hinsichtlich der Alterung anfällig. Die im Betrieb auftretende Strömung drückt die Klappe dabei selbsttätig in einen geöffneten Zustand. Wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems eingestellt wird, wird die Klappe durch die Kraft der Feder als beispielhaftes Rückstellelement in ihren geschlossenen Zustand zurückgestellt und verschließt in der gewünschten Art und Weise das Leitungselement, sodass die Zuluftleitung und/oder die Abluftleitung des Brennstoffzellensystems verschlossen ist.
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Zusätzlich ist bei der Ventileinrichtung in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ein Thermostatelement vorgesehen, welches die Klappe unterhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur in dem teilweise geöffneten Zustand hält. Über ein solches Thermostatelement kann sichergestellt werden, dass die Klappe beispielsweise bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts in einem geöffneten Zustand gehalten wird, bzw. durch das Thermostatelement in den geöffneten Zustand bewegt wird, wenn sie sich zuvor in einem gänzlich geschlossenen Zustand befunden hatte. Hierdurch kann durch eine Verhinderung der Anlage der Klappe an den Wandungen des Leitungselements, in welchen sie angeordnet ist, sichergestellt werden, dass die Klappe nicht an dem Leitungselement anfriert oder durch sich dort bildende gefrorene Tröpfchen blockiert wird. Vielmehr wird die Klappe bei den sehr niedrigen Temperaturen in einem vorzugsweise leicht geöffneten Zustand gehalten, um so das Einfrieren zu verhindern. In diesem Zustand ist es dann jedoch möglich, dass Luft und damit Sauerstoff an der Klappe vorbei durch das Leitungselement beispielsweise in den Kathodenraum der Brennstoffzelle diffundiert, was im Prinzip unerwünscht ist, da er dann durch die Membranen diffundieren und im Anodenraum die unerwünschte Degradation auslösen kann. Nun ist es jedoch so, dass bei sehr niedrigen Temperaturen die Neigung zur Schädigung bzw. Alterung der Brennstoffzelle rapide abnimmt. Über die gesamte Lebensdauer der Brennstoffzelle hinweg wird mit einer Klappe in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem also dennoch ein sehr guter Schutz gegen die Alterung der Brennstoffzelle erreicht, ohne dass hierfür ein großer konstruktiver und hinsichtlich der Herstellung und Montage finanzieller Aufwand betrieben werden muss. Alles in allem stellt das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem somit eine sehr günstige Lösung als Kompromiss zwischen Komplexität, Störanfälligkeit, Kosten und Optimierung der Lebensdauer der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems dar.
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Da die Klappen der Ventileinrichtungen auch in einem Zustand, in welchem sie durch den Strömungsdruck der Zuluft bzw. Abluft zu der Brennstoffzelle oder von der Brennstoffzelle geöffnet werden, unweigerlich immer einen gewissen Strömungsdruckverlust verursachen, kann es gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems vorgesehen sein, dass die Klappe mit einer Druckkammer in Wirkverbindung steht, sodass bei einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer die Öffnung der Klappe bewirkt oder zumindest unterstützt wird. Eine solche Druckkammer kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als eines ihrer Wandelemente einen drehfest mit der Klappe verbundenen Fortsatz aufweist, sodass über diesen Fortsatz und die Hebelwirkung zwischen dem Fortsatz und der drehfest mit ihm verbundenen Klappe die Öffnung der Klappe entgegen der Federkraft bei einer Druckbeaufschlagung der Kammer bewirkt wird. Wenn eine solche Druckkammer dann beispielsweise direkt über eine Zweigleitung mit einer Luftfördereinrichtung des Brennstoffzellensystems verbunden wird, dann kann zusätzlich zur strömenden Luft eine zusätzliche Öffnungskraft auf die Klappe durch den in der Druckkammer befindlichen Druck erzeugt werden, sodass die Klappe bereits bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten der Zuluft bzw. Abluft im Bereich der Klappe weitgehend geöffnet wird, und so einen sehr großen Strömungsquerschnitt freigibt und lediglich minimale Druckverluste in der Strömung erzeugt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Brennstoffzellensystems in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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2 verschiedene Zustände einer Ventileinrichtung in einem Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung in einer ersten möglichen Ausführungsform;
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3 eine Prinzipdarstellung einer Ventileinrichtung in einem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem in einer alternativen Ausführungsform; und
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4 verschiedene Zustände einer Ventileinrichtung in einem Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung in einer weiteren alternativen Ausführungsform.
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In der Darstellung der 1 ist ein sehr stark schematisiert angedeutetes Brennstoffzellensystem 1 in einem Fahrzeug 2 zu erkennen. Das Brennstoffzellensystem 1 soll dabei elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug 2 zur Verfügung stellen. Den Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine PEM-Brennstoffzelle 3, welche als sogenannter Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack ausgebildet ist. Dieser Brennstoffzellenstapel 3 besteht aus einer Vielzahl von Einzelzellen, welche jeweils einen Anodenraum 4 und einen Kathodenraum 5 aufweisen. Rein beispielhaft ist in der Darstellung der 1 einer der Kathodenräume 5 und einer der Anodenräume 4 dargestellt. Dem Anodenraum 4 des Brennstoffzellenstapels 3 wird über eine Luftfördereinrichtung 6 Luft als Sauerstofflieferant während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 zur Verfügung gestellt. Die Zuluft gelangt über eine Zuluftleitung 7 in den Kathodenraum 5, die Abluft wird über eine Abluftleitung 8 aus dem Kathodenraum 5 abgeführt. Weitere Komponenten innerhalb der Zuluftleitung 7 und der Abluftleitung 8 können beispielsweise Ladeluftkühler, Befeuchter, Luftfilter, katalytische Brenner, Turbinen oder dergleichen sein. All dies ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und für die hier vorliegende Erfindung nicht weiter relevant, sodass auf eine Darstellung dieser Komponenten in 1 verzichtet worden ist.
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Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 9 über ein Druckregel- und Dosierventil 10 zur Verfügung gestellt. Der Wasserstoff strömt dann in den Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 ein und wird in diesem typischerweise ganz oder teilweise mit dem Sauerstoff aus dem Kathodenraum 5 zu elektrischer Energie und Produktwasser umgesetzt. Produktwasser, Inertgase und Restwasserstoff werden in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Rezirkulationsleitung 11 mit einer Rezirkulationsfördereinrichtung 12 zum Eingang des Anodenraums 4 zurückgeführt, um zusammen mit frischem Wasserstoff wieder in den Anodenraum 4 einzuströmen. Dieser Aufbau ist als sogenannte Anodenrezirkulation aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Über einen Wasserabscheider 13 mit einem Ablassventil wird dabei das flüssige Produktwasser in der Rezirkulationsleitung 11 abgeschieden und wird beispielsweise in Abhängigkeit des Wasserstands von Zeit zu Zeit abgelassen. Zusammen mit dem Wasser kann außerdem eine gewisse Menge an Gas abgelassen werden, da Inertgase durch die Membranen vom Kathodenraum 5 in den Anodenraum 4 diffundieren und aufgrund des konstanten Volumens der Anodenrezirkulation somit für eine Verringerung der Wasserstoffkonzentration sorgen, welche nachteilig für die Performance der Brennstoffzelle 3 ist. Anstelle der hier dargestellten Anodenrezirkulation wäre im Prinzip auch ein Aufbau denkbar, bei dem auf eine solche Anodenrezirkulation verzichtet wird. Der Aufbau könnte dann beispielsweise als sogenannter Near-Dead-End-Aufbau realisiert sein, bei welchem eine geringe Menge an Restwasserstoff beispielsweise über einen katalytischen Brenner nach dem Anodenraum 4 nachverbrannt wird.
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Von entscheidender Bedeutung ist es nun, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl im Bereich der Zuluftleitung 7 als auch der Abluftleitung 8 oder nur in Zuluft- oder Abluftleitung 7, 8 jeweils eine Ventileinrichtung 14 angeordnet ist. Diese Ventileinrichtung 14 dient dazu, den Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 immer dann gegenüber der Umgebung abzusperren, wenn das Brennstoffzellensystem 1 nicht in Betrieb ist. Beim Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 wird typischerweise der Restsauerstoff in der Brennstoffzelle gänzlich aufgebraucht. Dieser Zustand sollte möglichst lange erhalten bleiben, um das Eindringen von frischem Sauerstoff zu verhindern, da dieser im Laufe der Zeit durch die Membranen vom Kathodenraum 5 in den Anodenraum 4 diffundieren kann. Er reagiert mit dem dort befindlichen Restwasserstoff und neuer Sauerstoff diffundiert nach. Nach entsprechend langer Stillstandszeit liegt dann eine mit Sauerstoff beladene Atmosphäre in dem Anodenraum 4 vor. Beim Wiederstart wird die Zufuhr von Wasserstoff aus dem Druckgasspeicher 9 gestartet. Dabei wandert Wasserstoff durch den sauerstoffbeladenen Anodenraum 4, wobei es entlang dieser Front zu einer sehr starken Potentialverschiebung am dort befindlichen Elektrokatalysators kommt. Dieser wird entsprechend geschädigt und durch diesen Mechanismus der Degradation wird die Lebensdauer der Brennstoffzelle 3 nachteilig beeinflusst. Sie altert sehr schnell. Um dieser Problematik entgegenzuwirken ist es nun vorgesehen, dass über eine oder beide Ventileinrichtungen 14 die Zuluftleitung 7, idealerweise die Zuluftleitung 7 ebenso wie die Abluftleitung 8 im Stillstand des Brennstoffzellensystems 1 abgesperrt wird. Damit wird das Nachströmen von Sauerstoff in den Kathodenraum 5 beispielsweise durch Windeffekte, Konvektionseffekte oder dergleichen möglichst sicher und zuverlässig verhindert.
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Die Ventileinrichtungen 14 gemäß der Erfindung sind dabei, wie es in der Darstellung der 2 zu erkennen ist, durch Klappen 15 realisiert. Sie werden über eine Rückstellfeder 17 als Rückstellelement in ihrer in 2a) dargestellten geschlossenen Position gehalten. Zusätzlich ist ein Thermostatelement 18 zu erkennen, welches hinsichtlich seiner Länge veränderlich ist, und auf welches später noch näher eingegangen wird. Es ist mit einem Übertragungselement 23 fest verbunden, welches lediglich über das Thermoelement 18 mit der Zuluft- bzw. Abluftleitung 7, 8 verbunden ist. Wird nun die Luftfördereinrichtung 6 in dem Brennstoffzellensystem 1 bei der Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems 1 entsprechend gestartet, dann kommt es zu der in 2b) dargestellten und mit dem Pfeil 19 prinzipmäßig angedeuteten Strömung durch das Leitungselement der Zuluftleitung 7 bzw. der Abluftleitung 8. Über die Strömung 19 wird die Klappe 15 dabei entgegen der Kraft der Rückstellfeder 17 in einen zumindest teilweise geöffneten Zustand bewegt, sodass während des Betriebs des Systems, also immer dann, wenn die Luftfördereinrichtung 6 betrieben wird, eine Durchströmung der Ventileinrichtung 14 mit der Zuluft zu der Brennstoffzelle 3 bzw. der Abluft von der Brennstoffzelle 3 möglich ist. Wird die Luftfördereinrichtung 6 abgeschaltet und die Strömung der Zuluft bzw. Abluft bleibt aus, dann bewegt sich die Klappe 15 aufgrund der Kraft der Rückstellfeder 17 sowie gegebenenfalls der Schwerkraft wieder zurück in die in 2a) gezeigte Position und verschließt die Zuluftleitung 7 bzw. die Abluftleitung 8 sicher und zuverlässig, sodass das Nachströmen von frischer Luft beispielsweise durch Wind- und/oder Konvektionseffekte verhindert wird. Derartige Wind- und/oder Konvektionseffekte haben dabei nicht die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit, um die Klappe 15 gegen die Kraft der Rückstellfeder 17 ausreichend weit zu öffnen, sodass Luft durch die Zuluftleitung 7 bzw. Abluftleitung 8 gelangen könnte.
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Nun ist es so, dass bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts grundsätzlich die Gefahr besteht, dass die Klappe 15 einfriert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Klappe 15 nach einem Befeuchter im Bereich der Zuluftleitung 7 angeordnet ist, oder bei der Klappe 15 der Ventileinrichtung im Bereich der Abluftleitung 8. An diesen Stellen liegt während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 typischerweise feuchte Luft vor, welche nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 in diesen Bereichen verbleibt. Kommt es zu einem Abkühlen des Brennstoffzellensystems 1, dann kann Feuchtigkeit aus der Luft auskondensieren und beispielsweise in Form von Tröpfchen im Bereich der Klappe 15 verbleiben. Sinkt die Temperatur später auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts ab, dann kann die Klappe 15 festfrieren und im Falle der Wiederinbetriebnahme reicht der durch die Zuluft bzw. Abluft aufgebaute Strömungsdruck gegen die Klappe 15 dann nicht mehr aus, um die Klappe sicher und zuverlässig zu öffnen. In diesem Fall kommt es zu einer entsprechenden Verzögerung des Starts des Brennstoffzellensystems 1, was höchst unerwünscht ist. Um dieser Problematik entgegenzuwirken ist das bereits angesprochene Thermostatelement 18 vorgesehen. Dieses Thermostatelement 18 ist in der Lage, seine Länge in Abhängigkeit der Temperatur entsprechend zu verändern. Bei Temperaturen bis ca. 7°C ist die Länge des Thermostatelements 18 dabei so ausgelegt, dass sie die Bewegung der Klappe 15 in den geschlossenen Zustand nicht behindert. Die Klappe 15 kann nach dem Abstellen der Luftfördereinrichtung 6 dann die in 2a) dargestellte Position einnehmen. Sinken die Temperaturen weiter, dann wird sich die Länge des Thermostatelements 18 entsprechend verändern. Das Thermoelement 18 wird typischerweise kürzer. Bei Temperaturen unterhalb einer Grenztemperatur von z. B. 5° bis 7°C kommt es dann durch die Funktion des Thermostatelement 18 dann dazu, dass die Klappe 15 nach dem Abstellen der Luftfördereinrichtung 6 nicht mehr in den geschlossenen Zustand kommt, da diese an dem Übertragungselement 23 anschlägt. Ebenso wird ausgehend von dem in 2a) dargestellten geschlossenen Zustand die Klappe 15 durch eine Verkürzung des Thermostatelements 18 bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts mittels des Übertragungselements 23 in eine zumindest teilweise geöffnete Position bewegt. Eine solche geöffnete Position ist in der Darstellung der 2c) zu erkennen. Hierdurch wird ein Einfrieren der Klappe 15 und damit eine Fehlfunktion der Ventileinrichtung 14 bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gänzlich vermieden und ein sicherer, schneller und zuverlässiger Start des Brennstoffzellensystems 1 ist auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts durch die in der beschriebenen Art ausgestalteten Ventileinrichtungen 14 problemlos möglich.
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Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts sind die Ventileinrichtungen 14 dann jedoch auch im Stillstand des Brennstoffzellensystems 1 in einem zumindest teilweise geöffneten Zustand. Dies kann jedoch toleriert werden, da je niedriger die Temperaturen sind, desto weniger stark die Degradationsmechanismen der Brennstoffzelle zum Tragen kommen. Ein sicheres und zuverlässiges Verschließen der Zuluftleitung 7 bzw. der Abluftleitung 8 bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunkts reicht bereits aus, um die Lebensdauer der Brennstoffzelle 3 nachhaltig zu verbessern, sodass die bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts geöffneten Ventileinrichtungen 14 in Kauf genommen werden können, um den Nachteil eines sehr langsamen oder nicht möglichen Gefrierstarts zu umgehen, ohne dass die Lebensdauer der Brennstoffzelle 3 über die Gesamtbetriebsdauer des Brennstoffzellensystems 1 dadurch gravierend beeinträchtigt werden würde.
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Nun ist es so, dass die Klappen 15, auch wenn die entsprechende Strömung 19 diese in den geöffneten oder teilweise geöffneten Zustand drückt, immer einen gewissen Strömungswiderstand für die Zuluft bzw. Abluft darstellen. Dies kann insbesondere bei einem Teillastbetrieb der Brennstoffzelle 3 bzw. des Brennstoffzellensystems 1 und einem damit einhergehenden vergleichsweise kleinen Volumenstrom an Zuluft bzw. Abluft höchst unerwünscht sein. Insbesondere für diese Betriebszustände kann es deshalb vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung 14 in der in 3 prinzipmäßig angedeuteten Art ausgebildet ist. Gegenüber der zuvor beschriebenen Ventileinrichtung 14 weist die in 3 in einem dem Zustand in 2b) entsprechenden Zustand dargestellte Ventileinrichtung 14 zusätzlich eine Druckkammer 20 auf, welche über ein Leitungselement 21 direkt mit der Luftfördereinrichtung 6 des Brennstoffzellensystems 1 verbunden werden kann. Auch andere Quellen von Druck, welche während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 auftreten, sind zur Verbindung mit der Leitung 21 geeignet. Eines der Wandelemente der Druckkammer wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Fortsatz 22 der Klappe 15 gebildet, welcher drehfest, also starr über ein Getriebe drehfest mit der Klappe 15 verbunden und auf der gegenüberliegenden Seite des Drehpunkts 16 angeordnet ist. Wird die Druckkammer 20 nun mit Druck beaufschlagt, so wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Fortsatz 22 nach links gedrückt, wobei er in der Darstellung der 3 bereits in seiner annähernd vollständig geöffneten Position dargestellt ist. Aufgrund der starren bzw. über eine Übersetzung drehfest verbundenen Ausführung des Fortsatz 22 mit der Klappe 15 unterstützt der in der Druckkammer 20 vorliegende Druck nun die Bewegung der Klappe 15 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 17 in ihre geöffnete Position. Die Klappe 15 wird also nicht nur von der Strömung 19 sondern ergänzend auch durch den über die Leitung 21 in die Druckkammer 20 eingebrachten Druck in die geöffnete Position bewegt. Hierdurch kann eine sehr gute Öffnung der Klappe auch bei kleinen Volumenströmen an Zuluft bzw. Abluft erreicht werden, sodass der mit der Klappe 15 einhergehende Strömungswiderstand während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1, und hier insbesondere im Teillastbetrieb, entsprechend verringert wird.
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Eine weitere Möglichkeit, den Strömungsdruckverlust in der Zuluftleitung 7 bzw. der Abluftleitung 8 einzuschränken besteht darin, alternativ oder ergänzend zu der eben beschriebenen Ausführungsform das Thermostatelement 18 nach außerhalb der Zuluftleitung 7 bzw. der Abluftleitung 8 zu verlagern. Ein entsprechendes Beispiel, analog zu den in 2 beschriebenen Zuständen, ist in ebenfalls drei Zuständen in der Darstellung der 4 zu erkennen. Der Aufbau nutzt, ähnlich wie bei der Darstellung in 3, einen Fortsatz 22 an der Klappe 15, welcher so ausgebildet ist, dass er bei einer Bewegung der Klappe 15 gegen die Kraft der Rückstellfeder 17, wie sie in der 4b) dargestellt ist, eine Drehbewegung zulässt, und dass keine Drehbewegung um den Drehpunkt möglich ist, wenn die Klappe 15 und ihr Fortsatz 22 durch das außerhalb der Zuluftleitung 7 bzw. Abluftleitung 8 angeordnete Thermostatelement 18 entsprechend bewegt wird. Das Thermostatelement 18 ist dabei in einem Langloch 24 des Fortsatzes 22 aufgenommen. Wenn es sich verkürzt, zieht es an dem Fortsatz entgegen der Richtung der Strömung 19, wodurch die Klappe 15, wie in der Darstellung der 4c) zu erkennen, in eine geöffnete Position bewegt wird. Der Vorteil bei diesem Aufbau ist einerseits, dass das Thermostatelement 18 außerhalb der Zuluftleitung 7 bzw. Abluftleitung 8 angeordnet ist. Hierdurch wird nicht die Temperatur in der Zuluftleitung 7 bzw. Abluftleitung 8 sondern die Temperatur außerhalb für die entsprechende Reaktion des Thermostatelements 18 genutzt. Andererseits kann durch die Anordnung des Thermostatelements 18 auf der anderen Seite des Drehpunkts 16 auf das Übertragungselement 23 verzichtet werden, da eine Verkürzung des Thermostatelements 18, wie sie allgemein üblich ist, hier direkt die gewünschte Bewegung der Klappe 15 bewirkt. Dies wäre bei einem Aufbau analog zu 2 bei einem sich mit abnehmender Temperatur verlängernden Thermostatelement 18 ebenso möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007058717 A1 [0002]
